基于P89V51单片机的电力线载波温湿控制系统设计

　　以单片机为核心的控制系统可准确实现交互信息的输入输出，信息量大，被广泛应用于工控系统、移动电子设备中。利用电力线网络作为高速数据的传输媒介，能够创造出很高的经济效益和社会效益。电力线载波通讯是利用电网的电力线作为传输媒介的有线传输模式，作为载波通讯在同一电力变压器范围内无需另外架设线路，成本低，使用方便。双音多频DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信号由于具有较强的抗干扰能力和可靠的信号传输等优点，已逐渐被广泛使用。本系统设计采用以单片机为核心结合PID算法的智能载波温湿控制系统，实验证明系统运行稳定可靠。

　　1 P89V51单片机简介

　　P89V51是PHILIPS生产的高性能、低功耗的8位微控制器。它具有64 KB的Flash，1 KB RAM，双工UART通道，有很强的外部扩展能力。片上集成了存储、控制单元，能有效地控制系统体积，可以很容易地嵌入设备内部。在需交互控制的设备中，基于单片机的控制系统可以单独工作，而不跟设备其他部分发生交叉影响。其低廉的成本及稳定的工作状态成为工控、家电、仪器仪表设计的首选。

　　2 电力线载波温度控制系统

　　2.1 系统总体设计原理

　　电力线载波是一种有线传输方式，不需要专门的传输线路，只需借助通常的电力线就可以完成数据传输。其传输信号由专门的芯片产生，本系统采用DTMF信号为载体，即：

　　其中f1、f2为不同信号的频率，A1、A2为两个频率信号的幅值。发送端通过调制耦合至电力线；接收端通过解调还原获得传输信号。电力线上的信号为电源信号和载波信号的叠加。载波信号的加载和卸载也就是电源信号和载波信号的叠加和分离过程。

　　本系统以单片机为核心，系统包括终端模块、控制模块、编码解码模块、耦合电路等部分，分别实现信息的发送、接收和处理。系统框图如图1所示。

　　控制单元通过接收外部键盘信息或传感器信息产生控制信号，经信息识别、处理后通过编解码芯片MT8888产生发送端信号，经耦合电路至电力线发送。在接收端，通过耦合电路将载波信息卸载，逆向通过MT8888解码至控制单元，从而执行相应的响应功能。

　　2.2 系统终端

　　采用Sensirion公司推出的可以同时测量温度和湿度的数字式传感器SHT15。内部集成温湿传感器、A/D转换、放大器、I2C等，不需外围器件即可直接输出标定的数字信号。测量稳定、精度高，湿度精度为±2.0%RH，温度精度为±0.5℃。将SHT15输出的数字量做如下的转换成实际温湿度值。

　　温箱内部采用电热丝和电风扇调节温度。检测到温度低于设定温度时，电热丝通电，当温度超过设定温度时，电风扇通电降温，两者均通过继电器实现工作。

　　按键模块选用8缓冲驱动器，三态的74LS244扩展8个按键。按键没有按下时，IO输入被拉高为高电平；当按键按下时，相应管脚被拉低，产生外部中断信号，在中断服务程序中读按键信息。使能芯片，单片机通过74LS244读取按键状态。每个按键对应于电力线上的各个温箱设备，各控制设备既是主控设备也是被控设备，方便实验员随时调节各温箱情况。

　　温度调节模块通过旋转编码器即旋钮进行温度调节，能比较准确地设定温度值。旋转编码器是通过转轴旋转，经内部电路产生90°相位差的正、反计数脉冲，不直接改变信号，转速越高其脉冲宽度就越窄。当旋转编码器正向旋转时，A相相位超前B相90°；反向旋转时，B相超前A相90°。编码器旋转时，每转过一个栅格，A相就产生一个脉冲信号，触发一次中断，在中断服务程序中通过判断B相的值来确定是正转还是反转并计数。为了有效地消除旋转时的抖动，编码器产生的信号通过施密特触发器整形后再接到单片机，同时在代码中做一个相应的延时能达到很好的效果。

　　为了能直观地反映温箱内的环境情况，本设计增加了通用的12864液晶模块。该液晶模块的控制芯片为ST7920，支持绘图、字符和汉字，在一般的应用中足以胜任。当液晶控制码为写状态时，数据通过串口发送至液晶控制单元，显示各温箱温湿度值及变化趋势，并能显示预计温度变化时间等信息。

　　2.3 编解码模块

　　编解码电路以MT8888为核心单元，通过控制单元的控制，可以分别执行编码、解码。当有按键操作时，单片机被唤醒进入中断，读旋转编码器变量，获取温度调节信息，对所选择温箱进行温度设定，将数据由单片机P1口送至MT8888。MT8888工作于DTMF发送模式时，单片机发送4位BCD码于TDR(发送数据寄存器)中控制芯片内部分频器合成DTMF发送信号，由8号引脚输出经耦合电路加载至电力线上，同时将修改信息送液晶显示，方便管理。

在被控设备端，其原理大致与主控设备端相似。此时，MT8888工作于接收模式。通过