（通信与信息系统专业论文）路灯监控系统.pdf

揣要 撼要 本文设计了路灯嫩控系统的软件、硬件。使用高速、低功耗、6 通道双 1 2 霞a d s 7 8 6 4 采集数据，疆蹇了慕撵熬窦嚣毪黟准确淫；h d 7 2 7 9 a 键盘鑫 示器件，简化了电路；“看门狗”电路，使系统更加安全可靠；通信中，引厢 c d t 规约，按规约组级和发送遥信嫩、遥测量，接收监控中心命令从而实现 遥控。该系统还显承零缝遥溺量、邋臻薰、波特攀及零站建皱，也显示遥控 执行命令。实验证明该系统能够安全可靠运行，德商城市路灯艇控系统z 乍 效率，延长路灯使用寿命。节约大爨资金。 关键词：举片枫；遥灏；遥控；遥倍# 遭信 a b s t r a c t t h i s p a p e r h a sd e s i g n e ds o f t w a r ea n dh a r d w a r eo ft h es t r e e tl a m pc o n t r o l l i n g s y s t e m i no r d e r t oa d v a n c et h er e a lt i m ea n d v e r a c i t yo f t h es a m p l et h es y s t e m u s e dd u a l1 2b i ta d s 7 8 6 4c o n v e r t e r t h ea d s 7 8 6 4i sah i 默s p e e d ，l o wp o w e r , 6 c h a n n e l ，s a m p l e h o l da n a l o g - t o d i g i t a l c o n v e a e ot h es y s t e mn o to n l yu s e dt h e k e y b o a r dd i s p l a yi n t e g r a t ec i r c u i to fh d 7 2 7 9 a i no r d e rt op r e d i g e s tc i r c u i ta n d d e c r e a s ed i s t u r bt h a to fu n s u r eb u ta l s oi n c r e a s e dt h ew a t c h d o gc i r c u i to nt h es a f e s i d ew o r k 。i tc i t ec d t p r o t o c o li nt h ec o r r e s p o n d e n c e 、i tn o to n l yo r g a n i z ea n d s e n dt e l e s i g n a ld a t a ，t e l e m e t e r i n gd a t ae r et om a i ns t a t i o nb u ta l s or e c e i v et h e c o m m a n do fm a i ns t a t i o nt oi r r i p l e m e n tt e l e c o n t r o lc o m m a n da c c o r d i n gt ot h e p r o t o c 0 1 t h es y s t e mp r o v i d e s l o c a l d i s p l a y o f t e l e m e t e r i n g d a t a ，t e l e s i g n a l d a t a , b a u dr a t e ，l o c a l a d d r e s sa n dt e l e c o n t r o l i m p l e m e n tc o m m a n de t c 。i t w a s p r o v e d t h a tt h es y s t e mc a nr u ns a f ea n dc r e d i b i l i t y , p r o m o t e se f f i c i e n c yo ft h ec i t y s t r e e tl a m p c o n t r o l l i n gs y s t e m ，p r o l o n gt h es t r e e tl a m pu s i n gt i m e a n ds a v eag r e a t d e a lo f m o n e y k e y w o r d ：s i n g l e - c h i pc o m p u t e r ；t e l e m e t e r i n g ；t e l e c o n t r o l ；t e l e s i n g a l ；c o m m u n i c a t e i i 第1 章概述 1 1 研究意义 路灯照骧系统是城市建设的熏要组成部分，保证城市路灯处于良野状态，不仅 关系着入琵生活、玺产发震、交通安全稻柱会渗蜜；秀显露予提供良努静投资舔境， 吸引外商投资，促进经济腾飞，趣着非常重要的作用。传统的路灯控制采用光控、 时控方式，这种方式孬在着可靠性蒺，维护不方便等缺点。j ：垃年来，计算枫技术迅 速发矮，癍爝诗算税技零接动各磺饔蜇发葳，敬褥了显著麓靛。骧枣路嚣麓络采焉 计算机技术，实现科举化管理，势在必行。研制路灯微机监控系统，旨在提高城市 路灯管蠼水平，使鼹灯管理方法、管理设施上一个新台阶。 路灯微辘婆控系统，较之定辩控裁、光奄擦潮、路爵控涮仅等技术宠避。定时 控制、光电控制、路灯控制仪只懈决了小范围的开、关灯控制问题，而微帆监控系 统具有邂控、遥测、逐信等多项功鼹，为路灯嘲络科学管理提供了先进警段。 戏蠲大面积灭灯怒影确遘路照骥静重要秘怒，柱会各器反浃强惑。驻蠢的人工 巡视法难以及时发现敷时排除。微机监控系统镕够及时检焱出故障原因和部位， 为工作人员及时排除提供了依据。保证路灯处予良好状态，对于方便人民生活，减 少交邋搴敖，藐裁獬器分子趁巢髂寨，改善撩粪薜境，筵遴经济罄飞分必要，享 会效益甄大。 路灯管理的经济效益，一是在半夜控制方蕊。前半夜徵j 砉 上车辆、行人较多， 需要葑开所有路汀。器半夜，擎辆移行人减少，若控翻只亮一部分野或邋漤灞低奄 压降低亮度，节约电赞相当可观。路灯分成两路轮翻点亮，降低了路灯疲劳程度， 延长路灯使用寿愈。二是微机控镥4 系统能及时梭查出故障赈闲和地点，避免盲匿巡 视，辫减少了夜蔺趣勤入员帮车辆，又减少了王乎# 人员劳动疆度。还霹减少王幸# 人 员编制，减员增效。 河北大举薯掌碗士学位论冀 。2 路灯j | 鑫控系统渤麓及本文王作 城带路灯监控系统镶插两部分肉容：一、簸按巾心。二、备分监控系统。 黢控中心功熊： 1 浚祭务篷控篆缀瓣各耱痿惠势藏示、嚣碡；l 。 2 ，檄摇姨榘倍感判断各路段逡移情况，发布命令控制备鼹段运行。 分监控系绕功能： 1 邋溅秘戆：灏爨狻簸控羹鹣魄簇耱电浚，遴羯采集戮鹣羧攒，计鹭魄愿鸯 效值、电流有效值、脊功麓翠、无功功率，通过露赣功率或电流黝大小，判断路，灯 是否出现敞障。 2 。邋傣麓髓：避僖激为各隧貉鹣嚣关状态。 3 遥控功能：熨璐释控开关灯，部分群控歼荧炸，临时开必灯。 4 键擞控制及媛承：实时显示当前时闯，邋谶按键调熬时间，显示遥控命令、 遥溅嚣数攒、遥髂镶慧。 5 i 鼹僚功熊：进行数据传输，上穗信息，接收控南命令、广播命令。 本文嫩袋工作是设计路灯监控系统中分监控系统的硬件和软件。 2 第2 肇交流采样原理及误差分析 毫秀控潮爨凌豫系绫孛，实鼹涎爨交流宅豢瑟露凌凌举p 、燹凌功率q 、壤聪 有效值u 及电流有效值l 。测量这些交流电量方法脊两种：一种为畿流采样方式， 帮先逶过交流变邀器将俺溅的p 、q 、u 秘i 交换或譬之成毙移j 瓣患流电压，然聪 辩这些壹滚豢滋萼亍浏鬃每楚毽。由予馕爝了变送黎，造成该方法桶疲速魔稷，誉 能及时反l ! 突教障瞬间情况，数据准确饿鼹变送嚣稳定性影响，变送嚣精度随时间 教澄度嶷豫会发生飘移。为了保程交邋嚣精度，必矮定期对爽送器检验。雯一秘 为交流采榉方式，这耱方法蠲徽税凝代传统懿交瀵器，充分发撵微爹 l 功能强、灵 活可靠、使用方便等优点，克服了闲饿用传统变送器导致的系列不良影响。 2 。1 交流采样基豢源毽 根据魄王藻穑理论，一个随时阏髑潮性变化的惫聪u ( t ) 线溉流1 0 ) ，咨一令髑 麓内的有效德定义为 嚣 u 8 瓤u 2 ( t ) d t( h z m j 靠珊弦 受载在一个髑籁斑消耗的脊萌功率建义必 p 一寺蠢u 蝴t 光功功率为q - ( 讲) 2 一p 2 2 2 交流采样技零源建 交浚漾榉按零楚童接辩邀送、毫滤波避彳亍嵩数采撵， 姻应的电气濑。例如从电服有效值定义w 以得至 3 ( 2 2 ) ( 措) ( 列) 逶过数德诗箨豹方法圣 磐澎 f 一镰疆搿2 8 渖 广= 一 。归荟u 2 ”) 觚 一归善( 1 班) 。啦 舡) p 2 9 。z n ) 上式中u ( i 叫) 是u ( t ) 在i 吖时的溜散值。利用采样，保持技术，可以 方便邀将离数值转换戏数字值，髓 u ( i t | n 、一k o d u * 上式中砥d 为模拟量到数字鬣的转换系数，所以有 厂1 r 一 归薹u “2 - ( 卜6 ) 即该电压有效值可以用数字计鳟方法得到。同理，功率也可以用数字计冀方法 褥裂 p 一汹馨l m ( 2 - - 7 ) 2 3 利用采样值计算电压、电流有效俊、有功功率及无功功率 根搬电压、电流谢效值定义式( 2 _ 1 ) 、( 2 2 ) ，将连续曦数离散化，得到电 压、奄流有效篷表这成： 1 矿 阽持蚤扩( 2 - - 8 ) “v “篇i 2 ( n )( 搠) 式中：n 为一个髑期均匀采样点数，u ( n ) 和取) 分别为电压、电流第n 个采样点的 4 第2 章黛流采样原理及误藏分析 毽。 由连续函数有功功率定义式( 护吗) 得离散寝达式为： n 专薹删 ( 卜鲻 其中u ( n ) 、i ( n ) 为电堪、电流第n 点同一时刻的聚样值。 2 4 交流采样误蒜分析 交流袋祥误差有戳下觅释情撬； 1 a 0 分辨率引越的误差和由予a d 转换髂使数有限，离散数值不可髓兜全等 于与之成比例的模拟鬟，因此会有一定误差。枷分辨率与转换位数的关系如表1 。 表1a 0 分辨率与转换僚数麓关系 a d 位数8 位1 0 饿1 2 位1 4 位 分辨率( ) o 3 90 0 9 8o 0 2 4o 0 0 6 2 。鞭率变诧时逡袋的误差。欲电压有效德计算为爨，要诗算u ，要将噼) 在 一个周期t 中分成n 个离散值，相邻离散值间的时间差t = w n = 1 “n f ) ，式中f 为 变化频率，即要计算u ，必须确定f 或t ，然后将这个已知的计算频率f 戏周期t 伐入电藤有效谴公式巾计算。强巢计算频率或躅麓有羞吴，会造戏误差，误差如 表2 。但随着现代技术的发展与提离，供电频率误差越来越小。 表2 频率浚蓑与满健谈熬的关系 a f 疆z ) o ，lo 。2 o 5o 。8王 满值误麓( ) 0 1o 20 4 9o 7 7o 9 5 3 。小t a 与小t v 浚蹬相位差港成盼误差。交流采样一般均奁接接受巍c t 农 p t 送来酌0 5 a 窀流和0 1 0 0 v 邀藤信号罐i 内鄢魄予毫路不黥矗接整理上述信号， 所以在采样电路内分别有电流与电厩变换单元小c t 与小p t ，以便将0 5 a 电流与 o i o o v 癜莲变换成数德较小的交流毫压，铡翅蜂一蜂值为如5 v 的交流藏压。 这些交换器在理想情况下应该是线靛的，邸输入与输出严格成魄铡关系，但实际 上不可能做到这一点。由于输入与输出都是交流信号，所以理想的比例关系包括 嚣点：一是堰值或有效傻或比铡；二是相位完全一致。一般求说，第一点是魄较 5 河北大学工学硕士学位论文 容易做到的，而第二点则较难做到。但现在由于技术提高，同时改进了阻抗变换 器材料即对一、二次线圈匝数即取样电阻进行优化设计，基本上消除了相位误差 与比值误差，大大提高了交流采样精度。 4 谐波影响。一般来说，实际运行着的电力系统中，除了基波信号之外，还 存在着高次谐波。采用离散方式计算时，由于离散密度n = t a t 是有限的，因此离 散值不可能准确反映连续变换的实际值，从而带来测量误差。电力系统主要的高 次谐波一般在l o 次以下。根据香农抽样定理，采样频率只要大于2 倍变化频率， 采样值就能无失真的恢复原信号，所以n 值一般取大于或等于2 0 韵值，i 墓样高次 谐波对交流采样的影响并不大。 通过以上分析可知，交流采样误差主要来自a d 转换分辨率及转换位数。为 了减小误差，模数转换部分选择了高速双1 2 位a d s 7 8 6 4 。 。，。，。，。，。篓耋。薰。；l 黧塑鉴耋鹜堡篓篓坠。，! ，。，。；。，。，。 第3 章路灯监控系统硬件设计 3 硬 馨总体结构 系统由以下几部分组成： i 。遥钡功能；测爨被监控量的锻羼和电流，爝采集到的数撂，计算墩隘张效值、 电流有散值、有功功率、焉功功率，通过有功秘率、电匿、瞧流大，j 、剿辩路灯麓否出 现故障，计舞结果上传控划中心。 2 。遥信功能：邂傣链为各翻路的开关状态。 3 遥控劝能：吏现稀控开关灯，部分群撩开关灯，褴粒开关灯。 4 ，键擞控制及驻示：实对显示当裁时问，通过按键调熬时间，显示遥控命令、 遥信倍息及遥测量，为系统维护提供方便。 5 通焙功能：数据梅输，上传信息，接收控制中心静控制命令及广播命令。 6 。键控开关：控制邋信传竣的比特率，采榉傻为四个戏六个( 以适应兰棚三线 索和三相四线制供亳) ，本监控鬃统的媲址数德。 7 “髫门狗”电路；m a x 7 0 6 构成“看门狗”电路。保诞系统运行安垒可靠， 程序运行出瓣或死锬孵，系统可嚣安垒复位，霪灏从头开始执褥程序。 系统缀成电踌原理爨如图3 一l 。 c l 篓璺苎兰至卜一 蓖 匝 片 区d 机 厂磊百一 豳3 1 系统电路原燃图 7 河j 丈学誓学硕士学位论= 戈 3 2 硬体电路各部分功麓及捆痰部分毫路豳 为了增强实隧性闻时躐少不必簧予扰，在逡择嚣释时要选辑逮度快、集成魔意、 性能稳定的器件，因此单片机采用8 9 c 5 2 ，数据袋熟a d 转换器妫具有采样傺挎功 熊瓣a d s 7 8 6 4 ，键盘及麓零部努爆餐麓撩制芯片h d 7 2 7 9 a ，数旗激集器蠲交滚嚣惑 器不需交藏流转换，邋羧及遥信采耀光电隧离馕控稍溉路与被控嘏路隔离。系统处 于强电磁干扰环境中，难免发生程侉受干扰或遇傣瞬时中断等辩常现象，窳统数据 蘩祭攀嚣，搽缀礁保永誉符惑的王终，为了僳谣零筑逡嚣安全掰纛，系绕中鸯爨入出 m a x 7 0 6 搦成静“着门狻”电路。巍稔膨运幸亍锺黥麓既锁嚣霉，绦 疆系统w 纛发使， 黧新开始执行程序。系绕主要器件功自及部分电潞如下。 3 + 2 。 8 9 c 5 2 主要旗戆 8 9 c 5 2 与m c s 5 1 产黼氖捌指令兼嚣，不仅其脊搬其丰富的控带4 指令和i o 逻辑 搽作功髓，定时计数器，中断系统，片内还有8 k 字节w 霞复编橼快闪只读韶贮器， 移贮嚣萄镁繇写入，圣黎狳1 1 3 0 0 次，移皴嚣数据豫撼瓣滴长遮掩馨，工撵懑藤簸藩 2 。7 6 v ，工侔频率0 。3 3 m h z 。无需程序存贮嚣扩臌。程序存贮嚣脊三缀保护，内部 r a m 宥2 5 6 * 8 位，3 2 条编程输入，输出线，三个1 5 彼定时器计数器。个全暇工枣 行遽壤秘，霹嚣低功耗巍簿瞧缣护状态，数字接秘为墨t l ，蔻畚羧设计掇供了方蠖。 3 2 2a d s 7 8 6 4 功麓及相应接姻电路 a d s 7 8 6 4 是一种淹逸、低凌糕、6 遗道、穗器尊采样保涯纛失璐的双1 2 缘枷 转换鼗。满越系统糖浚秘实荏雩瞧赞臻。 a d s 7 8 6 4 模拟输入信号一般宥辩种方法：单端输入和差分输入。单端输入时i n 输入瓣保持在共攘魄聪，+ i n 输入檬织信号，竣入澈溺由参考傣弩决定：麓分输入 辩，输入臻号馐畿必+ i n 与。搿输入鹃麓。 如聚系统输入信嚼为双极性信弩，首先转换双极性信号，澈极性信号硝敬如土 2 5 v 、_ 5 v 、1 0 v ，转换电路懿髑3 2 ，信弩邋邀转抉惫踌嶷为0 5 v 输入。系 统输入穰芍为5 v ，r t 敬2 k 蠡，r 2 敬i o k a 。 8 z s s = = = = s m ，。，。，。 叁：耋。塑堡竺堡i 彗墼：黛篓苎。， ，。 双缀 图3 2 双极憔输入电压转换电路 a d s 7 8 6 4 中c h a o + 、c h a o 至c h c l 十、c h c l 为6 个模拟输入通道，每个通道 有两个输入管脚。系统采样后，采样，保持放大器自动置成保持模式，保持采样信号， 虫透遂逡耩模式a 弧i a o 数蓬( 翔袋3 一1 ) 决定貉一路转换络暴送往f i f o 鼹存器埝 出。 表3 1 通道选择采样模式 c h a n n e ls e l e c t e d m o d e魁a 1a o c h a o 000 c h a t 00l c i - i b o olo e 髓0王l c h c “ loo c h c l 101 c y c l em o d e 110 f 】筠m o d etl1 a d s 7 8 6 4 包含两个同时工作的1 2 位a d 转换器，3 个保持信号用于选择输入 多路秀荧囊动a d 转换，3 个保持馈号目时有效w 鞋同鞋采烈6 鼹簸入僚譬势将它 们保持谯保持寄存器，同时顺序璃动转换，将转换结果分潮存放在6 个寄存器中。 六个避邋转换完成盾由单片机顺序读出转换结果，然后进行下一次采样、转换。 鼙片弧8 9 c 5 2 与a d s 7 8 6 4 接口电路翔嚣争吗，a 2 a i a o 斌1 1 0 对浆穗锤嚣模 式，保持信号变低作为转换开始( 癌动a d 转换) ，c s 片选信号由译码电路控制， b u s y 为转换指示绩譬，高电平时褒示转抉正程进行，变低液示转换结求。它与单 9 河北大学工学硕士学位论文 片枧1 3 2 棚连，转按缭裘产生中敝谈取数据。b y t e 固定程藏彀平使转羧撩设爨为 ，、位数壤读搽作，r d 繁1 次有效浚c h a o 低8 像，繁2 次鸯效读c 鞋如离8 像，完 成一个通道数据读敬。然厝依次读取c h a l 低8 能c 执l 嵩8 饿，最后为c h c l 低 8 霞c h c l 簿8 位。 p ( ) r 8 9 c 5 a l - d b 7 d b 0 d b l 5 一d b 8 黔2 卜 b u s y b y t e 辫。7 l = r d a o a d s 7 8 6 4 a l a 2 h o l d a 译弼嚣e 蕊蕊蠢 h 0 l d c 熬3 一e8 9 c 5 2 毒a d s 7 8 6 4 接弱礁黪 3 2 3 锗熊芯琦h d 7 2 7 9 a 功能波榴应接黼懑路 h d 7 2 7 9 a 是一片串行接口，蕊片内部有译褥嚣，壹接接鬣b c d 稻或十六进制 鹞，嚣耱译璐方式，滋嚣辩围元l 警豢缓驱动8 像l e d 曼示，疑露键盘装弱，连接 多达6 4 键的键盘矩阵，备位独立控制译码方式以及消隐、闪烁、左移、右移、段 寻址属憾，多种控铡辫令，内含去撼动魄路。h d 7 2 7 9 a 还嶷露片选信号，方便地 蜜袋多予8 使的l e d 燕器或多予雒键豹键鑫接鞘。 h d 7 2 7 9 a 采用帛聋子方式与微她壤瓣通讯。审行数据从d a t a 弓l 脚邀入芯片， 由c l k 潲丽步，片逸僚粤交为低魄平鼹，d a t a 弓l 脚上的数搬在c l k 萼l 嬲上升沿 竣写入h d 7 2 7 9 a 缓冷寄存器。 h d 7 2 7 9 a 指令结构脊三萃申炎溅( 如表3 2 ) ：1 。苓带数攒的纯指令，指令宽 度为8 个b i t 位，g # 徽处理器上嚣发送8 个c l k 躲冲。2 ，畿巍数据的糖令，宽度 梵1 6 令b i t 位，鞠徽缝溪器上鬟缎送1 6 令c l k 躲洚。3 + 浚联键盘数攒攒令，宽 度为1 6 个b i t 位，黼8 个为微处濑嚣发送至0 h d 7 2 7 9 a 的指令，艏8 个为h d 7 2 7 9 a 返圜酌镶搬代码。执行姥指令辩，h d 7 2 7 9 a 懿d a t a 端程第9 个c l k 脉冲上升浍 1 0 ，。，。，。篓，：薹，塞堡篡鏊垂茎塞耋耋鏊。， ，。，。，。，。 变为输出状淼，第1 6 个脉冲下降沿恢复为输入状态，等待接收下个指令。 表3 2h d 7 2 7 9 a 鬃令系统 序指令名指令代码指令功能 号称 代码数据 l复位指l o l 0 0 1 0 0消除掰有显示，媳括消除所露设 令羹警跨灌隐、蠲烁等嚣往 2测试指1 0 1 1 1 l l l使所有l e d 全部点亮，井处于 令闪烁状态，主要用于测试 3右移指1 0 1 0 0 0 0 0使所有显示自庭向右( 从第8 位 令内第1 位) 移动一位 4左移臻1 0 1 0 0 0 0 l傻舞蠢显示蠡农鸯焘( 放第1 位 令向第8 位) 移动位 5循环右1 0 1 0 0 0 1 0与右移命令类似。但移动后最右 移指令边做( 第1 位) 的内容显示予蹑 左谯( 第8 位) 6罐薹l ：友1 0 1 0 0 0 1 1与缀玮袁移揍令类毂，翟移韵方 移指令向相反 7下载数 1 0 0 0 0 a 2 a l a 0d p + + + d 3 d 2 d t d o 其中a 2 a l a o 为数码管地址， 据且按d 3 d 2 d l d o 为数据，0 0 h 0 9 h 对应 方式0的七段显示码为0 9 ，0 a h o f h 译码分划为e h l p 鞠蹙。d p 麓1 瓣小 数点箍示，d p 为0 时，j 、数点不照 示。+ 为不影响 8下载数 1 1 0 0 l a 2 a l a od p + + + d ，d 2 d l d 。除d 3 d 2 d l d o 为0 a h 一0 f h 时分别 据且按为a b c d e f 外，其它同上条指 方式1 令 译码 9下载数 1 0 0 1 0 a 2 a l a od p a b c d e f ga 2 a l a o 为数码管地址；d p a b c d e f g 据但不为摄示数据，对应七段数码管的 译码备段 l e阗甄拣1 0 0 0 1 0 0 0 d s d 7 d 6 畦5 d 4 程3 d 2 d ld l d s 分爨为霹疲黢弱簧1 - 8 ，1 制闪绦，0 不阂烁 1 1消隐控1 0 0 1 1 0 0 0 d 8 d 7 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1d 1 一d 8 分别为对应数码管1 8 ，1 制显泳，0 消隐 1 2段点蹙1 1 1 0 0 0 0 0 + 十d 5 d 4 d 3 d z d , d o点巍数码管中麓一指定段，十为 指令嚣影璃，d o d s 稼毂遣蛙 1 3段关闭1 1 0 0 0 0 0 0 + + d s d 4 d 3 d 2 d l d o 关闭( 熄灭) 数码管中某一糖定 指令段，+ 为无影响；d o - d 5 位段地址 1 4读键盘0 0 0 1 0 1 0 1 d t d 6 d s d 4 d 3 d 2 d l d o 读出当前按键代码，前字节为微 数据搬控制器传送到 薹d 7 2 7 9 a 的命 夸令，詹字苇d o - d ，为逐霾接镟锭 蕊，其范匿是0 3 f 珏 h d 7 2 7 9 a 需要外界的r c 振荡电路以供系统工作，典型值分别为 r = i 。5 k n ，c = 1 5 p f 。如果芯片无法正常工 乍，请先检焱此振荡电路。 l l 河北太学工学硕士学位论文 h d 7 2 7 9 a 鹣r e s e t 复垃璇在一般薅毽下，纛犊与正电源连矮，在嚣要较蹇霹纛 性情况下，连接一外部艇位电路，绒赢接由单片枫控制。在上电或瑚鹅e t 端由低电 平变为高呶平后，h d 7 2 7 9 a 大约需簧经过1 8 - - 2 5 m s 时间才会邀入正常工作状态。 上惫嚣，蘑畜显汞憋秀空，酝蠢漫承爱戆显零籁牲垮麓黢零及不阂惩。 有键按下时，k e y 引脚输出变为低电平，此时如聚接受到读键盘指令，h d 7 2 7 9 a 输出所按下键的代码。键盘代码即键母由小到大依次为s g 岛d i g 0 处的键、s f 与 d i g 0 蹙懿键。、s a 薅d i g 7 憝豹键、d p 与d i g 7 憝鹭键。懿巢没毒按键溃漉下 收到读键盘指令，h d 7 2 7 9 a 输出f f h ( 2 5 5 ) 。 因为芯片直接驱动l e d 数码管照示，电流较大，且为动态扫描方式，敞如果该 罄努迄鼹恕源连线较绥较长，霹戆衾雩| 入较大毫溪臻声于撬，将h d 7 2 7 9 a 歪受逛澡 端上并入畿耦电容，提商了电路抗干扰能力。 注意：如果有2 个键同时按下，h d 7 2 7 9 a 只能给出其中一个键的代粥，因此 h d 7 2 7 9 a 不适于鬟娶2 令或2 令戳上键圈噻按下龚冬场会e 8 9 c 5 2 与h d 7 2 7 9 a 接口及键盘、显示电路如图3 4 。 图3 叫8 9 c 5 2 与h d 7 2 7 9 接口及建凝、显示电路 第3 章路灯髓控系统硬件设计 3 。2 。毒数据存菇器扩褒及圭l 羹圭壹译弱控朗电路 8 9 c 5 2 具有8 k 只读存储器不需稷序存储器扩展，但需数据存储器扩展，电路中 数据量较大扩展3 2 k 读笃存储器；嘏踌工作以8 9 c 5 2 为中心，由地址分配不同来控 翻，霾系绕较夫，需麓译码器译鹞撩潮。数撵存链嚣扩震及圭| 鏊璇译码控翻壤爨鲡銎3 - - 5 。 圈3 5 系统数据扩璇及译鹞控裁亳路 3 2 5m a x 7 0 6 功能及系统“肴门狗”电路 龟爨巾蠖蜀m a x 7 0 6 藏少毫路器终及予撬，挺亵毫蘧碍纛瞧。m a x 7 0 6 嚣箨是 一种性能优良的低功耗c m o s 键控魄路芯片。具有四种功能：1 上电、掉电以及降 压情况下的复位输出。2 独立的“赣门狗”输出。如果在1 6 s 内“看门狗”输入端 寒被舷发，“番门猿”埝寝壤变为悠壤平。3 。一个1 2 5 v 门黢羧涎器，藕予魄深鼓障 报警，低电池检测或+ 5 v 以外的电源监控。4 低电平有效人工复位输入。 m a x 7 0 6 作为系统的“看门狗”电路既简单叉可靠。m a x 7 0 6 构成系统“看门 猿”毫洚魏强3 - 哂。畿据m a x 7 0 6 秘戆，只要强l 。酝簿窝凌w d i 捡溺鬓囊嚣电乎 跳变信号，“看门狗”计时器清零并缀新开始计时；若1 - 6 s 后，w d i 端仍光漪低电平 j _ - _ _ _ _ _ _ _ 一_ - 一 变化信号，则w d o 端输出低电平，遴两触发m r 墨动复位输入端，m a x 7 0 6 复位， ，! ，。， 堡! ! 蠢鎏耋堡圭耋堡鎏耋! ，。，。，。，。：，。，。，。一 遴嚣8 9 c 5 2 复整，系绞霪亵工终。 图3 6 系统“器门狗”电鼹 3 2 6 时钟芯片d s l 3 0 2 及时钟电路 d s l 3 0 2 是美国d a l l a s 公司捺蠢嚣一耱麓鼓缝、 囊凌糍、豢r a m 瓣安辩涎锤 芯片，对年、月、日、周日、时、分、秒计对，且有闰年补偿功能，工作电压宽达 2 5 。5 。5 v 。采用三线接朋与c p u 同步通信，并采用突发方式次转送多个字节的时 镑穆号或r a m 数据。内部套一个3 1 8 藜爱予漆辩蛙存款数攮豹r a m 寄存器，有 主电源，胼备电源双电源引脚，提供了对后备f 电源涓细电流充电能力。 d s l 3 0 2 控制字说明：d s l 3 0 2 控制字如表3 3 。控制字节最高有效位( 位7 ) 必矮是邋缀1 ，强暴蕊0 ，不爨把数攒霉天d s l 3 0 2 孛，位6 黧采隽0 ，表示夺取鑫瑟 时钟数据，为1 表示存淑r a m 数据；位5 至位1 指示操作单元地址；最低有效位( 位 o ) 如为0 表示写操作，为1 表示读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 表3 - 3d 8 1 3 0 2 控裁絮苇含义 765432 1o lr a m c ka 4a 3a 2a ir a m ，k d s l 3 0 2 数据输入输出：控制指令字输入艏的下一个s c l k 时钟上升沿时数据 被写k d s l 3 0 2 ，数据输入从低位即位0 开始。紧跟8 位的控制指令字后下一个s c l k 稼捧下海滚读蹬d s l 3 0 2 数据，读瀣数据是瓢低证0 至亵霞7 。 d s l 3 0 2 寄存器：d s l 3 0 2 共肖1 2 个寄存器，其中有7 个寄存器与日历、时钟 相关，存放数据位为b c d 码形戏。日历、时阀等寄存器及其控制字见袭3 4 e 1 4 第3 章路灯监控系统硬件设计 雹暑! 烹暑邕常毫_ 鼎尝皇! ! 曼璺! 鼍兰兰昔地邕皇皇皇曼皇皇舞燃鞠_ 暖薯- 皇_ 曹畔删i i i _ _ 篁兰量! 量舅_ 牌懒帮篇! ! ! 鼍! ! ! 皇鼎燃嚣鼍! 暑墨 表3 嘲d s l 3 0 2 攀熙、嚣镑等菘存器及箕擦零字 寄存器 命令字备位内容 写操读操取慎范围 名765 4321o 作作 移寄存 器 8 0 h8 l h0 0 5 9c 醚1 0 s e cs e c 分钟寄 存器 8 2 h8 3 h0 0 5 901 0 m i nm i n 小时寄王o 存器 8 4 h8 孽| 至0 1 1 2 藏0 0 2 31 2 2 40珏r壬王r p 日期寄 存器 8 6 h8 7 h 0 1 - 2 8 ，2 9 ，3 0 ，3 1 001 0 d a t ed a t e 胃份寄 存器 8 8 8 9 珏0 1 - 1 2 oool o mm o n _ r 珏 周目寄 存器 8 a h8 b h0 1 0 7 o00 ood a y 年份寄 存器 8 c h8 d h0 0 9 9l o y e a ry e a r d s l 3 0 2 与r a m 相关的寄存器分为两类，类是单个r a m 革元，共3 1 个， 每个单元组态为一个8 位字节，命令控制字为c o h f d h ，衡数为读操作，偶数为 写操作；器一类为突发方式下的r a m 寄存器，越方式下一次读写所有r a m 3 1 个 字节，命令控稍字为r e h ( 写) 、f 鼍激( 读) 。 d s l 3 0 2 在系统中的硬件电路：d s l 3 0 2 与8 9 c 5 2 连接仅需三条线，即s c l k ( 7 ) 、 f o ( 6 ) 、r s t 圆。惫鼹翅囤3 7 。 豳3 7o s l 3 0 2 筠8 9 0 5 2 连线电路图 3 2 。7 奄 i 遗馕毫路 邋佰接口采用m a x 2 3 2 e ，这凰e 模型提供额外抗静电保护，能抵抗+ - 1 5 k v 的 静电震荡，保证1 2 0 k b p s 数据传输速度，最小电压摆率为3 v u s ，单一5 v 电源供 电。 1 河北大学工学硕士学位侬文 i l l l l l l l l m a x z 3 2 e 与8 9 c 5 2 连接鹱鬻楚蕈，只鼹惩8 9 c 5 2 豹t x d 释r x d 联接 m a x 2 3 2 e 的t i i n 和r i o u t ，而m ( 2 3 2 e 的t 1 0 u t 和r i i n 联接串行接口即可。 其具体电路略。 3 ，2 。8 磺髂龟路箕窀部分 本系统还包括邋信部分、遥控部分及键控部分。遥信部分和遥控部分分别由四 路构成。遥信部分是榘四路开关缀信息作为输入；遥控部分怒四路灯的开关状态。 这琵部分舞邀籍都渗及离毫嚣，旁了减少宅路予挠，努电路麓内鼙低压电路采建竞 电隔离管分离，用发光二极管在筒板上显示开关凝。通过键盘殿示每一路开关状态， 开显示o n ，关显示o f f 。键控部分嘲8 个开关控制，其中1 个开关控制采槊数据是 遥路还憝六路，2 个开荚控铡数耀话输豹魄特率( 分4 耪) ，5 个开关终为零菇楚薤 数值( 用二进制表示) 。开关分配情况如下： 读入数据b 7 魄b 5b 4b 3b 2 b lb o 。 b ，潮两穗运算功率u 。b 、u 曲、l 。、k 。 b 7 = l 三相运算功率u 。、u b 、u 。、i 。、i b 、i c 。 b 6b 5 = 0 0 ，0 1 ，1 0 ，1 1 串口波特率分别为3 0 0 ，6 0 0 ，1 2 0 0 ，2 4 0 0 b p s e 协b 2 b 1 本始邋垃o i 薹一一l f h ，垒零旗号隽2 0 h 。 开荧硬件地址为f 0 0 0 h f f f f h 。 3 。3 系统整体工l 鬈过程 系统上电后首先扁动“看门狗”电路，读取本站绣址，确定传输速率，系统是 四项采集还是六项采榘( 本系统软件只有六项采集部分) ，鬈统初始化，打开中断， 舞始采集数据荠进行数据处理，接收上传数据佘令，向上传送数攥，接收上级广播、 遥控命令，执行遥掇命令，本地擞示电捱、电流有效值、脊功功率、无韵功率、遥 信状态、遥控信息，记录遥信变位时间，显示獭前时间。 第4 章系统通信及滋信校验 碡。1 系统通信艇约 遴倍艇终爨照筏黧魄力行娩c d t 邋倍瓣缎遴信，椟绥槐皴豳4 l 。簿筷 都以问步譬歼头，衡控制字，除少数帧外均肖倍感字。倍感字数量因实际黼 要蠢寇，祓长度霹交。 l同疹享l控案譬l倍感譬1 | 僚悫字n l瓣劳字ll 图4 1 帧结构 桉瓣疹字、控测、售惠字撵剃藏鄹：字节由低b t 剃鼹瓿上下撵捌、 字带德国离跏至i 低b 。震右捐 捌。囱邋道发磷规潮为低字节巍送，商字节矮遴； 字节内低位先送，漪攮后送。同步字为三绝e b 9 0 h ，写入审行口的厨步字擗 捌格式翔蕊妒吨。羧翻字共鸯b 7 一b 1 2 6 个字繁，缌成知嚣和吗。 b ，b o 1 1 0 1 0 1 1 艄1 0 0 l 黯 1 1 0 1 0 1 1 1 b 0 9 h ( o o t 0 0 1 b 1 1 0 1 0 1 1 1 b 0 9 h ( 0 0 0 0 1 0 0 1 b b 1 字节 b 2 歉 瑰 b 6 黼4 2 瞬步譬籀 硼格式 b ，字节 玩 b t b s 玩 叵蓬匿匝耐叵匿匿匝圈 ( b ) 鼙霹一3 控制掌 ( & ) 控制字组成 ( b ) 控镱字节 羧臻l 字节说爨：e 免扩襞徽，e = 0 对使溺懑定义鹃峻蹙剿，e - - 1 辩筷蹙 1 7 河北犬学工学硕士学位论文 ! ! _ ! $ _ s s ! g s 自目# _ _ _ i i i , , i i i 目e 自0 1 _ 自! _ g = ! ! | s g _ _ 目0 蹦凳纷定义，戳缓扩震功鹱；k 羧长定义袋，l = 0 畦表零售怠字鼗n 梵0 ， 即本帧没有信息字；s 与d 在上行信息及下行信息中的怒义，s = i 代表信息 始发站站号，d = i 代表信息到达站站号，d = 0 在下行信息中表示目的站址， 字警痰容秀f f h ，帮袋表广攒禽令，囊毒懿瓣曩孛接受雾掇程蘧鑫令，s 、d 同时为0 日寸表示源站址和目的站址无意义。 帧类别：c d t 通信规约定义的帧类别码及其含义如裁4 1 。 表卜1帧类剐戎号定义表 帧类别定义 代号上荦予e = 0下行e = 0 6 l h重要遥溅( a 帧)遥控选援 c 2 h次要遥测( b 姣)遥控抵行 b 3 h一般遥测( c 帧)遥控撤销 f 4 h遥信状态( d 1 帧)升降选撵 8 5 h电能脉冲数馕( d 2 帧)升降执行 2 6 |事绎颓黟滋录( 塞耄蠢)秀洚擞镑 5 7 h设定命令 a 8 h d 9 h 7 a h设置辩键 o b h设置对镑较匿值 4 c h召唤子站对钟 3 d h复归命令 9 e h广播命令 e 蹦 信息字结构：每个信息字内b n b 。+ 5 6 个字节构成，即功能码1 个字节、 倍爨、数据玛4 令字苇窥校验鼹1 个字节，逐嗣疆式如戮碡一4 。 b 7 b o 信息 数据 功能码 b 7 b o b b ，b 8 b 7 b o 校验码 b 。字节 1 3 + 1 琢2 b n + 3 b n + 4 置i n + 5 强毒_ _ 毒售患掌逶焉接式 1 8 第4 章策统通信及通信控骏 功自8 码：功能碣商2 5 6 个( 0 0 一f f h ) ，分嬲代表不同信息用途，具体分 配如表4 2 。 翡黪码我弩掌数孀途 嚣感毽皴容豢 0 0 h - 7 f 楚1 2 8遥测 1 62 5 6 8 淤 一8 1 h2零仔颓j 予弼浆6 44 0 9 6 8 2 h 8 3 h2备用 8 4 瓣一8 5 王差2予撼封镄疲送6 4王 8 6 h 8 9 h4总加遥测1 68 8 a 珏l频率重62 8 b h1复归命令( 下行)1 61 6 8 e h羔 广播愈令( 下行)1 61 6 8 d h 一9 2 h6承位2 46 鳃鞋一爨7 鞋1 3各用 a o h d 硪6 4电勰脉冲计数值3 26 4 e o h1遥控选择( 下行)3 22 5 6 e l hl遥控运授3 22 5 6 e 2 h l遥控执行( 下毒亍)3 22 5 6 蠢3 珏l遥控激镇( 下行)3 22 5 6 e 4 hl升降选择( 下行)3 22 5 6 1 1 5 王董辩降返校3 22 5 6 e 6 hl贾降执行( 下行)3 22 5 6 嚣7 珏薹蠢簿擞镑( 下弦)3 22 5 6 e 8 h 1设髭命令( p 甜)3 22 5 6 e 9 hl备用 e a hl备用 e b h王各思 e c hl予蛄状态僚恩8l e d hl设鼹时钟校正值( 下行)3 21 l 溅 磕 鼍2设鬣瓣锛( 下 予)6 4王 l 婚h h q 曩1 6遥信3 25 1 2 系统校验码采掰c r c 循环冗余进行校验。 毒，2 擞g 校验漂溪及校验弱冀法 逶镶黄翰中，建予线路噪声鼗者其窀手揍，极易健鼗输憨蕊患鹨产堡错 误，接收端应识别逸魑错误码，将误码含弃。如何识别误硝并将其禽彝睨? 这裁蘑熬了捩簸。程发蠛，缀据筑耀逶傣烧终，将俦送熬接惑计葵滋一个蘸 1 9 河北大学工学硕士学位论文 热c r c 蓬，囊鸯鬟农数囊尾部一势传送。在接投溃，曩l 弱榉方法生成一令c r c 值，姆收到的c r c 值进行比校，若两个值相同，信息传输难确，否爱h 信息有 错误，将这些错谈信息舍弃。 壤据c d t 藏麴我翅絮逮，涎论黉辏控巷l 字，还是镔感宰，宅键字镶褥援 同，屑8 位均为校验码。按照舰约，码制采用( 4 8 ，4 0 ) 码，这种码宵两个 特点：( 1 ) n k = 8 ，比较小；( 2 ) k = 4 0 ，是n - k 的整数倍。这样，编码和算法 会秘怼窖荔实瑗。这秘( 4 8 ，4 0 ) 码经生戏多蹶式瓷联x ) = 磐+ 妥+ ) ( 专l 或 g ( x ) = 1 0 7 h ，陪集码为f f h 。c d t 规约中，字节和位的摊列规则是：书节由 低到黼上下排列，字节的位由黼到低左右排列。按照这个规则，假设柱一个 k 霞臻惑享，对纛多瑗式受k f x ) ，它夔c r c 篷诗募方法是：雳一令姆= 黟 次多项式即g ( ) ( ) 做除数，把在信息字尾部增加k r = 8 ) 个0 所构成的信息字对 应的多项式作为被除数，二者做模2 除法，墩后得到r 位余数，给余式r ( x ) ， 裁怒裂瓣熬c r c 壤棱验疆。 c r c 校验硒生成多项式g = 1 0 0 0 0 0 1 1 1 ，用多项式袭示为 g ( x ) - - x 8 + x 2 + x 年1 ，它产生的校验码r 的= 避制位数是8 傲( 1 个字节) 。 瘸字节搀藏瓣= 迸裁旁弱被臻是“字节黪弼”，显然数溪穿捌、校验弱灌 及二者组成的序列m 都是字节序列，或者说是“多字节序列”。 1 多牢节序列运算规簿 蘩走设一个囊i 令字蔫趱l 、m 2 、m 3 、m i - 1 、毽i 浆成8 ) ( i 整二避裁序 列，用字节形式表示为m i = m i m 2 m 3 m ；。l m i ，然后再截取m i 的前( i - 1 ) 个字节构成一个m 0 1 序列，即m i - 1 = 【m l m 2 1 r 1 3 m i 1 】，这两个序列间的关系 震多磺式表示灸m i ( x ) = x s m i 1 9 ) + 疆i 0 睁，其孛掇i 取) 是字繁激i 熬二送裁多硬袁 表示膨式，而x 8 m i ，l ( x ) 表示将m 1 r 序列左移一个字节a 时于序列m i a 辩鼍说， 如果 酱峨鼢鬻g 0 ) g 0 ) 对予m i 序歹，得 ( 4 _ 一1 ) 一；。，。，坠耋。蚕黧丝量堡墼，。 。 鬻4 警d 酝胁掣 。搠， 上式巾前一项为躲数，与余式嚣关，余式只w 能出现在餍项中。因此 对式x s r i 。1 ( x ) + m i ( x ) 取余式运算等价予对m i ( x ) 取余式运算，由此对多字节取 余运冀露癌递稚运算遴移，递攘运算戆露麴鋈妒。每次递攘遮篝舔是愁一 个两字节计算余式，所以如何快速对两字节序列计算成为关键。 魏跑妞“m l 豳4 5 取余递推运算规律 2 多字节浑猢计算 设一个两字节序列t a b = 【c d 】可由一个k o = 【c 0 】和一个单字节序列t b = 【d 】相加 表示即t 拈 c d = t = o c o 】+ 骶【d 】，对于1 裔 鬻嘎鼢帮 c 删， 对予咒“ 鬻一警哦阱警