路灯控制系统

毕业设计题目：路灯控制系统专业：班级：学号姓名：指导老师：二OO六年六月摘要公共照明系统广泛采用高压钠灯（highpressuresodiumlamp）或金属卤化物灯（metallichalidelamp），传统照明系统经常采用电感镇流器，照明灯具采用统一开关控制方案。随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统实现了远程单个路灯节点的任意监控，并重点介绍了系统的核心设备——组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。2007年6月AbstractThepubliclightingsystemwidelyusesthehigh-pressuredsodiumlamporthemetalhalogenidelamp,thetraditionlightingsystemusestheinductanceballastfrequently,illuminatesthelampsandlanternstousetheunificationswitchcontrolplan.Alongwiththedigitaltechnologyandthenetworkingdevelopment,thepubliclightingdigitizationandthenetworkalreadybecameoneinevitabletrend.Savestheenergy,theguaranteelampsandlanternslife,theenhancementilluminationmanagementlevel,beautifiesacitynightofquantityandguaranteedthecitygoesonajourneyatnightthesecurityandsoon,alreadybecametoapubliclightingsystembasicrequest.Thisarticlewillintroducebasedontheballastentiredigitalpubliclightingsystem.Thissystemindomestichasforthefirsttimerealizedthelong-distancesinglestreetlightnodewillfullymonitoring,andintroducedwithemphasisthesystemcoreequipment--groupgroupcontrolregulatorfunction,thecomposition,theprincipleofworkareaswellasthemainsoftwarearchitecturediagram.目录一路灯控制的分类及特点------------------------------------------------1二整体设计------------------------------------------------------------2三镇流器--------------------------------------------------------------2罩四新遣组群控制件工济作原理与系统甘组成雕------鸣-漏------姥------涝------键------疾------辟--委12恋4孩.1摸库组群控制件系集统组列成慰------须------忠------冒------富------冻-----奸------桶---补12冈4摧.2GS悠M建模望块我------秩------毫------润------杀------度------气------翁----雷------俗--煮13雀4例.3未皇电力载波通信漆模碎块内------娇------姥------劲------册------毯------丘-庆------概---听22娱4宗.4捞闪双巴CP厦U漏通信方法商与校RS-48诸5鸦通仆信芒------岩------摇------听------谁--赶------弄---脸2朋4梢4齿.5娃旱交流接触器控课制与状态保丢持杜------涉------土------石------武-----讽------陪---然2厚6嗓4且.6册奥时钟与控制策懂略旅------胶------超------篇------牌------川------三---牧------刺---狡26比4刷.7喝傻软件的实煎现崭------填------壮------尚------迫------活------粱------舞-太------蝶---修2放7捆五障乱硬件设计垄---屋------斤------尺------泉------墓------泪------匪------鹿------袋---言------园2肺9坟5.1P尊IC锣16F正87它7传的特猾点之------膝------雕------赏------限------送------判--众------敢--旺29嗽5.2巾单片机及接口阔技矩术屡------刷------众------费------馒------读------任-赔------塌---驻3熔0宿5.3吹DS130淹2偏的结构及工作密原即理茫------靠------盆------邪------脑------压------突---成3撞1寸5.4昌MAX485廊------来------白------设------插------文------腊------泥-----取------扯---庄3奏4油结语律--郑------冒------艰------申------如------惭------美------潮------扶------塞----巾------达-钥3聪5泄致谢狗--什------软------乖------韵------冬------虑------促------言------谁------赢----诚------尾-池3慧6燃参考文献串---之------始------摧------棕------仁------窜------梨------值------筐------很------踏3回7前言凝随着时代的发晃展，城市现代扭化建设步伐不察断加快，对城技市道路照明及醒城市亮化工程丧需求也更大，酱而能源的供需耗矛盾也越来越半突出，节电节呈能、绿色照明惊的要求越来越值迫切，越来越吩高。现在再采你用那些传统的歼手控、钟控城业市照明系统的皱方法已不能满作足要求。如何顷充分利用高科杆技手段解决上悲述矛盾也就成菠为当前照明控慈制领域一个新疮的和紧要的课疗题。城市道路能照明自动化控短制和智能化管累理作为城市现争代化的标志之晓一，它所带来规的经济和社会链效益是十分显沸著的，它的推疼广和实施也将技是市政工程建序设中的一项重弓要内容。慢本文将介绍基绍于镇流器的全勾数字公共照明因系统。该系统惑实现了远程单役个路灯节点的消任意监控轮。挥随着时代的发洲展，城市现代纹化建设步伐不膜断加快，对城筑市道路照明及斥城市亮化工程陶需求也更大，耽而能源的供需功矛盾也越来越晨突出，节电节临能、绿色照明牌的要求越来越租迫切，越来越贷高。现在再采平用那些传统的为手控、钟控城暑市照明系统的胁方法已不能满蔬足要求。如何化充分利用高科滴技手段解决上忍述矛盾也就成负为当前照明控野制领域一个新遭的和紧要的课瓣题。城市道路捐照明自动化控屠制和智能化管道理作为城市现虚代化的标志之损一，它所带来寿的经济和社会售效益是十分显盗著的，它的推州广和实施也将鸽是市政工程建贝设中的一项重际要内容。桑一计疫路灯控制的分卖类及特点赞（振一剃）骨、路灯控制方弊法（技术）的榴分类：妄目前，市场上土普遍采用的路殿灯控制方法（遗技术）主要有桨以下三类：著1递、激勉唇人工干预控制酒；恋2鉴、旋谨圾时钟控制；京3燥、问DD咽S由独立控制技术岗；铲（廉二阀）致、各种周界防蓄盗报警系统的疾技术特点配1页、人工干预控置制：孝在道路照明设婶施建设之初，催按照需要的照若明方式施工建诞设以实现路灯壳的隔一亮一等赴特殊照明模式牲。在需要开挽启仿/殿关闭路灯时派滋出人员操作控窗制开关来实现仅对路灯的控制糊。锅优点：具有一坦定的应变能力债。蹈缺点：管理难肿度大、安全系欠数低、工作量炊，不能检测整调个线路路灯的冶工作状况。伤2步、时钟控制：衔予絮其原理是将原脑人工控制开关嗓更换为时钟控隐制器，由此实宽现一般状况下泪的路灯自动控父制。削优点：一般状颜况下可免除人滩干预，工作量幻降低，成本较叶低；授缺点：应变能湖力较差，如果兆将时钟控制器母设置在每渐天毙1摇9悟：遭0汗0轻开启次桌日障0逝8叠：迫0主0寇关闭，则无论刊在任何季节以盐及任何气象条稿件与能见度的气情况下都将死套板的按照预定绢时间工作。轨3见、装DD咳S殖独立控制技术奋：刷销跳其原理是在每所个路灯的线路少上加装控制检醒测器，并采用羊无线或有线的窑方式与控制主匹机相连再采用撒有线或无线的泻方式与控制系冰统连接，以此宗来实现对路灯限的开关控制或凡定时开关控制稀。并可实现预覆设的工作模式筐（如隔一亮一窗等），以及对诚路灯故障精确娃侦测并报告。续优点：高程度胞自动化，高应贤变能力，提供抖多样的工作模忍式，并可检测进路灯故障。休缺点：造价高旺昂，施工难度还大：要在每盏示路灯下安装独管立的控制器施获工难度可想而椅知，由此又使笋得工程造价过昆高。杜本文将介绍基樱于镇流器的全半数字公共照明祸系统。该系统例在国内首次实信现了远程单个且路灯节点的任邪意监控，并重旨点介绍了系统枝的核心设话备垮—杆—嫌组群控制器的侨作用、组成、畏工作原理是以惠及主要软件结击构框图。二整体设计金在该系统中，干每个路灯节点开采用全数字化躲电子镇流器，水可以实打现躺0搁%烦、壮50摔%蜡、威80凝%兔、妥100仓%胖功率输出，可动以随时发送路贿灯的电流、电栽压信息，并具喝有开路、断路秆和路灯老化报边警功能。每一库个路灯节点内毫包含一个电力壳载波通信壶（差PL茄C巷）模块，利用阴电力载波模块剑实现路灯节点残之间以及路灯映节点与组群控描制器之间信息转通信。组群控穷制器采用肆双禽CP锄U详结构，负责日呜常系统的正常垃运行控制，并翻可以随时响应坡上位拼管理计算机乏发出的指令。川组群控制器与差照明湿管理计算机赞通界过犬GSM/GP助R搞S捷短信方式实现秆正常情况下的衣通信。在组群像控制器发生故躲障的情况下，博照明农管理计算机滤可以通信过殿GSM/GP串R叠S五直接实现路灯放线路的开关控紫制，实现系统锣安全双保险。哪照明桌管理计算机恋采用地理信息稀系统浸（丹GI咳S柱）技术，实现倡图形化动态实司时监控态管理笛。两三欠镇流器似由于气体放电巾灯（如荧光灯矩、霓虹灯、卤与素灯、金卤灯郑等）是一种负养阻性电光源要济使其正常稳定魄工作，需加一蔽个限流装置。汪这个限流装置月叫做镇流器。银目前气体放电盗灯使用的镇流扫器有两种：洽（剪1泊）电感式镇流姿器；钟（匙2览）高频交流电妥子镇流器。朴由于电感式镇筐流器工作在市厉电频率，体积廊大、笨重，还踢需消耗大量铜乐和硅钢等金属搂材料，散热困递难、效率低、悦有频闪，所以吃现在一些电光委源界的科技工笋作者纷纷寻找据新的镇流方法耀，而高频交流怪电子镇流器就石是一种有效方况法。电子镇流惨采用高频开关红变换电子线路阿的方法实现镇扎流，具有无频拜闪、效率高、炕体积小、重量务轻、可调光，据不使用大量铜害材和硅钢材料准的特点，所以排自吹2株0肆世钳纪袜7搏0寸年代以来，高福频交流电子镇帅流器一问世，球由于它的体积迎小、发光效率盖高（发光效率杆与工作频率关演系曲线如欺图荒2等隶所示）无频闪棵效应，适应供爷电电压范围宽居、节能的一系悔列优点，受到汁了用户的欢迎杰。据统计，世纳界上照明用电页占了世界上产寺生的总电量厌的符1/回4治，如仅将现用劳的游20才0速亿只灯泡中驼的晓5问0午亿只换成节能竖的电子镇流灯行泡，就可节愤省凑200G命W禾的电能，从而急少建几十个电封站。由于高频吓交流电子镇流臭器节能和巨大刑的市场潜力，吹进冬入微2削0掠世愉纪卫9带0裂年代后，各种常气体放电照明拥灯广泛采用高爷频电子镇流器断，形成一剩个办"帜绿色照吼明谅"由的新兴产业底。捎"双绿色照音明剧"凉是让9便0扛年代初国际上雁对节约电能、外保护环境照明惰系统的形象说括法。美、英、忌法、日等主要柄发达国家和部黎分发展中国家盼先后制定逐了叹"弱绿色照展明尊"爷的计划，并已呆经取得明显效垒果。事实上，此照明的质量和锋水平已成为衡缩量社会现代化芹的一个重要标鬼志，成为人类跟社会可持续发乘展的一项重要饭标志。目前，逗我国已成为照锹明器具的生产换大国，现有照扶明器具生产企捎业骂100柔0畅家，电光源产脉品隙有俯6瓦0伯多个门砌类膨350授0水多个品种规格络，灯具产来品槐3缩0展多个门拐类曲50狂0白多个品种规格肉。我国照明节阶能大有潜力可砌挖。目前，荧大光灯、稀土三糊色紧凑型荧光沿灯已生产出适协合家用册的嫁H应、迈双耀H瓦、湖O蕉、笑D枣、帆双表D哀、递S灾L与型等多种产品泪。这种灯与照杜度相同的管型背荧光灯相比约灶节清电使27重%欢，与白炽灯相笼比，可节巡电罢70驴%逃。融200瑞1壤年，按每户仅熔用一只节能灯屋计算，全撇国弹4壁亿只节能灯就们可节谷电尤200差0唉万千瓦电力，现投资只向需阁12禁0虹亿元，而要生梳产面200眯0春万千瓦的电力搬，即需投躺资奔50域0巾亿元。所以在请我国照明节能佣是一项很重要苏的课题。目前身，世界上一些双著名的大专院昆校、科研院所院、公司都投入敲了较大的力量食进行高频交流陵电子镇流器的冰科研开发、生攀产。如美国弗态吉尼亚大学功蛋率电子研究中唱心裤（另VPE线C脂），李泽元教隶授领导的科研彼中心每年都有乒相关论文和实面验报告趟在览IEE袍E谁功率电子学学巴刊刊出，并提慎出了如高频能畅量反馈、采用冤电荷泵功率因奴数校正的电子客镇流器等概念乱，美国加州理蚀工大学菜（腐UC尚T柿）则的五S.CU梅K顶教授关于单级穗高功率因数电锅子镇流器，一撤种用于紧凑型岸荧光灯西的绸E构类电子镇流器坛，西班牙、巴狸西、我国台湾栋和香港地区的扭一些著名高等你院校、科研院冲所、公司都投震入了一些高水仿平的科研人员倚进行开发。同音时，国内一些盆著名科研院所恭、大学也投入途了较大力量进善行科研开发。宽这点可从国内戴相关科技文献谱看出。勿容置距疑的是我国是愈世界上电子镇是流器的交一个生产大国诊，我国有较多允的公司、企业兄从事这拳种剖"茄绿色电光房源必"叨产品的生产。江特别是名自症2总0米世拨纪印8炭0篇年代末炒、仰9出0涛年代初疤，丽IEC92剧8板（润199炎0蔑）止、垦GB1514妨3育（碑199夜4镇）《管形荧光险灯用交流电子跃镇流器一般要块求和安全要求恭》孕及迎IEC92坐9什（渠199听0篇）咬、玉GB/T15漠14赠4我《管形荧光灯那用交流电子镇睡流器的性能要反求》等技术标菊准相继颁布与叉实施，使交流症电子镇流器的肾研究、开发、碍生产有了统一境技术规范。由浇于高频交流电采子镇流器要求旺体积小、造价芹低，并且对电酿磁辐射干扰、鼠输入功率因数拜、波峰因数、课可靠性等技术狐指标严格，所警以要做出一个柱满足高性能、攻低价格、体积虑小、低电磁辐止射干扰，使用伟安全可靠的高雨频交流电子镇恼流器并非件易歇事，所以往往元让人感到：看妈似简单的一个盏电子产品，但歉是技术含量很词高，是一个涉朋及电路拓扑、欺高频电子变换扭、谐振开关沙（味ZV书S到、神ZC似S城）争、吗L组C氧串并联谐振、莫功率因数校正值、电磁干扰抑角制仰（勿EM魔C尽、呢EM匹I衫）、信号传感乒、采集和控制育、电子元器件祸、电光源器件乖等电力电子技问术的方方面面庭。同时，如何妙测量高频交流四电子镇流器的域技术参数，如筛功率、高频谐躺波成分、效率锅、电磁辐射干染扰优（消EM敏I周），也是高频宇交流电子镇流惩器的研究热点呀。实践证明，之要做出一只高讲性能的高频交架流电子镇流器乐，还需对它的缝负计载宫-食-浴灯的技术特性笋、灯对电源的尼技术要求有所非了解，否则要真做出高性能的隐高频交流电子指镇流器是不现口实的。由于对葱电网供电质量着的要求不断提康高，国际电工霜技术委员控会字198丧2螺年分别制定野了钟IEC555陶-答2谈《家用设备及晨类似电器设备秘对供电系统的妨干扰》标准，崇和敌IEC壮1000-3哨-2河《电磁兼容性测标准》，分别让对相关电器设歌备的功率、谐俊波成分、电磁覆辐射干扰等技冻术指标做出了叉要求，对高频蛛交流电子镇流调器而言也相应灾增加了电路的麦设计难度和制嘴造难度。拍二、常用高频询交流电子镇流才器电路与改进重（一）单级半洁桥谐振式勤由于半桥谐振安式逆变电路工敞作可靠，对开篇关管耐压要求胸较低，所以采义用半桥谐振式醒逆变电路为灯爪负载供电的功修率变换电路使裹用最为广泛。高它主要由：交嘉流市电供电整也流电路（滤波照）、启动电路摩、串联谐振高衫频逆变电路、拨保护电路、灯阴负载几部分组兽成。芳这是一个典型弯的、自激振荡窃、自启动所的协L聪C茅串联谐振半桥泉逆变的高频交拳流电子镇流器墓电路，谐振主行要桨由员L攻、够、贱C此3叉、康C凑4缎完成，利用谐吐振女时派C涌4回上的高频电压渗点亮灯负载，亏当灯负载电流最发生变化时，填会影响谐振回港路钢Q方值，从而影响别谐振电崖容估C卖4苗上的谐振电压税，来实现稳定梳灯负载电流的呼作用。槐由于这种电路纠采用元件少、双造价低，所以屯目前国内市场哥上见到的高频惑交流电子镇流悄器大多采用类习似的这种电路冤。傍但这种电路存员在以下缺点：筝（吼1鹰）无灯丝预热漏功能，易产生搅灯丝电极溅射毁作用，而降低圈灯丝的使用寿熊命，使用时间畜一长易造成灯梦管一端发黑的帜现象；绵（弊2收）由于采用市坑电整流后直接日给半桥逆变级歇供电，所以会婆产生很强的高先次谐波干扰，镇降低交流市电妥输入侧的功率退因数，并降低缴电源供电效窗率史,辈采用这种电路诞的高频交流电物子镇流器大量斥使用时，会造忽成三相四线供梳电电网的地电乒位偏移，因而透造成用电设备惯的损坏；掠（岛3沙）由于半桥逆桥变级工作在高丈频开关逆变状便态，所以产生快的高次谐波，旦会产生相应的呆电磁幅射干扰矿，影响其它用匙电设备的正常好工作；填（草4踢）由于电路没嗓有设保护电路月，所以一旦市移电电源供电发然生故障（如电驶网电压升高过露多）或灯负载俗发生破裂等故送障时，易造成库电路损坏，严闻重时还会发生董火灾事故。拦（二）双级谐选振式高频交流延电子镇流器肠针对单级半桥端谐振式高频交戏流电子镇流器役电路存在的以盏上缺陷，人们浸又开发设计出翼了双级谐振式船高频交流电子倚镇流器电路。非它主要在普通连的单级谐振高蔽频交流电子镇秋流器的基础上腾，再加了一级顺有源功率因数毙校正尸（忆APF套C萄）电路，用以素进行交流市电哲输入整流滤波防的功率因数校部正，并限制高说次谐波成分，狐从而达到减小恒电磁幅射干扰熟，提高输入侧镰功率因数的目盯的。并且由于幸有源功率因数透校正凤（有APF或C例）还有预稳压谈的作用，同时迷还可以调光（掀调五节香APF锤C搏输出电压），吧所以既可提高军电子镇流器的铁电性能，又可吨提高电子镇流剂器的可靠性。稀有源功率因数校校正按电路构佩成可分为：降熔压式、寨升窃/穷降压式、反激牺式、升压式等忍几种。按控制睛市电输入电流敞的工作原理可吹分为：平均电排流型、滞后电咬流型、峰值电唉流型、电压控览制型几种。按晌功率因数校正组电路中电感电亲流的工作方式粘又可分为：电泛流连续型鸡（衣CC兔M鞭）、电流不连浇续型杨（墓DC并M叙）。由于升压急式有源功率因丧数校正电路具凉有均P挥F柴值高崇、鼻TH介D捉小、效率高，愚但需输出电压爱高于输入电压描，适用骗于榨75W-2K娱W怠的应用场合，脸所以目前应用粘最为广泛。由水于弹DC眯M播型傻APF笋C体电路简单，开决关管应力小的叨优点，所以在榆电子镇流器中藏应用广泛。两孕级式具血有丽APF穗C售功能的高频交蛇流电子镇流器锻电路由于增加还了一级有源功运率因数校正电矿路，所以增加剑了电路的复杂畅性，使成本提页高许多，虽然鸦双级式高频交爹流电子镇流器誉性能好，但由蚕于成本、体积呢等原因也很难胃于大范围推广鼓使用。奖(到三天)详无源功率因数秒校正村针对两级式有乏源功率因数校珠正电路的缺点查，人们又试图悟探讨用无源功漏率因数校正赤的方法来提高闷高频交流电子次镇流器的性能升，如经常提到侮的有采用三只烂二极管和二只吨电容器的逐流扶电路的无源功饱率因数校正和逆高频复合能量右反馈等方法，东虽然在理论分维析上可行，并栋有相应的实验吵结果、结论，漆但是至今未见攀广泛使用。还茶需进一步提高右技术性能，但榴无疑这是一个动很好的发展方际向。曲（四）常用高伪频交流电子镇丢流器调光请由于高频交流塔电子镇流器具杏有节能的优点疑，特别是在不主需电子镇流器茶满功率进行的纹场合下，采用汪调光控制节能汉效果会更加明僵显。圆调光控制有一术个用户可控制威的调光控制输旧入端并应具有赞以下基本功能咱：能检测灯电咽流、灯电压、葱灯功率；利用霸反馈电路来调捧节用户设定的盾亮度。接常用的调光方污法主要有以下欲四种：占空比华调光法、调频吸调光法、调节已高频逆变器供博电电压调光法凳、仅刘脉冲调相调光愈法。吹1俘、占空比调光热法须这种调光控制象法利用调节高萝频逆变器中功朵率开关管的脉首冲占空比，实宿现输出功率调莲节，对半桥逆挥变的最大占空旁比嘴为处0.师5皆，以确保半桥裕逆变器的两个墓开关管有一个仰死时间，以免哗两个开关管共中态导通损坏。怪这种调光方法浮存在的问题是来：如果电感电肠流连续并滞后稿于半桥电俯压角Ux辨y刊，则开关可能感导通时工作在险零电压状态，峰关断瞬间需采耽用吸收电容达众到唤ZC祖S集工作条件，这画样可进旁入作ZV少S乎工作方式，这乒是优点算，栋EM掠I森和开关管应力建可明显降低。颤然而，如果占湖空比太小，以锋至电感电流不毙连续，将失棵去轻ZV该S兰工作特性，并扣且由于供电直者流电压较高，扒而使开关管上茄的应力加大，细这种不连续电络流导通状态将疏导致可靠性降竟低和加版大冬EM悔I锣幅射。统除了小的脉冲砖占空比，当灯陪管发生故障时袖，也会出现不隐连续电流工作皂状态，当灯为泉开路故障时，滑电感电流将流弹过谐振电容，咏由于这个电容套的容量较小，太所以阻抗较大瞒。除非两个开睁关管有吸收电举路保护，否则璃开关管将承受晌很大的电压应稳力睁。到2贪、调频调光法嘉调频调光法也吧是常用的调光始方法。如果高吗频交流电子镇咬流器的开关频检率增加，则电勾感的阻抗增加介，这样，电感屋电流就会下降孝。跪调频调光法的亚局限性：爸A宪．调光范围由跑调频范围决定肌，如果调频范拉围不大，则功喜率调节范围也耍不大。舟B笨．为了实现在康低灯功率工作杀条件下实现调剂光，则调频范羡围应很宽（即扎从叙25KHZ-拉-50KH抓Z柿）。磁芯的频赞率范围、驱动弦电路、控制电闹路可能限制调虚光范围。德C语．在整个调频削范围内不易实剩现软开关。轻为载时，不能实云现软开关，并理使开关管上的隐电压应力加大锯。硬开关的瞬降态过渡末是醋EM喉I宗幅射的主要来爷源。谱D斗．如果半桥逆氧变器不工作在傲软开关状态，惧则导致逆变器叼的损耗加大，盟导致效率降低晶。滥E镇．当开关频率浓在红外遥控的偷频率范围内时凑，荧光灯将发赌射低电平的红驶外线，如果调羞频范围很大，察其它的红外遥归控装置如电视羊机将会受到影蝴响。懂F奶．灯电流近似彼反比于逆变器往开关频率，调冷光与开关频率榨间不是线性关蛛系。铁G德．当灯管发生社开路故障时，厦将出骆现块DC户M马工作状态，特腹别是当开关频候率很低时。败3蚂、改变半桥逆签变器供电电压颗调光法怨利用改变半桥档逆变器供电电守压法实现调光终有以下优点：陈A顿．调节半桥逆怠变器供电电压拜来实现调光。周B鸣．采用固定占率空比（帜约离0.劫5箱）的方法，使撒半桥逆变器工严作在软开关电交感电流连续的芳宽调光范围调燕光（这也可使最开关控制电路鸡简化）。咱C吊．由于开关频劈率固定，所以无可以针对给定幸的灯型号简化呼控制电路设计颗。瓦D迟．由于开关频集率刚好大于谐误振频率，所以虑可以降低无功寻功率和提高工石作效率。抱E铁．由于开关频栏率固定，所以早可以较方便的喜确定无源器件券的参数。龟F董．在较宽的灯竭功率范围内洪（足5%--10爸0径%税）保海持扇ZV社S细工作条件。度G啄．在很低的半浸桥逆变器供电急电压下，将会长失去软开关特绿性，将会出现粘电感电流不连招续的工作状态腾。然而在直流家供电电压很低死的情况下，这弱种工作状态不韵再是个问题，鼠这时的开关管铅应力和损耗将事很小，即使硬敢开关在低直流键供电电压情况谦下（美如郑20纸V义），也不会产死生太家多亿EM惑I击幅射。控H筐．可实现平滑营和几乎线性的挂灯功率控制特缸性。城I咬．可得到低功帽率解决方案，怜半桥逆变器的目供电电压可以缸选得很低（际如谅5%--10爷0银%灿的调光范围对蔑应顾30-120觉V互），这样可采挥用低电压电容打和躬MOSFE欧T兰。棕J睡．调光控制仅三通过控胖制古SEPI逐C炸变换器输出电打压实现。由于沿半桥逆变器工俩作在恒频工作啊状态，所以可撒采用简单勾的彻AC/D绍C磁控制即可实现订调光。沾K欣．灯电流近似芹和撑D纱C犹变换器的电压纸成正比，调光闻几乎弄和岗SEPIC恒D摄C显变换器的输出问直流电压成正学比。调光曲线病如矩图谎6歇所示。卷4鹊、脉冲调相调循光法柏利用调节半桥第逆变器中两支串开关管的导通雕相位的方法来赵调节输出功率专，从而达到输锈出调光的目的考。调相法调光疏曲线图如业图愁7颗所示。吵相控调光法主见要有以下特点戴：烈⑴恰可调光至淘此卷1图%腥；欠⑵园可在任意调光武设定值下启动肺；演⑶爱可应用于多灯惯应用场合；各⑷民调光相位灯功狱率关系线性好帽。篮（五）两级高流功率因数电子学镇流器常抚用恰I嫂C卫及特点甜由于高频交流像电子镇流器的匆巨大市场和经忌济效益，国际森上许多有实力似的半导体厂商幕纷纷开发相应吉的集成电路，仆以方便用户、胁生产厂商使用读，大批量生产碍。有的半导体肤厂商还给出了红相关的电子镇温流器设计软件星。世界上主要鄙生产、开发高僚频交流电子镇硬流器的主要生猴产厂商有：美柿国国际整流器商公司梦（抢I因R蓄）、莫托罗拉氏公司落（刮M旧C使）、美国微线私公司炎（过M圆L阴）、韩国三星败公司等。下面蜻以美肌国市I运R郊公司为例，介帜绍其主要电子垫镇流器用控制饰集成电路、相何关设计软件。佳美国国际整流摄器公司谜（元I香R档）主要有以下晶型号的新型高呜频交流电子镇同流器控制集成拔电路，它们分叫别为威：块IR215瞒7希1扔、迹IR2159沫/IR215滑9户1扩、敢IR216斗7速、保IR215败3脉、档IR215轧6贼等型号。它们为分别用于以下朝场合：捧①供IR2157筑1表：驱絮动鼠600VM哈OSFE驰T奉的荧光灯和高逆强度放电灯毁（家HI惑D槐）的电子镇流沙器驱动控制集描成电路。教②弟IR2159工/IR215诚9把1可：调光控制脑和羊600VM全OSFE蚊T墙驱动控制功能默合一的电子镇雁流器控制集成必电路。敬③比IR216雕7睡：具拘有狭PF饿C橡功能的高集成贤度疤，释600VM巴OSFE芝T祸驱动控制集成漏电路，常用于抖荧光灯和高强守度放电灯油（枕HI诊D菌）的驱动控制鼓。病④屯IR215涝3土：锤IR2153挣/IR215希1妇驱动控制集成河电路的改进型陈，用以驱动半佛桥功率变换级挠。冶⑤鲁IR21键5默振荡频率可偏肝程和用于高压舱半桥驱动。衡⑥凭IR215夹3唐、甚IR215跪6布：常用于卤素狱灯的控制驱动脂。绍下面喉以现IR2157床1文、既IR2159办/IR215塘7蓄为例介绍其主隔要功能。如烈表存1牺所示。猜表旗1榴疲常盛用绞IR礼启电子镇流扎器傻I矮C线特点庄特港蛇点厕作型怖蝶号梨IR2157遥1IR21我59/IR2瞒157按启动功率赢低疑蒸√姓腿√降电源供电稳压窜二极管保舍护齐目√俊锋√肯600票V铲半桥驱状动碧欠√涛疏√沈工作频率可编旧程控候制脉给√委-洪死时间控舍制煎币√伸杆固定清闭环调役光析泽√寒-己模拟调光接厕口娘麻√肌-胞过流保景护卧邻√移悲√掌故障保填护屠吗√贴梅√甜过温保抱护刺袭√拴更√饥邻近谐振保捆护孩nearr探esonan跟cepro谢tectio卡n未钩√叙权√读自动再启动关阴断夺觉√亏卷√稼功率因数校进正大--贼电源供电电压狼稳瞒压按--猎DI夺P布和傍SOL茂C猾封歌装懂1616堵（六突）程I角R危公司的相关设墙计软件蛋美垦国删I押R隶公司为了方便深它层的罚I灿C绕使用和高频交贸流电子镇流器仅电路设计，它因推出了相关设估计软件，软件谁具有以下特点巩：葬I摧R粥公司的相关电鸽子镇流器设计柴软件具有以下恋功能和相应设忽计步骤：股1悔、设计步骤：绳(任1焰)光对给定的电路故类型和输入电乘压范围，可生王成相应的电路育图、元件表和菌印刷电路板图接。原(2脏)社良好的图形设沫计界面，可给诞出电子镇流器敲的电参数、元胸件值和整个电结子镇流器的相啄关文件。楼2捞、主要特点：纺⑴塔三步设计流程酸；醒⑵岭灯型号流览；盏⑶排设计流览；绪⑷吉良好的显示界减面；晃⑸太电子镇流器工焰作点的计算；绿⑹壁电子镇流器工茶作点的图形表灶示；孤⑺鹿Window组s竖的图形显示界羊面；徐⑻吗L道C计谐振腔元件参沿数计算；砌⑼搂PF镇C柏元件参数计算泡；宝⑽拜IR2157养1尖外围相关元件闲参数计算；姓⑾置电路图；态⑿荒元件清单；输⒀歇PC纲B粒图；要⒁些电参数图；策⒂矮元件参数表。睁灯的选择和电速路基本设计选子择主要包含：发灯的选择含以况下内容：灯型认号、灯功率、滋灯管工作电压碧、最大灯管预她热电压、灯管闸最小点火电压时、预热电流、摘预热时间（秒存）。胸基本设计选择颤含以下内容：片最低电源电压卧、最大电源电钥压、预热直流问总线电压、启换动点火直流总酬线电压、直流竹工作总线电压鄙、赵PF缘C唱工作频率、镇迷流器工作频率习。并浊且非BD克A译软件有两种工拖作方式：虑1卷．标瞒准促3悼步法（含以下慎步骤）：选灯屑型、选择电路冬形式、自动生巾成设计结果。挂2尿．高级工作方拖式（含以下设尽计步骤）：任①庙工作点计算酱和裕IR2157代1萌外围元器件计烛算；有②蚂允许预先设定宁所要求参数值室；弯③概设计灵活，方衣便。车三、单级高性傻能、高功率因蹄数高频交流电喇子镇流器留由于双级式高淹频交流电子镇往流器使用元件撒多，价格较高创。所以尽管性镜能指标好，但酸也难于大批量才生产、使用，踏为了进一步简犹化电路，提高弹电子镇流器的礼性能指标，国味内外的一些科处研院所、高等鞋院校、大公司港纷纷提出了单旬级新型、高功末率因数高频交公流电子镇流的针新概念、新电唇路，下面分别豆加以介绍。当（一）高功率肠因数、低电磁奋幅射、具有宽临调光范围的电顶子镇流器键这种电路由香析港城市大学禁的斥骤nHu珍i毯教授金（霞Ph.博D芽）提出。德这种镇流器具洒有以下特点害：宵(1歼)府低电磁幅射，欠传导干扰低，座可调光范围宽秤；素(2疗)雷功率调节范围蛋为巩10%--1蜂00泻%罢；广(3猜)同采肌用而SEPIC逃DC/A挨C请变换调压那；调(4锄)渠低毅EM诸I芬，低电压应力聋；馒(5忙)算可用于单管、案多管荧光灯照那明。串（二）一种改鄙进电荷泵功率衬因数校正奖（唤CPPF童C柿）的电子镇流蠢器订这种电路由美骑国李泽元喊教授领导交的欺VPE反C找的皆JinRo伟ngQia刚n栋教授者（搬Ph.钥D谷）皆和李泽元则教授提出。走主要有以下特饱点率：碗(1策)筹引入了电荷泵娱的概念、工作配原理、电路彼；尺(2谱)秘提高功率因数坡的工作原理分弟析僵；源(3迹)排波峰比熄为删1.数6决，户200颜V素交流电压输入淋，效率丙为晓80吧%都；妨(4筛)屯只用一个电感裙，由于电荷泵微采用了一个电雄容，而电容又易比电感在电路亮上好处理。旋（三）一种用救于紧凑型荧光世灯的新型自平激踏E主类电子镇流器刘由美国切（滤CIevel壳andSt订ateUn捆iversi姓t暑y申的侮Louis蹲Robert半Neron妄e甩乳教授昼（晋Ph.渠D请）提出。论文枝和实验对点火伍和灯电路稳态刑运行进行了分益析、讨论，并却给出了实验结胞果。有限流保也护功能，可适尝用于任撑何昨Q子值和占空比，援价格低。遥（四）一种改闷进单级电子镇否流器起动特性允的新方法蕉由我国台穷湾浩Nation卖alChu慕ngChe静ngUni面versit遮y验的功Tsai-f底u锅善Ｗｕ教授（Ｐ厘ｈ拒.梨Ｄ）和他的学窗生德Yon歼g枕－歼JingW激u军提出，并给出跨了实验结果。废这种方法主要骨有以下特点：板１、利用同步兵开关技术广（壮Synchr双onous俭Switch赢Techn赚ique,S疏S绸T证）来改进电子桥镇流器的启动拿特性。都２、利用变形顺单级电子镇流典器技术实现镇颂流房（受Single学-Stage蝴Inver冶te痒r友、增SS橡I椅）。芽３、讨论了Ｐ鞠ＦＣ半级和逆最变电路半级间忆功率不平衡而撑引入的较高电僚压应力对开关觉器件的影响。响４、讨论了电箱子镇流器的工完作状态、控制妙策略和元件电峡压应力间的相落互关系。坑５、讨论了利惠用热阻检测电混路来减小灯丝趣溅射的问题，淋并通过实验证殖明了这种电路暮灯管开关工井作班1800志0欺次后灯丝无明呀显溅射。舒６、论文和实势验电路对单级支镇流电路的变奥化特性进行了孝分析，并给出阿了实验结果。哗（五）采用反祝激推挽集成变况换器的电子镇违流器累该电路和实现辱主要由巴略西水federa例lUniv宣ersity顿ofMi双nasGe恶nai炒s宰的纤Ricard率oNede戴rsondo包Prad飘o直教授始（贷P以ｈ春.萍Ｄ）等人完成贪。绸这种电子镇流壁器具有以下特灵点叶：占(1无)睬由于采用反激略式电路，所以团电路简单，使缴用灵活靠；博(2屡)慈具有隔离、自轧启动、单开关折的电路特点波；叮(3三)榴可实现短路保伏护千；赔(4射)写反激式ＡＰＦ数Ｃ，所以具有盯不必使输出电多压高于输入直宇流电压，可在菠ＤＣＭ工作方伶式下，在固定杀导通时间控制贵方式下得到功绍率因数近似为唉１的效果出；翅(5飘)桑由推挽变换器书实现灯的高频贷交流供电、镇络流恳；巾(6鸣)仗仅用一级电路爆就可实现ＰＦ讽Ｃ和高频变换胆，实现了单开倚关变换，简化宅了电路拍；啊(7企)傍通过占空比控钓制可实现调光乎。躲（六）基于单牙级高功率因数密的电子镇流器叫该工作由巴物西含Federa集lUniv臂ersity押ofEs蓝pirito富SantO丘,Vitor桂i滑a晃的炒Marcio唉Aimei央daC篮o侧教授煤（狭P成ｈ烦.坡Ｄ）及他的同穿事完成的。相它具有以下特勉点呜：钢(1枝)条单功率级，高萍功率因数，半梦桥功率逆变器刷工作在谐振状眉态归；被(2晋)津自激振荡式，反功率因数校正谨工作龄在芹DC旅M疫模式，输入、欠输出隔离龙；聋(3埋)仙由于工作在自待激振荡方式，们所以具有保护引作用硬；纸(4桂)港实验模型寇：蕉40锁W禁荧光灯新、守40KH叼Z咬、铃220留V静交流市电供电灵；器(5梢)速给出了实验结扑果和模型分析驶。授（七）一种新艇型单级恒功率售高功率因数电虽子镇流器帅这项工作由西牲班牙住的委Univer当sityo预fOvie询do,Gij屠o尿n拌大学苹的骗Manuel文Ric鸣o合－唉Secade趴s哥教授菌（撤P执ｈ监.室Ｄ）和他的几松个同事共同完甘成的。该电子符镇流器具有以趁下特点蜘：隙(1昂)加由竞buc驶k筹－辽boos矛t泻和半枪桥咽L罩C互谐振共同组成贼单级高频交流纪电子镇流器旬；园(2牧)萌具有可调光和咸恒功率特性独；聚(3暂)喊高功率因数厘（刚0.9岭8字）铁；屑(4略)舱给出了实验电架路、稳态分析茶、低频电路模岸型叙；促(5挽)赤给出了设计实添例、方法舒；球(6亭)役给出了实验结贪果。朱（八）基于反处激变换器的单钞级高功率因数硬电子镇流器因该项工作由西千班牙葬的画3.拆7凭部分的科研课形题组完成。楼该项工作具有敌以下特点：扮１、将反激变烧换拿PF腐C晶和半桥变换合管为一体，作为唤单级高频交流赖电子镇流。互２、反激工作再于恒频、恒占仔空比。翻３、由于在Ｐ拍ＦＣ中引入了帐一个变压器，当所以逆变器的匹输入电压可以椒设定，从而优签化了逆变器的吉设计。浩４、给出了实泊验电路、稳态域分析、实验结蜓果。臂四、总结老通过以上的分炊析讨论可以看监出，貌不惊人纵的高频交流电卸子镇流器的设逗计、制作是一桂个涉及电路拓荣扑、电子元器修件选择、电路惩动态静态分析善，电光源等多咏学科的一个知裁识密集性电子啊产品。它主要耕要求在电路尽病可能简单的条酸件下实现高效紫率、高可靠、渴低谐波成分、漠低电磁幅射干趴扰、高功率因撇数。所以对电眉路设计、选型贼、生产提出了四较高的要求。羡随着电子技术撇、电子元器件踪、电路拓扑水宾平的不断提高鸣，高频交流电线子镇流器的质从量、性能会不川断提高。回顾废自洋2典0耕世音纪浪7碎0历年代世界上第捞一只高频交流滩电子镇流器的睬面市，到今天蓝高频交流电子杆镇流器广泛进墓入家庭、楼堂萍馆所的照明，遍印证了高频交植流电子镇流器广的不断发展，愉质量、性能不脚断提高的过程智。尖四里废组群控制器工浇作原是与系统塑组成泄4节．才1别落组群控制器系牢统组成图1给出了一种组群控制器设计方案。它包括CPU傍模块、线路状币态检测模块、鞠交流接触器驱遗动模块、后备午电源模块、时注钟模块、控制庙策略模块、电压能计量模块、包温湿度检测模蜻块坟、铺GS发M沾通信模块和电众力载波通信模股块悟。娃CP企U仙模块采锻用物CP蝴U台结构。主微控主制器采用高性汽能猴、胖8席位荣、钉4梅0茧引脚、具胖有厅8KBFla摇s带h闸、多瞒路喂8每位急A/呈D姓的骨RIS病C葛单片碍机拆PIC场16F饮87育7摄，负责傻与触GS屡M煌通信模块和电贯力载波模块通防信，与交流接骤触器驱动控制运，与实时时钟海的读取和校准瓶以及根据照明枣控制策略发送非控制指令等功啄能。从微控制赴器采用与主微触控制器同一系狂列的高性适能急8瘦位震、乡2膨8傅引脚、多拒路搬8陡位尿A/冻D少、具伤有冷4KBFl量as唉h郑的酱RIS闸C君单片轰机德PIC茄16F障87舒3求。该控制器负抬责胡管理忘电能计量模块见、后备电源及漂监控模块、温方湿度监控模块滥和线路状态检咳测模块等。4.2GSM模块GSM(GlobalSystemforMobilecommunication)系统是目前基于时分多址技术的移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。基于GSM的短信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用,是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游,建立上述系统不须再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。笔者开发设计的基于GSM网络的温度数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台,利用短信息业务实现数据的自动双向传递。系统模型图如图2所示终端处理模块终端处理模块存储器数据收发模块数据采集模块存储器数据收发模块数据采集模块E2PROM单片机2MSC12101210PC机GSM模块2单片机1单片机GSM模块1GSM网络图2系统模型图本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分等三个模块组成。数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机1负责将数据从E2PRROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去，单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。在这里E2PROM是数据临时存储和上传的中转站。终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。系统中三个模块相互独立，彼此又相互依赖，共同完成数据的传输。数据收发模块在系统中起着承上启下的作用，是系统的核心模块。该模块以双单片机为核心，以RS232通信接口，在物理层上实现与GSM模块的连接。由于篇幅的限制，本文主要介绍单片机控制这一模块工作的软件实现过程。旨在对怎样用单片机控制GSM模块收发短信息进行探讨。1GSM模块MZ28MZ28是中兴通讯推出的GSM无线双频调制解调器，主要为语音传输、短信发送和数据业务提供无线接口。MZ28集成了完整的射频电路和GSM的基带处理器，特别适合于迅速开发基于GSM无线网络的无线应用产品。带有人机接口（MMI）界面的应用产品内部与MZ28的通讯可通过标准的串行接口（RS232）进行。MZ28使用简单的20-PINZIP插座与用户自己的应用系统相连，此ZIP连接方式提供开发所需的数据通信、音频和电源等接口信号。MZ28可以作为无线引擎，嵌入到用户自己的产品当中，用户可以用单片机或其他CPU的UART口，使用相应的AT命令，对模块进行控制，达到使其产品可以轻松进入GSM网络的目的。2串口控制SMS的工作原理单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RS232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C52和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过I2C总线扩展了一个E2PROM存储器芯片AT24C64，它的主要作用是存储采集到的数据。该芯片能够反复擦/写，能够持久保存数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必需的。GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的地址发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短信的信息量限制为160字节。现在市场上大多数手机均支持GSM07.05规定的AT指令集。该指令集是ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对SMS的控制。利用GSM手机的串行接口，单片机向手机收发一系列的AT命令，就能达到控制GSM模块收发SMS的目的。必须注意的是，用单片机实现时，编程必须注意它发送指令与接收到的响应都是字符的ASCII码。用单片机控制GSM模块收发短信息所涉及到的AT指令见表1。表1AT指令AT指令功能描述AT+OFF关机并重新启动AT+CSDH=0在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息ATE0关闭回显AT+CMGF=1选择短信格式为TEXT模式AT+CMGS发送短信息AT+CMGR读取短信息AT+CMGD=0删除全部短信息3软件的实现上位机模块和下位机模块半双工通信协议的实现应答和重发上位机模块和下位机模块的通信双方遵照半双工通信方式进行。即数据传送是双向的，但是任何时刻只能由其中的一方发送数据，另一方接收数据。因为E2PROM的读出和写入不能同时进行，为了避免一方在发送信息帧时（这里的信息帧指的是下位机模块发送的数据帧和上位机模块发送的命令帧，下同），另一方也会发送数据，必须把信道变成半双工方式，尽管效率可能不如全双工方式，但通过此举牺牲效率可以换取模块工作性能的稳定。双方采取的顺序是：发－>收到应答后－>再发。按照整个系统的设计思路，上位机模块（即图1中的GSM模块1，下同）发送的帧包括命令帧、确认帧和非确认帧；下位机模块（即图1中的GSM模块2，下同）发送的帧包括数据帧、确认帧和非确认帧。其中确认帧和非确认帧是发送数据后等待对方发送的应答帧，以此作为继续发送下一帧和重新发送上一帧的依据；命令帧和数据帧是信息帧。当一方先发送完信息帧，如果收方接收到对方的信息帧，而又没有信息帧需要发送，那么情况就比较简单，收方将根据信息帧的正确与否决定发送确认帧还是非确认帧，以使对方决定是继续发送还是重新发送；如果此刻收方也有信息帧需要发送，那么收方将不立即发送应答帧，而是立即发送本方的信息帧给对方，并等待对方对此帧的应答帧，在收到对方的应答帧后，收方将依据应答帧的内容（即确认帧或者是非确认帧，下同）决定是继续发送下一信息帧，还是重新发送原来的信息帧。如果由于链路本身不可靠等因素造成应答帧的丢失，收方将在一定时间内因为没有收到应答帧而延时重发原来的信息帧。在收到对方的应答帧后，收方将继续发送下一信息帧，并等待对方的应答帧，如此反复，直到收方全部发送完信息帧。在本方收到对方最后一个应答帧后，表明本方全部的信息帧发送完毕。然后收方将发送对方仍然等待的应答帧，通知对方收到的信息帧的正确与否。延时重发在双方通信过程中，有两个时间T1和T2，分别表示重新发送信息帧的最大延时。T1表示一方发送完信息帧到收到对方应答帧的时间，如果等待应答帧的时间超过了T1,则发方会重新发送原来的信息帧；当收方接收到对方发送的信息帧，如果收方此时有需要发送的信息帧，则收方此刻不发送应答帧，而是发送信息帧给对方。也就是说利用对方等待收方应答帧的时间T1内,收方插入发送本方的信息帧,同样本方的发送也存在一个延时重发的问题，在规定的时间内如果没有收到对方应答帧，收方也同样需要重发原来的信息帧，这个规定的时间就是T2。显然由于收方是利用间隙时间发送本方信息帧，所以T2<T1。下图以下位机模块先发数据帧为例，阐述双方通信的具体实现过程。上位机模块上位机模块………………||下位机模块需要说明的是，由于版面的限制，上面的图所示的通信过程没有涉及到发送非确认帧的情况，如果收方发送非确认帧，发方的发送过程跟发送数据帧是一样的，只不过这种情况下需要重发同一帧号的数据帧。如果上位机模块先发命令帧，双方通信的实现过程跟上图类似，所不同的是数据帧此时变成命令帧，命令帧变成数据帧。在延时的时间上，无论是下位机先发送数据帧还是上位机先发送命令帧，T2的大小都应该是一样的，都是利用时间间隙T1发送收方信息帧，延时的时间是相同的。然而，对于T1而言，情况就有所不同，因为下位机模块先发送数据帧时，利用T1的间隙时间上位机模块发送的命令帧可能较少，因此当下位机模块先发送数据帧时所定义的T1应该小于当上位机模块先发送命令帧时所定义的T1,因为当上位机模块先发送命令帧时，利用T1的间隙时间下位机模块发送的数据帧可能比较多。4程序的设计3.41主函数的设计思路开机上电后，程序在主函数中运行，单片机和GSM模块分别进行初始化。单片机的初始化包括设置串口工作方式、波特率，并初始化变量参数和标志位。GSM模块初始化包括重新启动、关闭回显、设置在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息、选择短信格式为TEXT模式、开发串口中断准备接收数据。为了使模块能对返回的参数采取不同步骤，程序设置了可以位寻址的标志位，分布在在单片机89C52的位寻址区2EH和2FH两个字节单元中,如表9所示。表9标志位列表标志位含义位地址f_inited初始化完成7EHf_sending有数据块发送7CHf_ack发确认帧74Hf_nack发非确认帧73Hf_sended发送成功79Hf_read_sms可以阅读短信息7FHf_deleting删除短信息78Hf_ready见表57AHf_geti2c见表577H主函数是一个不断遍历E2PROM寻找需要发送的数据块，和判断是否需要向上位机模块发送应答帧的循环过程。前者是通过不断遍历位寻址区查寻标志位f_sending、f_ack、f_nack是否被置为1来实现的。后者是当接收到上位机模块的短信数据时所需执行的操作指令。一旦遍历到数据块需要发送，或者实时接收到了上位机模块发送来的短信数据，主函数将快速转到时钟中断服务程序来调用SHELL函数，完成数据块或者应答帧的发送。实际上无论是数据块的发送还是应答帧的发送，都是针对GSM模块不同返回参数的处理过程。另外，主函数在完成单片机和GSM模块的初始化后，将立即开放串口中断，实时接收GSM模块返回的参数以及上位机模块发来的短信数据。系统运行时，上位机模块首先发送一个应答帧给下位机模块，从而启动下位机模块的运行。应答帧可以是确认帧，也可以是非确认帧，这可以事先约定。程序的开头检验是否收到应答帧，有两个意图。其一，当系统启动时作为下位机模块的启动信号；其二，当下位机模块正常运行时，在发送完短信后，下位机模块需要判断上位机模块是否收到了短信，判断的依据就是上位机模块是否返回应答帧。根据应答帧的内容，下位机模块将决定是继续发送下一帧数据还是重新发送上一帧。按照双方通信约定的协议，如果超过了最大延时T1,下位机模块也将重发上一帧，重发的过程也是时钟中断服务程序调用SHELL函数的过程。3.42GSM返回参数的处理－SHELL函数SHELL函数是进入时钟中断程序时被调用的，该函数是对GSM模块返回参数进行处理的函数。根据系统设计的要求，需要对GSM模块进行下列操作：呼叫对方模块号码、发送数据、阅读短信、删除短信。基于以上操作指令，如果操作成功GSM模块会分别返回不同的参数：>、＋CMGS、+CMGR、OK，根据接收到的不同参数，下位机模块将转向不同的操作步骤，判断并改变标志位的值。比如，如果某时刻接收到>,这表明呼叫对方模块号码获得成功，接下来需要发送数据，这时SHELL函数将检查发送不同数据所代表的标志位f_sending、f_ack、f_nack，从而决定需要发送何种类型的数据。如果f_sending＝1，需要发送E2PROM中的某个数据块；如果f_ack＝1，需要发送确认帧，告诉对方已经成功接收到了对方发送的数据；如果f_nack＝1，需要发送非确认帧，表明本方接收到的数据是错误的，并等待对方重新发送上一帧数据。需要说明的是，在同一时刻这三个标志位只有其中之一等于1，这是双方通信的半双工协议所强行约定的。对于其余三个返回参数，处理思想基本类似，在此不一一罗列。如果操作失败，模块返回ERROR，也有三种可能的情况，分别是发短信出错、阅读短信出错、删除短信出错。SHELL函数将检查上述操作的标志位是否为1，并根据标志位的情况重新发送该AT指令。还有一个返回参数比较特殊，即在等待接收返回参数的过程中接收到了＋CMTI。这不是本方主动操作获得的返回参数，而是表明上位机模块此刻有短信数据到来。SHELL函数将首先提取短信数据在SIM卡中的存放序号，并将此序号存放到单片机2的指定单元中，然后根据序号发送阅读短信指令。如果没有接收到任何GSM模块返回的参数，即字符缓冲区中字符个数为0，发生这种情况有两种可能。其一，当单片机和模块初始化完毕后，如果首次遍历E2PROM时发现有数据块需要发送，SHELL函数将会呼叫对方号码，试图建立连接，准备发送数据。因为在呼叫对方号码之前，下位机模块没有进行任何AT指令操作，模块也就不会返回任何参数，这是情况之一。其二，当下位机模块发送完数据块后，在等待对方应答帧的过程中，如果在最大的延时范围内没有收到对方的应答帧，SHELL函数也将会呼叫对方号码，准备重新发送上一数据块，超时重发机制在这里得到了反映。3.43短信数据的处理－ExecData函数进入时钟中断调用SHELL函数时，如果接收到了返回的参数＋CMTI，表明上位机模块向下位机模块发送了短信数据，可能是命令帧，也可能是确认帧或者非确认帧。在这种情况下，SHELL函数需要对短信内容进行分析，并根据短信的内容进行不同的处理，负责完成以上功能的就是ExecData函数，它是被SHELL函数调用的，用来分析并处理短信数据。ExecData函数首先判断接收到的短信数据是否为有效帧，这里的有效帧仅仅指帧的格式是正确的，并不表明帧的内容也是正确的。判断的依据是判断帧头是否为规定的字符“WQ”。在有效帧的前提下，ExecData函数将根据帧的性质进行不同的处理。按照帧的性质来划分，有效帧分为信息帧和应答帧，这在3.2节有详细的介绍。因为接收的是上位机发送的短信数据，所以这里的有效帧只包括命令帧和应答帧。第一种情况，如果接收到的有效帧的帧号为00H，则表明该帧为命令帧。ExecData函数的处理方式是，首先判断I2C总线是否被占用，如果没有被占用就抢占，如果I2C总线忙则丢弃该帧。抢占总线后需要判断命令帧的校验子是否正确，如果正确表明该帧数据无误，接着将数据写入E2PROM的指定区域，该指定区域位于E2PROM前两个数据块的119～134字节处，如表6所示，并修改相应的标志位f_ack，准备向上位机模块发送确认帧；如果校验子不正确，则表明该命令帧错误，ExecData函数将丢弃该命令帧，并置位f_nack,期待对方重发。第二种情况，如果接收到的有效帧的帧号不是00H,则表明该帧一定是应答帧。ExecData函数首先判断帧号是否正确，从而确定该帧是否是本方期待的应答帧。如果帧号不正确，ExecData函数会丢弃该帧，表明此帧并非本方所发送数据帧相应的应答帧。帧号正确的应答帧，既可能是确认帧，也可能是非确认帧。如果收到的是确认帧，表明对方已经正确接收到了本方发送的数据帧，ExecData函数将会改变相应的标志位，并清除E2PROM中的块标记。接下来遍历E2PROM，看是否还有数据块需要发送。如果有，标志位f_sending被置位为1，反之，将会清除E2PROM中的发送标记，即将首字节清成00H,如表6所示；如果收到的是非确认帧，表明对方接收到了本方发送的数据帧，但是数据帧是无效的。这种情况ExecData函数处理起来比较简单，仅仅将标志位f_sending置为1即可，表明该数据帧需要重发。通过以上的分析，我们不难发现，整个程序错综复杂，函数之间相互牵扯。标志位在程序的实现过程中扮演着非常重要的角色，正是依靠这些标志位，程序才能很好地实现各个功能之间的切换，而标志位的值是通过GSM模块返回的参数修改的。因此程序的实现过程应该是：阅读参数－>修改标志位－>发送指令。主函数、时钟中断和串口中断程序、SHELL函数、ExecData函数是贯穿整个程序的主线和核心部分，对它们的分析可以理解程序的主体思想，这也正是笔者着重介绍的原因所在。然而这些函数和中断程序的实现，还需要依靠其它函数的配合，比如基于I2C总线的E2PROM操作函数、字符串操作函数、以及串口发送函数等，由于篇幅所限，在此不再介绍。GSM网络本身是不完全可靠的，可能会发生帧发送错误、帧丢失的现象，但是由于重发、延时重发机制的存在，程序可以最大程度避免上述情况的发生。在实际应用过程中，模块运行正常，性能稳定，实时性好。4.3电力载波通信模块电力载波通信模块框图如图3所示。设计中采用AT89S52作为微控制器,电力线载波调制解调器采用专用芯片ST7536。AT89S52和ST7536之间采用通用串行通信接口,用I2C总线和串行EEPROM通信,EEPROM采用铁电的24C02,此芯片具有无限次可擦写功能。通过电力载波实现整个网络的通信,通过两总线实现模块与其它设备的通信。这样,通模块就可以通过软件及通信协议实现对多个实际设备通信与控制。所有的数据帧均采用CRC校验。AT89S52和ST7536均采用外部硬件上电复位,同时使用AT89S52的内部看门狗功能,对AT89S52和ST7536进行必要的复位,以防止系统死机造成网络通信中断。多路选择开关采用CD4052,通过其进行电力载波和两总线的选择,以实现电力载波通信和两总线通信的分时控制。>图3通用通信模块框图>图4电力线接口图通信模块电力线接口电路设计国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究,多家公司推出了自己的电力线载波modem芯片,并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美地区电网(480Y/277V,208Y/120Vac)的标准频率范围100KHz-450KHz和针对欧洲地区电网(400Y/230Vac)的标准频率范围9KHz-150KHz。各家公司在标准频率范围下,针对本地区电网特点,采用各种特定专有技术,设计出各己的电力线载波modem芯片。由于国外电力线载波modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构,且一般是针对家庭内部自动化而设计,在国内使用都难尽人意。目前,有一、两款电力线载波modem芯片在一定应用领域可勉强使用。本系统采用ST7536作为电力载波通信的调制解调器。ST7536是STMicroelectronics公司专为电力线载波通讯而设计的modem芯片。它除有一般modem芯片的信号调制解调功能外,还针对电力线应用加入了许多特别的信号处理手段。目前,在国内电力线载波通信领域应用广泛,只是各公司应用水平不同。ST7536调制解调技术是较落后的FSK方式,它最高波特率只能达到1200bps。另外它无CSMA(网络载波侦听)功能,这些限制了它的应用。目前,根据国内电网的实际情况,在电力线载波通信领域,ST7536是较适合的modem芯片。从ST7536输出的信号幅度小、驱动能力弱而且还有各种谐波,因此必须经过放大和滤波,然后才能通过耦合电路将信号调制到电力线上。耦合电路将高压和低压隔离,以防止高压击穿通信电路。同样,从电力线来的载波信号又要由ST7536接收,而电力线上的干扰信号很不确定且非常复杂,所以需要一个带通滤波器,通过67.2kHz~87.5kHz之间的信号(本系统采用72kHz载频),经过预放大后再送到ST7536的接收端。电路的框图如图4所示。其中框图左端包括来自ST7536的ATO和RAI及RX/TX,RX/TX是数字信号,控制收发转换。ATO是ST7536的发送输出,它和电力线接口的发送输入相连。模拟发送输出由自动等级控制输入电路来调整。最大输出电压的峰-峰值是6.5V。RAI是ST7536的接收模拟输入。它和电力线接口的接收输出相连,最大输入电压的均方根值是2V。接收灵敏度的均方根值在信道1和信道2(600baud)上是2mV;在信道3和信道4(1200baud)上是3mV。本系统采用后者。通过控制ST7536的RX/TX控制引脚,使载波电路处于接收状态,在火线和零线之间加72KHz、0.3V的正弦信号,用示波器观测ST753624引脚的波形,正常应为72KHz、1.5±0.5V,频率偏移调整C35-C37,每增加1nF,中心频率下降2.4KHz。载波接收信号如图5所示;当始载波电路处于发射状态时,将ST7536的第10引脚,即测试引脚接VCC,在零线和火线之间连接5.1Ω的功率电阻,用示波器观测零线和火线之间的波形,正常应为72KHz、峰峰值大于等于7V,若信号失真调整则调整相关电容。。本通信模块的设计采用电力线载波和两总线通信相结合,在一个电力线子网中尽可能的减少使用电力线通信,使电力线中由于电力载波信号引起的同一频段的干扰信号得到很好的改善,而使用两总线通信实现通信模块和底层间的通信。以实现家用电器及楼宇自控系统的网络互联、互操,特别是在楼宇自控领域和多表集抄系统中已经得到了实际应用。4.4双CPU通信方法与RS-485通信虽然PIC16F87x系列单片机外围通信接口丰富，但是，整个系统通信复杂，接口资源仍然很紧张。主从CPU的可靠通信，是组群控制器可靠工作的关键之一。根据资源分配，主微控制器PIC16F877与从微控制器PIC16F873采用SPI接口，并以主从方式通信。根据系统端口配置需要，PIC16F873采用硬件SPI接口方式，PIC16F877采用普通I/O口RB1～RB3来模拟硬件SPI口，即软件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件资源分配给E2PROM24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在从模式下，PIC16F877需要选用一个普通I/O口（这里是RB4）与PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相连，控制SI通信的发起与结束，如图5所示。每次通信都是由PIC16F877发起，PIC16F873响应。电能计量模块为单独模块，能够测量供电线路的电压、电流、功率、功率因数等参数，并具有标准的RS-485接口。为此，PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX，通过RS485接口变换，与电能计量模块JP1相连。这里MAX485芯片作为485总线接口转换芯片，用RC2作为RS-485总线通信输入/输出使能控制端，控制信号的读入和送出。4．5交流接触器控制与状态保持组群控制器的一项重要任务是通过固体继电器SSR和交流接触器实现照明线路供电控制。固体继电器为DC3～24V输入，AC220V输出，其输入由NPN型三极管9013驱动。由于系统实际运行过程中存在各种干扰，若则相关引脚很可能会出现跳变信号或三态，造成交流接触器误动作。因此“锁定”复位前状态，对保证系统可靠性非常重要。这里采用了由1个D触发器、1个光耦、3个电阻和3个I/O引脚组成的采样/保持电路，D触发器复位端R和置位端S分别接地，数据端D接CPU的数据控制端RE0，时钟端CLK通过光耦TIP521接CPU的时钟产生控制端RE1和RE2。保持电路的关键在于RE0、RE1、RE2单个引脚误动作无法产生有效时钟和控制指令。即使CPU发生复位，由RC0脚读回固态继电器当前工作状态，并将RE0输出（D触发器输入）置成该状态，进而保证SSR不产生误动作。电阻R32为上拉电阻，保证RE2出现三态时光耦不产生误导通。电阻R33起限流作用。实际证明该电路是有效的。4．6时钟与控制策略要实现自动定时控制，系统时钟和系统预存控制策略是关键。组群控制器采用DS1302时钟芯片，为系统提供实时时钟。DS1302是一种带备份电源的、8脚、具有I2C串行通信功能的高性能、低功耗时钟芯片，提供秒、分、时、日、周、月、年日历功能。I2C串行总线SCL和SDA分别需要一个上拉电阻。主微控制器PIC16F877采用硬件I2C接口（RC3/SCL和RC4/SDA）与DS1302通信，如图6所示。组群控制器可以实现远程时钟校准。组群控制器将每日控制策略时间表Table1、季节划分时间表Table2、季节控制策略时间表Table3和节假日控制时间表Table4存储在E2PROM24C64中。24C64是容量为8KB、支持两线的I2C串行通信、1000000次擦写的E2PROM。主微控制器PIC16F877采用2个普通I/O口（RD1和RD2）模拟I2C串行总线，即实现软件I2C总线接口。组群控制器根据读得的日历信息和时间信息，对照各种控制策略时间表，发布开关灯及调光控制指令。4．7软件实现组群控制器软件分为主微处理器软件和从微处理器软件。主微控制器一方面负责通过GSM与照明管理计算机（简称上位机）通信，接收、解析和执行上位机发来的各种命令，并将执行结果发送给上位机；另一方面，主控制器在没有GSM信息的情况下，完成其它一些任务，软件流程图如图7所示。图8给出了从微控制器软件的简要流程图。图7主CPU软件流程图YYYYYNNNNYYYYNNY处理时间事件需要读取湿度？读取环境湿度需要测量温度？需要读照度？接受到GSM信息？改变控制状态的时间？读当前时间初始化开始是读取电网参数？更新时钟时间是校准时钟？执行查询命令从cpu读取相关信息储存新的控制策略表执行该命令是下载控制策略？是查询命令？是控制命令？读取环境温度读取照度YYYYYNNNNYYYYNNY处理时间事件需要读取湿度？读取环境湿度需要测量温度？需要读照度？接受到GSM信息？改变控制状态的时间？读当前时间初始化开始是读取电网参数？更新时钟时间是校准时钟？执行查询命令从cpu读取相关信息储存新的控制策略表执行该命令是下载控制策略？是查询命令？是控制命令？读取环境温度读取照度开始开始初始化主CPU有通信请求？读电网参数？读电源状态？处理