王光平

(武漢理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430070)

隨著交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，各種儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)的受能范圍變寬(即接受220 V 交流電源電壓范圍變寬)，各種儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)均可在180 ～240 V 交流電源電壓下工作。因此，現(xiàn)用儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)均取消了220 V 交流穩(wěn)壓電源而直接通過(guò)電源開關(guān)接入220 V 電網(wǎng)工作。由于電源開關(guān)(空氣開關(guān))負(fù)荷的限制，一個(gè)開關(guān)只能負(fù)載幾臺(tái)儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)，因此用電單位的電源開關(guān)會(huì)成倍增加。一旦電源開關(guān)負(fù)荷超限或短路，必然造成因開關(guān)負(fù)荷超限而跳閘，造成用電設(shè)備斷電，影響正常工作。然而，有時(shí)因設(shè)備用電超過(guò)電源開關(guān)的負(fù)荷，電源開關(guān)(空氣開關(guān))并不跳閘，而用電設(shè)備斷電。一旦多個(gè)開關(guān)同時(shí)出現(xiàn)這樣的故障，處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了及時(shí)掌握各個(gè)開關(guān)的通斷情況以便維護(hù)，筆者選用89C2051單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種電源故障監(jiān)控?zé)o線報(bào)警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成原理與總體構(gòu)成

由于監(jiān)控的是室內(nèi)交流電源，且各種科研實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)又是通過(guò)空氣開關(guān)接入交流電源的，那么，對(duì)空氣開關(guān)群組的監(jiān)測(cè)，是判斷各種儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵。因此，該系統(tǒng)必須具備監(jiān)測(cè)傳感、判斷、前置報(bào)警、單片機(jī)控制、無(wú)線發(fā)射編碼、無(wú)線接收解碼和后置報(bào)警顯示的功能［1－2］。系統(tǒng)組成原理與總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成原理與總體結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)由1 ～8 個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)與之對(duì)應(yīng)的空氣開關(guān)群組(1 ～8 個(gè)空氣開關(guān))和對(duì)空氣開關(guān)群組進(jìn)行監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)群組(1 ～8 路監(jiān)測(cè)電路)傳感電路、放大整形電路、前置報(bào)警電路、89C2051 單片機(jī)、無(wú)線編碼、發(fā)射模塊電路、無(wú)線接收、解碼電路和后置報(bào)警顯示電路組成。

其工作原理為:1 ～8 室內(nèi)某監(jiān)測(cè)傳感器監(jiān)測(cè)到空氣開關(guān)因負(fù)荷超限而跳閘或者不跳閘(空氣開關(guān)已燒壞)而使儀器設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備斷電的信號(hào)經(jīng)放大整形后一路送單片機(jī)89C2051 處理，另一路送前置報(bào)警電路報(bào)警。經(jīng)單片機(jī)89C2051處理后的信號(hào)控制編碼模塊編碼和無(wú)線發(fā)射模塊電路發(fā)射。無(wú)線接收模塊和解碼模塊電路由單片機(jī)控制接收到信號(hào)后進(jìn)行解碼并控制后置報(bào)警顯示電路報(bào)警顯示［3］。

2 系統(tǒng)發(fā)射單元電路

系統(tǒng)發(fā)射單元電路如圖2 所示。其由一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電源箱中的監(jiān)測(cè)傳感器群組即1 ～8 路監(jiān)測(cè)空氣開關(guān)的監(jiān)測(cè)傳感器電路，1 ～8 路放大整形、報(bào)警顯示電路，89C2051 單片機(jī)及無(wú)線編碼、發(fā)射模塊電路組成。與圖1 所示的1 ～8 個(gè)室的共8 個(gè)相同的發(fā)射分系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，即圖2 中的一路發(fā)射單元電路對(duì)應(yīng)圖1 中的一個(gè)發(fā)射分系統(tǒng)。圖2 中共有8 路相同的發(fā)射單元電路。其工作原理與上述相同［4］。

圖2 發(fā)射單元電路原理圖

2.1 監(jiān)測(cè)傳感器與放大整形報(bào)警電路

從圖2 中可知，8 路相同的監(jiān)測(cè)傳感器電路，每路由D1，D2、C1、C2、R1、R2和光耦集成電路4N35 組成。C1、C2、D1、D2組成降壓整流穩(wěn)壓電路，為光耦電路4N35 提供直流電源供光耦電路工作。光耦4N35 在電路中起到隔離和傳感作用，把前面的交流電路與后面的直流電路隔開，起到隔離保護(hù)作用并把信號(hào)傳給放大整形與報(bào)警電路。電路正常工作時(shí)，降壓整流穩(wěn)壓電路輸出直流電壓，光耦電路4N35 工作，其輸出端輸出低電平至U0。如果某路空氣開關(guān)因負(fù)荷超限而跳閘或不跳閘，降壓整流穩(wěn)壓電路無(wú)直流電壓輸出，光耦電路4N35 不工作，其輸出端輸出高電平至U0。經(jīng)U0和D5組成的放大整形報(bào)警電路后控制D5發(fā)光二極管發(fā)光現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，同時(shí)U0信號(hào)經(jīng)反向后送單片機(jī)89C2051 的P1 口。

2.2 單片機(jī)89C2051

89C2051 是ATMEL 公司生產(chǎn)的一種小型的單片機(jī)。其主要的特點(diǎn)是采用Flash 存貯技術(shù)，制造成本低，其軟、硬件與MCS51 完全兼容，其程序的可擦寫特性，使得其開發(fā)應(yīng)用比較容易且性價(jià)比高。

89C2051 共有引腳20 條。P1 口共8 腳，P3口共7 腳。發(fā)射單元電路中的89C2051 單片機(jī)主要用來(lái)處理監(jiān)測(cè)傳感器送到P1 口的信號(hào)并從P3口輸出控制信號(hào)控制編碼模塊電路PT2262 完成編碼，RF 無(wú)線發(fā)射模塊F05V 發(fā)射編碼。

2.3 PT2262 編碼模塊、F05V 發(fā)射模塊電路

PT2262 和PT2272 是CMOS 3 態(tài)編碼集成芯片，這組器件廣泛用于各種遙控器件上，只需較低的+3V 電壓就能工作。PT2262 是發(fā)射編碼芯片，PT2272 是接收解碼芯片，兩者的地址必須配對(duì)，且振蕩電阻必須符合要求。PT2262 的14 腳TE 端是發(fā)射允許端，低電平有效，低電平時(shí)，17腳DOUT 端輸出一串編碼。該串編碼在載波上發(fā)送出去，被接收端接受和解調(diào)，輸入PT2272 的14腳，當(dāng)?shù)刂放鋵?duì)時(shí)，VT 解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會(huì)輸出與PT2262 發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遙控功能［5］。

F05V 發(fā)射模塊采用SMT 工藝，樹脂封裝，小體積，聲表穩(wěn)頻，內(nèi)部具有一級(jí)調(diào)制電路及限流電阻，適合短距離無(wú)線遙控報(bào)警及單片機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。F05V 具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，ASK 方式調(diào)制。F05V 無(wú)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)射停止，發(fā)射電流為零。與通用編碼器PT2262 配合使用，發(fā)射效果較好。因?yàn)镻T2262 的數(shù)據(jù)無(wú)論怎么變，但脈寬是不變的，即使出現(xiàn)一點(diǎn)突發(fā)性的外界干擾，解碼器的寬容性也會(huì)解碼輸出高電平。F05V 發(fā)射模塊必須與J05V 接收模塊配合使用［6］。其主要特點(diǎn)為:①低功耗發(fā)射;②聲表穩(wěn)頻;③無(wú)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)射電流為零;④較寬的工作電壓范圍。

編碼、發(fā)射模塊電路如圖3 所示。89C2051單片機(jī)的P3 口P3. 0 控制PT2262 進(jìn)行編碼，P3.1控制PT2262 的TE 端選通發(fā)送編碼數(shù)據(jù)，TE低電平有效時(shí)，PT2262 的17 腳輸出編碼數(shù)據(jù)至F05V，由F05V 發(fā)射模塊電路發(fā)射。

圖3 編碼、發(fā)射模塊電路原理圖

3 接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)電路由2 路接收模塊電路J05V、解碼模塊電路PT2272 及89C2051 單片機(jī)和數(shù)碼顯示電路、聲音報(bào)警電路組成［7－8］。接收系統(tǒng)電路原理圖如圖4 所示。

圖4 接收系統(tǒng)電路原理圖

由于有8 個(gè)室，因此有8 路PT2262 編碼和發(fā)射模塊F05V 電路。而接收、解碼模塊電路中的PT2272 只有4 個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，只能對(duì)4 路編碼、發(fā)射模塊電路中的PT2262 進(jìn)行接收、解碼。因此，在接收系統(tǒng)電路中，使用了2 路接收、解碼模塊電路J05V 和PT2272。其工作原理是:J05V 接收模塊電路接收F05V 發(fā)射的信號(hào)后，由PT2272解碼模塊電路進(jìn)行解碼后送單片機(jī)89C2051 的P1 口，由89C2051 單片機(jī)進(jìn)行識(shí)別、判斷究竟是哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)電源故障而發(fā)射的編碼信號(hào)，然后將該室的編號(hào)由P3 口的P3.0 ～P3.3輸出，經(jīng)7448 七段譯碼驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示其對(duì)應(yīng)的編號(hào)。如編號(hào)8 的實(shí)驗(yàn)室電源開關(guān)故障，數(shù)碼管顯示為8。同時(shí)，P3.4 輸出高電位，控制由555 電路組成的聲音報(bào)警電路發(fā)聲報(bào)警，提示工作人員及時(shí)排除故障。這里的數(shù)碼顯示和聲音報(bào)警電路，稱為后置報(bào)警電路。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由發(fā)射、接收兩大模塊組成。其發(fā)射、接收程序流程圖如圖5 所示。發(fā)射模塊軟件負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電源開關(guān)故障信號(hào)并控制編碼、發(fā)射，接收模塊軟件負(fù)責(zé)接收編碼信號(hào)并進(jìn)行解碼和判定識(shí)別故障所在室的編號(hào)，顯示其編號(hào)并發(fā)聲報(bào)警［9－10］。

5 結(jié)論

基于單片機(jī)89C2051 的電源監(jiān)控?zé)o線報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)多室、多路電源開關(guān)故障并自動(dòng)從現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)距離向管理和維護(hù)人員報(bào)警的功能，使維護(hù)工作及時(shí)、準(zhǔn)確，維護(hù)效率顯著提高。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

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