基于单片机的电力线载波温湿控制系统设计

　　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。通过耦合电路卸载电力线上的DTMF信号，送MT8888解码后经RDR(接收数据寄存器)送单片机。单片机通过中断服务程序，在P1口获取解码后的BCD码信息。通过对比接收到的数据和各终端设备设定数据，判断是否执行操作，并返回操作信息。在整个过程中，任意终端设备均可以了解在整个电力线系统中其他设备的工作状况。

　　2.4 电力线耦合模块

　　按照低压电力线通信耦合技术的要求，必须进行强弱电隔离，同时确保较高的载波信号加载效率。为此，本系统采用“电磁耦合”与“阻容耦合”相结合的“复合耦合”[4]。载波接收耦合电路如图２所示，变压器在耦合载波信号的同时使通信电路与强电隔离。二极管D1、D2起限幅作用，用来保护后续电路。其调谐回路的谐振频率应满足：

　　若将中心频率选在460 kHz，电容取值为22 nF，经计算可得电感L的取值在5.7 nH左右，即通过调节变压器初级绕组电感量来调节中心频率。变压器T1将电力线与耦合电路的其余部分相隔离，从电力线上接收载波信号，滤除来自电力线上的干扰噪声。

　　发送耦合电路如图3所示，三极管Q1和变压器T1组成调谐功率放大电路。同样变压器在耦合载波信号的同时使通信电路与强电隔离。在Q1和前级运放之间通过一个电阻R1耦合载波信号，同时避免后级电路产生自激振荡，也能相应的增加放大器的负载阻抗。前级运放输出的信号经R1输入到功率放大管Q1，再经Q1和谐振网络组成的单调谐放大器放大耦合到电力线上，实现信号的发送。