基于电力线载波技术的LED数字防爆照明系统设计方案

1、基于电力线载波技术的LED数字防爆照明系统设计方案一、项目背景目前工业照明采用的主流灯具为汞灯、日光灯、金卤灯等常规光源，存在：防护、防爆等级低、维护工作量极大、光源效率低等缺点，不能实现以节能为核心的装置或全厂照明控制系统 本方案结合LED照明能耗低、可数字化控制等技术特点，设计一套基于电力线载波通信技术的灯具远程数字化监控系统。该系统通过电力线载波通信技术来实现灯具的远程节能控制，可建立装置级及全厂级的照明节能控制系统，实现工业照明全厂节能目标。二、系统设计方案1、系统功能要求（1）单套灯具实现数字化控制，具备通讯功能，可实现网络远程控制开关、0-100%平滑无级调光、故障自诊断功能。（2

2、）首先具备装置级小规模网络控制功能：可以准确控制到每一只灯的开关、调光，实现灯具灵活组合及组合的运行模式控制。（3）装置级控制系统具备网络组合及扩展功能，最终实现全厂照明系统网络化。 2、系统的构成及工作原理本系统主要由2个部分组成-主机和从机。主机就是一个单片机系统加一些必备的外围设备如：显示屏，键盘和通信模块，如PL2102；从机由单片机和一些外围设备组成，如一些A/D采样单元、地址编码单元及相应的通信模块等。主机、安置在照明灯具的控制室内，负责收集从机数据，分析数据，发送指令；从机则直接模块化安装到每个照明灯具上，负责现场的数据采集和传输，执行主机的指令，一台主机可以控制多台从机。 主机

3、通过电力线载波的串行通信方式对从机进行监控。一个通信数据包由8字节数据组成，第1、第2字节是主机标识，第3字节是命令，第4、第5字节是从机地址，第6至第8字节为数据，主机采用广播方式发送命令数据，从机收到通信包后进行数据分析：一是识别主机是否是自然的上级主机，二是识别从机地址是否是自己的地址，只有在全部确认无误后从机才执行命令和相应的操作。 从机直接监控照明灯具的状态，通过电力线载波接收电路接收来自主机的指令，并执行相应的操作，完成对电流、电压、温度的采样处理，判断照明灯具是否工作正常，并根据数据分析判断照明灯具的工作状态是否正常，如果工作状态异常，就执行相应的操作，保护照明灯具，并把数据和警

4、告发送给主机。 3 硬件电路的设计3.1 主要器件的选择和相关的性能 电力线载波通讯模块选用 PL2102，这是专为中国恶劣电力环境设计的电力线载波半双工异步调制解调器，仅由单一的+5V电源供电，有一个外部的接口电路与电力线耦合，PL2102除具备基本的通信控制功能外，还内置了5种常用的功能电路：可数字频率校正的实时钟电路，32字节SRAM，电压监测，看门狗定时器及复位电路，它们通过标准的I2C接口与外部的微处理器相连，其中实时钟与32字节SRAM在主电源掉点的情况下，可由3V备用电池供电继续保持工作，PL2102是特别针对中国电力网恶劣的环境所研制开发的低压电力线载波通信芯片，由于采用了直接

5、序列扩频，数据信号处理、直接数字频率合成等新技术，并采用大规模数字/仿真混合0.35m CMOS工艺制作，所以在抗干扰及抗衰落性能以及国内外同类产品性价比等方面有着出众的表现。 AT89C52是一个低电压、高性能的CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256B的随机存取数据存储器（RAM）；采用Atmel公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，芯片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口；同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个

6、读写口线。AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本，完全可以满足主机和从机系统的各种需要。3.2 电路设计电力线载波电路的设计主要分为两个部分：电力载波信号接收电路和发送电路，如图1所示。载波接收和发射原理如图2所示。接收信号部分：D7主要用于箝位，以防止过大的浪涌电流；C15、C16和L2并联谐振工作在f=120KHz，具有对120KHz信号的选频作用，以对输入的微小信号进行放大，从而提高接收输出灵敏度。 发射信号部分：发射回路电容C14、电感L1（18H/200mA）用于调

7、整发射电路和波形，减小C14和增大L1将减小发射电流和改善波形；反之，将增大发射电流和波形失真情况。由于线圈的带载能力一定，调整C14和L1将影响线圈的发射功率和自身功耗。4个晶体管逐级放大，4个二极管起保护作用。发射电压VHH影响发射功率的大小，随着发射电压的下降，发射功率也下降，发射电压越高晶体管的自身功耗越大，一般发射电压选10-18V。 数据处理及控制电路如图3所示，当PL2102收到的载波信号经内部电路处理后，它将解调出数据bit信息，并经RXD_TXD输出，同时HEAD同步输出低电平，当AT89C52的INT0产生中断并接受bit后，会根据预定格式合成相应的指令信息，同时根据指令中所规定的时间设置来修改开关灯时间及开灯的比例，并执行开关灯的操作等。另外，它还将在开灯后监控电流、温度等参数，以便在严重