黃志強(qiáng)

(浙江開關(guān)廠有限公司，浙江 衢州 324000)

電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

黃志強(qiáng)

(浙江開關(guān)廠有限公司，浙江 衢州 324000)

概述了電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的幾種監(jiān)控方式，闡述了電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)探討。

電器開關(guān)；無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電器開關(guān)控制已逐漸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)在電器產(chǎn)品中的應(yīng)用，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電器的遠(yuǎn)程控制，且能對(duì)電器產(chǎn)品實(shí)施多種方式的監(jiān)控，這對(duì)電器產(chǎn)品使用性能的提升具有積極作用。本文主要對(duì)電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

1 電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的幾種監(jiān)控方式

本次研究中的電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)備與上位機(jī)之間的通信接口應(yīng)用的是USB連接，不僅可以實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的即插即用，還能為相關(guān)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，系統(tǒng)不需要外置電池。該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的控制平臺(tái)是計(jì)算機(jī)，其能夠有效利用計(jì)算機(jī)中豐富的硬件資源，對(duì)電器產(chǎn)品進(jìn)行靈活的控制。該系統(tǒng)還應(yīng)用了時(shí)分技術(shù)與跳頻技術(shù)，能夠有效避免無(wú)線傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的同頻干擾，對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升具有積極的作用。該系統(tǒng)的監(jiān)控方式主要有以下幾種：

(1) 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)開關(guān)監(jiān)控。借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電器開關(guān)的遠(yuǎn)程終端控制，并且能夠顯示開關(guān)的通斷狀態(tài)，遠(yuǎn)程終端的用戶能夠?qū)﹂_關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(2) 遙控開關(guān)監(jiān)控。應(yīng)用本地計(jì)算機(jī)對(duì)電器開關(guān)進(jìn)行集中控制，各個(gè)開關(guān)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)能夠在計(jì)算機(jī)界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，在一些大型企業(yè)中，要想對(duì)所有電器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行集中檢查，只需在本地計(jì)算機(jī)上即可完成，非常方便。

(3) 手動(dòng)開關(guān)監(jiān)控。這種控制模式與我們傳統(tǒng)的開關(guān)控制形式相同，其對(duì)電器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行手動(dòng)控制，可通過(guò)開關(guān)指示燈了解到電器的開關(guān)狀態(tài)。

2 電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分包括從設(shè)備、主控制設(shè)備、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端、本地計(jì)算機(jī)，其框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)框架圖

對(duì)圖1中各個(gè)部分的主要功能進(jìn)行分析，從設(shè)備的主要功能是狀態(tài)信息的采集、電器電源開關(guān)的控制，其所采集到的狀態(tài)信息會(huì)通過(guò)主控制設(shè)備返回給上位機(jī)。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端及本地計(jì)算機(jī)的上位機(jī)中應(yīng)用程序的主要功能是響應(yīng)用戶的控制指令，并將其傳給主控制設(shè)備，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端會(huì)控制相應(yīng)的從設(shè)備做出與之相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)。主控制設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備之間的通信方式是無(wú)線雙向傳輸，從而有效減少了安裝布線的麻煩?；趎RF24L01射頻收發(fā)器件的2.4 GHz無(wú)線傳輸、ZigBee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)是電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中常用的無(wú)線傳輸方式，在實(shí)際應(yīng)用中，每個(gè)受控的電器上都需要安裝一個(gè)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，因此，在考慮應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上，綜合考慮無(wú)線傳輸方式的經(jīng)濟(jì)性及方便性是非常必要的。在此基礎(chǔ)上，本次研究應(yīng)用了基于PT2272/PT2262的無(wú)線傳輸方式，為了克服系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的干擾問(wèn)題，應(yīng)用了分時(shí)技術(shù)與跳頻技術(shù)。

3 電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

硬件電路的主要組成部分是主控制設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備，每臺(tái)電器都由一個(gè)從設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。主控制設(shè)備在與上位機(jī)連接通信的過(guò)程中，采用USB接口，其在接收到上位機(jī)的控制指令之后，會(huì)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，之后應(yīng)用無(wú)線傳輸方式將信息傳輸給相關(guān)的從設(shè)備；另一方面，主控制設(shè)備要接收來(lái)自從設(shè)備的反饋信息，從設(shè)備在接收到相關(guān)的控制指令之后會(huì)做出相應(yīng)的響應(yīng)，如返回電器狀態(tài)信息、改變電器電源通斷狀態(tài)等。

首先對(duì)系統(tǒng)中主控制設(shè)備電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，其主要由無(wú)線發(fā)射模塊、無(wú)線接收模塊、USB接口電路、控制電路等組成，其中無(wú)線收發(fā)模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)主控制設(shè)備與從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互，USB接口電路的主要作用是實(shí)現(xiàn)主控制設(shè)備與上位機(jī)之間的通信，而控制電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的有效控制。本系統(tǒng)中主控制設(shè)備應(yīng)用的控制芯片是ATMEL公司的8位微處理器AT89S52。

其次對(duì)從設(shè)備電路的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，其主要組成部分有無(wú)線收發(fā)模塊、控制模塊、繼電器電路、電源轉(zhuǎn)換電路等，控制模塊的主要功能是根據(jù)手動(dòng)開關(guān)及無(wú)線接收模塊的控制信號(hào)來(lái)對(duì)繼電器電路的通斷狀態(tài)進(jìn)行控制，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電器電源的控制；無(wú)線收發(fā)模塊分別應(yīng)用于接收主控制設(shè)備的控制信號(hào)及電器狀態(tài)信息的返回工作中。從設(shè)備無(wú)線收發(fā)模塊的電路設(shè)計(jì)類似于主控制設(shè)備，在從設(shè)備接收控制信號(hào)的工作主要由PT2262來(lái)完成，并將其通過(guò)D0與D1引腳輸出，如運(yùn)行過(guò)程中D1引腳電平出現(xiàn)變化，表示需要返回電器開關(guān)狀態(tài)；如果D0引腳的電平出現(xiàn)變化，表示需要改變電器的開關(guān)狀態(tài)。

本系統(tǒng)主要有3種監(jiān)控方式，在實(shí)際的應(yīng)用中，為了有效實(shí)現(xiàn)這幾種監(jiān)控方式的獨(dú)立性，在設(shè)計(jì)從設(shè)備電路的過(guò)程中，其控制模塊采用74LS86組成異或電路，在這種控制方式下，不管輸入端的無(wú)線控制信號(hào)變化還是手動(dòng)開關(guān)控制信號(hào)出現(xiàn)改變，輸出端信號(hào)都會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的變化，從而實(shí)現(xiàn)電器電源的通斷控制，使得電器開關(guān)的軟件控制與手動(dòng)控制模式互不干涉。

4 電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)工作中，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有單片機(jī)AT89S52固件程序的設(shè)計(jì)、上位機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)單片機(jī)AT89S52固件程序時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)PDIUSBD12的有效控制，使其能夠很好地響應(yīng)計(jì)算機(jī)請(qǐng)求，以便其能實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的USB通信。單片機(jī)固件程序是應(yīng)用Keil C51來(lái)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，USB通信信道的建立以及相關(guān)數(shù)據(jù)的交互主要通過(guò)中斷處理程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，相關(guān)程序需要對(duì)PC主機(jī)請(qǐng)求中斷的類型進(jìn)行判斷，以便做出不同的響應(yīng)。上位機(jī)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)是為了給用戶提供本地客戶端與遠(yuǎn)程客戶端的電器監(jiān)控界面，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)后臺(tái)數(shù)據(jù)的有效處理。上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)主要涉及遠(yuǎn)程客戶端與本地客戶端2部分，其分別應(yīng)用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)終端平臺(tái)及本地計(jì)算機(jī)上，編程過(guò)程主要是通過(guò)VC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于電器產(chǎn)品的控制工作中，對(duì)于其控制自動(dòng)化及智能化水平的提升具有非常重要的作用。本文主要對(duì)一種電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，該系統(tǒng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)多種方式的電器開關(guān)控制，并能對(duì)其實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，使得電器產(chǎn)品的控制效率有效提升。

[1]程作霖，鄭天津，梁振杰，等.電器開關(guān)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012(12)

[2]趙軒，劉強(qiáng)，劉瑞，等.重型商用汽車制動(dòng)鼓溫度無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J].科技導(dǎo)報(bào)，2014(7)

[3]許雪梅，郭遠(yuǎn)威，吳愛(ài)軍，等.基于嵌入式Windows CE5.0的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(1)

2014-06-19

黃志強(qiáng)(1965—)，男，浙江江山人，工程師，研究方向：電器開關(guān)。