基于低壓電力線載波通信的溫濕度采集器設(shè)計

【摘要】 設(shè)計基于uPD78F0503A單片機為主控制單元，MI200E為低壓電力線載波通信（PLC）的溫濕度采集器。溫度采集采用NTC熱敏電阻，濕度采集采用濕敏電阻，單片機對采集的電阻值進行運算，得出當(dāng)前環(huán)境的溫濕度值。本文給出溫濕度采集器的系統(tǒng)框圖、電路設(shè)計、軟件流程及測試結(jié)果。測試表明，該溫濕度采集器能準確實時地完成環(huán)境溫濕度的采集，在智能家居、智能農(nóng)業(yè)等智能控制領(lǐng)域有著很好的市場前景和推廣價值。

【關(guān)鍵詞】 低壓電力線載波通信 溫濕度采集器 uPD78F0503A MI200E NTC

隨著智慧家庭、智能節(jié)能等行業(yè)的興起，溫濕度采集器采集的數(shù)據(jù)不僅需要本地顯示，更需要遠程數(shù)據(jù)采集。低壓電力線載波通信是基于電力線進行通信，家庭用電網(wǎng)絡(luò)即可，不受墻壁信號屏蔽等因素的影響，由于采集的數(shù)據(jù)量比較低，非常適用于溫濕度采集的本地及遠程數(shù)據(jù)傳輸。本文設(shè)計基于低壓電力線載波通信的溫濕度采集器，詳細介紹采集器的系統(tǒng)設(shè)計、PLC通信電路設(shè)計、溫濕度采集電路設(shè)計、軟件流程設(shè)計以及溫濕度測試結(jié)果，為智能家居、智能控制等領(lǐng)域提供一種新的溫濕度采集及通信方案。

一、系統(tǒng)設(shè)計

1.1功能實現(xiàn)

1）可實時或定時采集當(dāng)前環(huán)境溫度、濕度值；

2）可本地存儲實時或定時采集到的溫濕度值；

3）基于低壓電力線通信，可將溫濕度值實時或定時上報給數(shù)據(jù)采集終端，由數(shù)據(jù)采集終端將溫濕度值進一步上報服務(wù)器或客戶端。

1.2系統(tǒng)框圖

采集器可應(yīng)用于智能家居、智能控制等系統(tǒng)，應(yīng)用如圖1所示。L、N為低壓電力線，便攜電腦端裝有采集系統(tǒng)應(yīng)用客戶端，通過Internet向采集主機發(fā)出命令，實時或定時讀取環(huán)境1到環(huán)境n的溫濕度值。采集主機與各個溫濕度采集器通過低壓電力線載波通信方式實時或定時傳輸溫濕度值。

二、硬件設(shè)計

2.1 MCU電路

采用性價比較高的單片機uPD78F0503A為MCU，外圍電路簡單穩(wěn)定，圖3為MCU的電路設(shè)計。

2.2 PLC電路

采用彌亞微電子的MI200E，該芯片是專門針對低壓電力線進行優(yōu)化設(shè)計的高集成度、高性能的模數(shù)混合電力線載波通信芯片，可工作于碼分多址方式的半雙工調(diào)制解調(diào)芯片。該芯片可工作于三個載波頻點，為56.7kHz、76.8kHz、115.2kHz，帶寬為±16kHz，通信速率200～1600bps，最小輸入信號噪聲比-16dB，片內(nèi)帶有高效率DPA，輸出功率可達0.4W（@10Ohm Load）。采用標準SPI數(shù)字接口slave模式，通過SPI進行寄存器配置及數(shù)據(jù)收發(fā)。圖4為MI200E的電路設(shè)計。

2.3 溫濕度采集電路

本設(shè)計中對溫度采集精度要求±1℃，濕度精度要求在±5%RH。采用成本較低的NTC熱敏電阻傳感器和濕敏電阻傳感器進行溫濕度的采集，圖5為溫濕度采集電路設(shè)計。圖中溫度采集通過采樣電阻與標準電阻充放電時間的不同，計算出當(dāng)前所采集到的溫度值。濕度采集通過NEC555定時電路，采集不同濕度時所生成的不同振蕩波形，計算出當(dāng)前的環(huán)境的濕度值。

三、 軟件設(shè)計

本采集器可對環(huán)境溫度實時或定時采集，將采集的數(shù)據(jù)存儲至本地或通過PLC上傳至采集主機，采集主機通過Internet傳輸給遠程客戶端。圖6為本產(chǎn)品的系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖。

四、結(jié)束語

本文詳細介紹了一種基于低壓電力線載波通信技術(shù)的溫濕度傳感器設(shè)計，測試結(jié)果表明該設(shè)計功能完整，技術(shù)新穎，優(yōu)點在于無需進行額外的布線，只要有低壓電力線的地方就可以進行數(shù)據(jù)的通信，非常適合應(yīng)用于智能家居、智能農(nóng)業(yè)大棚等智慧測控領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境溫濕度的定時或?qū)崟r監(jiān)測，對智能控制領(lǐng)域中其他設(shè)備的通信方式具有很好的研究基礎(chǔ)和推廣價值。

參 考 文 獻

[1] 王贊基，郭靜波. 電力線擴頻載波通信技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2000，24（21）：64～68

[2] Goldberg L. Chip Set Put 100kbits of Data on Noisy Power Lines， Spread Spectrum Techniques Yield Wireless Bit-Error Rate of 10. Electronic Design， 1996， 44（6）：177～184

[3] 宦若虹，金向東. OFDM技術(shù)及其在電力線通信中的應(yīng)用[J]. 低壓電器，2006（4）：49～52