路灯控制系统

第37页毕业设计题目：路灯控制系统专业：班级：学号姓名：指导老师：二OO六年六月摘要公共照明系统广泛采用高压钠灯（highpressuresodiumlamp）或金属卤化物灯（metallichalidelamp），传统照明系统经常采用电感镇流器，照明灯具采用统一开关控制方案。随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统实现了远程单个路灯节点的任意监控，并重点介绍了系统的核心设备——组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。2007年6月AbstractThepubliclightingsystemwidelyusesthehigh-pressuredsodiumlamporthemetalhalogenidelamp,thetraditionlightingsystemusestheinductanceballastfrequently,illuminatesthelampsandlanternstousetheunificationswitchcontrolplan.Alongwiththedigitaltechnologyandthenetworkingdevelopment,thepubliclightingdigitizationandthenetworkalreadybecameoneinevitabletrend.Savestheenergy,theguaranteelampsandlanternslife,theenhancementilluminationmanagementlevel,beautifiesacitynightofquantityandguaranteedthecitygoesonajourneyatnightthesecurityandsoon,alreadybecametoapubliclightingsystembasicrequest.Thisarticlewillintroducebasedontheballastentiredigitalpubliclightingsystem.Thissystemindomestichasforthefirsttimerealizedthelong-distancesinglestreetlightnodewillfullymonitoring,andintroducedwithemphasisthesystemcoreequipment--groupgroupcontrolregulatorfunction,thecomposition,theprincipleofworkareaswellasthemainsoftwarearchitecturediagram.目录一路灯控制的分类及特点1二整体设计2三镇流器2四组群控制件工作原理与系统组成124.1组群控制件系统组成124.2GSM模块134.3电力载波通信模块224.4双CPU通信方法与RS-485通信244.5交流接触器控制与状态保持264.6时钟与控制策略264.7软件的实现27五硬件设计295.1PIC16F877的特点295.2单片机及接口技术305.3DS1302的结构及工作原理315.4MAX48534结语35致谢36参考文献37前言随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能、绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的手控、钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，它所带来的经济和社会效益是十分显著的，它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统实现了远程单个路灯节点的任意监控。随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越来越突出，节电节能、绿色照明的要求越来越迫切，越来越高。现在再采用那些传统的手控、钟控城市照明系统的方法已不能满足要求。如何充分利用高科技手段解决上述矛盾也就成为当前照明控制领域一个新的和紧要的课题。城市道路照明自动化控制和智能化管理作为城市现代化的标志之一，它所带来的经济和社会效益是十分显著的，它的推广和实施也将是市政工程建设中的一项重要内容。一路灯控制的分类及特点（一）、路灯控制方法（技术）的分类：目前，市场上普遍采用的路灯控制方法（技术）主要有以下三类：1、人工干预控制；2、时钟控制；3、DDS独立控制技术；（二）、各种周界防盗报警系统的技术特点1、人工干预控制：在道路照明设施建设之初，按照需要的照明方式施工建设以实现路灯的隔一亮一等特殊照明模式。在需要开启/关闭路灯时派出人员操作控制开关来实现对路灯的控制。优点：具有一定的应变能力。缺点：管理难度大、安全系数低、工作量，不能检测整个线路路灯的工作状况。

2、时钟控制：其原理是将原人工控制开关更换为时钟控制器，由此实现一般状况下的路灯自动控制。优点：一般状况下可免除人干预，工作量降低，成本较低；缺点：应变能力较差，如果将时钟控制器设置在每天19：00开启次日08：00关闭，则无论在任何季节以及任何气象条件与能见度的情况下都将死板的按照预定时间工作。3、DDS独立控制技术：其原理是在每个路灯的线路上加装控制检测器，并采用无线或有线的方式与控制主机相连再采用有线或无线的方式与控制系统连接，以此来实现对路灯的开关控制或定时开关控制。并可实现预设的工作模式（如隔一亮一等），以及对路灯故障精确侦测并报告。优点：高程度自动化，高应变能力，提供多样的工作模式，并可检测路灯故障。缺点：造价高昂，施工难度大：要在每盏路灯下安装独立的控制器施工难度可想而知，由此又使得工程造价过高。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统在国内首次实现了远程单个路灯节点的任意监控，并重点介绍了系统的核心设备——组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。

二整体设计在该系统中，每每个路灯节节点采用全全数字化电电子镇流器器，可以实实现0%、50%、80%、100%功率输出出，可以随随时发送路路灯的电流流、电压信信息，并具具有开路、断断路和路灯灯老化报警警功能。每每一个路灯灯节点内包包含一个电电力载波通通信（PLC）模块，利利用电力载载波模块实实现路灯节节点之间以以及路灯节节点与组群群控制器之之间信息通通信。组群群控制器采采用双CPU结构，负负责日常系系统的正常常运行控制制，并可以以随时响应应上位HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理理HYPERLINK"/exam/coumputers/dengji/Index.htm"计算机发出出的指令。组组群控制器器与照明HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管管理HYPERLINK"/exam/coumputers/dengji/Index.htm"计算机机通过GSM//GPRSS短信方式式实现正常常情况下的的通信。在在组群控制制器发生故故障的情况况下，照明明HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理HYPERLINK"/exam/coumputers/dengji/Index.htm"计算机机可以通过GSM//GPRSS直接实现现路灯线路路的开关控控制，实现现系统安全全双保险。照照明HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理HYPERLINK"/exam/coumputers/dengji/Index.htm"计算机机采用地理理信息系统统（GIS）技术，实实现图形化化动态实时时监控HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理理。

三镇流器

由于气体体放电灯（如如荧光灯、霓霓虹灯、卤卤素灯、金金卤灯等）是是一种负阻阻性电光源源要使其正正常稳定工工作，需加加一个限流流装置。这这个限流装装置叫做镇镇流器。目目前气体放放电灯使用用的镇流器器有两种：：（1）电感式式镇流器；；（2）高频交交流电子镇镇流器。由由于电感式式镇流器工工作在市电电频率，体体积大、笨笨重，还需需消耗大量量铜和硅钢钢等金属材材料，散热热困难、效效率低、有有频闪，所所以现在一一些电光源源界的科技技工作者纷纷纷寻找新新的镇流方方法，而高高频交流电电子镇流器器就是一种种有效方法法。电子镇镇流采用高高频开关变变换电子线线路的方法法实现镇流流，具有无无频闪、效效率高、体体积小、重重量轻、可可调光，不不使用大量量铜材和硅硅钢材料的的特点，所所以自20世纪70年代以来来，高频交交流电子镇镇流器一问问世，由于于它的体积积小、发光光效率高（发发光效率与与工作频率率关系曲线线如图2所示）无无频闪效应应，适应供供电电压范范围宽、节节能的一系系列优点，受受到了用户户的欢迎。据据统计，世世界上照明明用电占了了世界上产产生的总电电量的1/4，如仅将将现用的200亿只灯泡泡中的50亿只换成成节能的电电子镇流灯灯泡，就可可节省200GGW的电能，从从而少建几几十个电站站。由于高高频交流电电子镇流器器节能和巨巨大的市场场潜力，进进入20世纪90年代后，各各种气体放放电照明灯灯广泛采用用高频电子子镇流器，形形成一个"绿色照明"的新兴产产业。"绿色照明"是90年代初国国际上对节节约电能、保保护环境照照明系统的的形象说法法。美、英英、法、日日等主要发发达国家和和部分发展展中国家先先后制定了了"绿色照明"的计划，并并已经取得得明显效果果。事实上上，照明的的质量和水水平已成为为衡量社会会现代化的的一个重要要标志，成成为人类社社会可持续续发展的一一项重要标标志。目前前，我国已已成为照明明器具的生生产大国，现现有照明器器具生产企企业1000家，电光光源产品有有60多个门类3500多个品种种规格，灯灯具产品30多个门类500多个品种种规格。我我国照明节节能大有潜潜力可挖。目目前，荧光光灯、稀土土三色紧凑凑型荧光灯灯已生产出出适合家用用的H、双H、O、D、双D、SL型等多种种产品。这这种灯与照照度相同的的管型荧光光灯相比约约节电27%，与白炽炽灯相比，可可节电70%。2001年，按每每户仅用一一只节能灯灯计算，全全国4亿只节能能灯就可节节电2000万千瓦电电力，投资资只需120亿元，而而要生产2000万千瓦的的电力，即即需投资500亿元。所所以在我国国照明节能能是一项很很重要的课课题。目前前，世界上上一些著名名的大专院院校、科研研院所、公公司都投入入了较大的的力量进行行高频交流流电子镇流流器的科研研开发、生生产。如美美国弗吉尼尼亚大学功功率电子研研究中心（VPEC），李泽泽元教授领领导的科研研中心每年年都有相关关论文和实实验报告在在IEEE功率电子子学学刊刊刊出，并提提出了如高高频能量反反馈、采用用电荷泵功功率因数校校正的电子子镇流器等等概念，美美国加州理理工大学（UCT）的S.CUUK教授关于于单级高功功率因数电电子镇流器器，一种用用于紧凑型型荧光灯的的E类电子镇镇流器，西西班牙、巴巴西、我国国台湾和香香港地区的的一些著名名高等院校校、科研院院所、公司司都投入了了一些高水水平的科研研人员进行行开发。同同时，国内内一些著名名科研院所所、大学也也投入了较较大力量进进行科研开开发。这点点可从国内内相关科技技文献看出出。勿容置置疑的是我我国是世界界上电子镇镇流器的一一个生产大大国，我国国有较多的的公司、企企业从事这这种"绿色电光光源"产品的生生产。特别别是自20世纪80年代末、90年代初，IEC9928（1990）、GB155143（1994）《管形形荧光灯用用交流电子子镇流器一一般要求和和安全要求求》及IEC9929（1990）、GB/TT151444《管形荧荧光灯用交交流电子镇镇流器的性性能要求》等等技术标准准相继颁布布与实施，使使交流电子子镇流器的的研究、开开发、生产产有了统一一技术规范范。由于高高频交流电电子镇流器器要求体积积小、造价价低，并且且对电磁辐辐射干扰、输输入功率因因数、波峰峰因数、可可靠性等技技术指标严严格，所以以要做出一一个满足高高性能、低低价格、体体积小、低低电磁辐射射干扰，使使用安全可可靠的高频频交流电子子镇流器并并非件易事事，所以往往往让人感感到：看似似简单的一一个电子产产品，但是是技术含量量很高，是是一个涉及及电路拓扑扑、高频电电子变换、谐谐振开关（ZVS、ZCS）、LC串并联谐谐振、功率率因数校正正、电磁干干扰抑制（EMC、EMI）、信号号传感、采采集和控制制、电子元元器件、电电光源器件件等电力电电子技术的的方方面面面。同时，如如何测量高高频交流电电子镇流器器的技术参参数，如功功率、高频频谐波成分分、效率、电电磁辐射干干扰（EMI），也是是高频交流流电子镇流流器的研究究热点。实实践证明，要要做出一只只高性能的的高频交流流电子镇流流器，还需需对它的负负载--灯的技术术特性、灯灯对电源的的技术要求求有所了解解，否则要要做出高性性能的高频频交流电子子镇流器是是不现实的的。由于对对电网供电电质量的要要求不断提提高，国际际电工技术术委员会1982年分别制制定了IEC5555-22《家用设设备及类似似电器设备备对供电系系统的干扰扰》标准，和IEC1000-3-2《电磁兼容性标准》，分别对相关电器设备的功率、谐波成分、电磁辐射干扰等技术指标做出了要求，对高频交流电子镇流器而言也相应增加了电路的设计难度和制造难度。

二、常用高频交流电子镇流器电路与改进

（一）单级半桥谐振式

由于半桥谐振式逆变电路工作可靠，对开关管耐压要求较低，所以采用半桥谐振式逆变电路为灯负载供电的功率变换电路使用最为广泛。它主要由：交流市电供电整流电路（滤波）、启动电路、串联谐振高频逆变电路、保护电路、灯负载几部分组成。

这是一个典型的、自激振荡、自启动的LC串联谐振半桥逆变的高频交流电子镇流器电路，谐振主要由L、、C3、C4完成，利用谐振时C4上的高频电压点亮灯负载，当灯负载电流发生变化时，会影响谐振回路Q值，从而影响谐振电容C4上的谐振电压，来实现稳定灯负载电流的作用。

由于这种电路采用元件少、造价低，所以目前国内市场上见到的高频交流电子镇流器大多采用类似的这种电路。

但这种电路存在以下缺点：（1）无灯丝预热功能，易产生灯丝电极溅射作用，而降低灯丝的使用寿命，使用时间一长易造成灯管一端发黑的现象；（2）由于采用市电整流后直接给半桥逆变级供电，所以会产生很强的高次谐波干扰，降低交流市电输入侧的功率因数，并降低电源供电效率,采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时，会造成三相四线供电电网的地电位偏移，因而造成用电设备的损坏；（3）由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态，所以产生的高次谐波，会产生相应的电磁幅射干扰，影响其它用电设备的正常工作；（4）由于电路没有设保护电路，所以一旦市电电源供电发生故障（如电网电压升高过多）或灯负载发生破裂等故障时，易造成电路损坏，严重时还会发生火灾事故。

（二）双级谐谐振式高频频交流电子子镇流器

针针对单级半半桥谐振式式高频交流流电子镇流流器电路存存在的以上上缺陷，人人们又开发发设计出了了双级谐振振式高频交交流电子镇镇流器电路路。它主要要在普通的的单级谐振振高频交流流电子镇流流器的基础础上，再加加了一级有有源功率因因数校正（APFC）电路，用用以进行交交流市电输输入整流滤滤波的功率率因数校正正，并限制制高次谐波波成分，从从而达到减减小电磁幅幅射干扰，提提高输入侧侧功率因数数的目的。并并且由于有有源功率因因数校正（APFC）还有预预稳压的作作用，同时时还可以调调光（调节节APFC输出电压压），所以以既可提高高电子镇流流器的电性性能，又可可提高电子子镇流器的的可靠性。有有源功率因因数校正按按电路构成成可分为：：降压式、升/降压式、反激式、升压式等几种。按控制市电输入电流的工作原理可分为：平均电流型、滞后电流型、峰值电流型、电压控制型几种。按功率因数校正电路中电感电流的工作方式又可分为：电流连续型（CCM）、电流不连续型（DCM）。由于升压式有源功率因数校正电路具有PF值高、THD小、效率高，但需输出电压高于输入电压，适用于75W-2KW的应用场合，所以目前应用最为广泛。由于DCM型APFC电路简单，开关管应力小的优点，所以在电子镇流器中应用广泛。两级式具有APFC功能的高频交流电子镇流器电路由于增加了一级有源功率因数校正电路，所以增加了电路的复杂性，使成本提高许多，虽然双级式高频交流电子镇流器性能好，但由于成本、体积等原因也很难于大范围推广使用。

(三)无源功率因数校正

针对两级式有源功率因数校正电路的缺点，人们又试图探讨用无源功率因数校正的方法来提高高频交流电子镇流器的性能，如经常提到的有采用三只二极管和二只电容器的逐流电路的无源功率因数校正和高频复合能量反馈等方法，虽然在理论分析上可行，并有相应的实验结果、结论，但是至今未见广泛使用。还需进一步提高技术性能，但无疑这是一个很好的发展方向。

（四）常用高频交流电子镇流器调光

由于高频交流电子镇流器具有节能的优点，特别是在不需电子镇流器满功率进行的场合下，采用调光控制节能效果会更加明显。

调光控制有一个用户可控制的调光控制输入端并应具有以下基本功能：能检测灯电流、灯电压、灯功率；利用反馈电路来调节用户设定的亮度。

常用的调光方法主要有以下四种：占空比调光法、调频调光法、调节高频逆变器供电电压调光法、脉冲调相调光法。

1、占空比调光法

这种调光控制法利用调节高频逆变器中功率开关管的脉冲占空比，实现输出功率调节，对半桥逆变的最大占空比为0.5，以确保半桥逆变器的两个开关管有一个死时间，以免两个开关管共态导通损坏。

这种调光方法存在的问题是：如果电感电流连续并滞后于半桥电压Uxy，则开关可能导通时工作在零电压状态，关断瞬间需采用吸收电容达到ZCS工作条件，这样可进入ZVS工作方式，这是优点，EMI和开关管应力可明显降低。然而，如果占空比太小，以至电感电流不连续，将失去ZVS工作特性，并且由于供电直流电压较高，而使开关管上的应力加大，这种不连续电流导通状态将导致可靠性降低和加大EMI幅射。

除了小的脉冲占空比，当灯管发生故障时，也会出现不连续电流工作状态，当灯为开路故障时，电感电流将流过谐振电容，由于这个电容的容量较小，所以阻抗较大。除非两个开关管有吸收电路保护，否则开关管将承受很大的电压应力。2、调频调光光法

调频调调光法也是是常用的调调光方法。如如果高频交交流电子镇镇流器的开开关频率增增加，则电电感的阻抗抗增加，这这样，电感感电流就会会下降。

调调频调光法法的局限性性：

A．调光范范围由调频频范围决定定，如果调调频范围不不大，则功功率调节范范围也不大大。

B．为了实实现在低灯灯功率工作作条件下实实现调光，则则调频范围围应很宽（即即从25KHHZ--550KHZZ）。磁芯芯的频率范范围、驱动动电路、控控制电路可可能限制调调光范围。

C．在整个调频范围内不易实现软开关。轻载时，不能实现软开关，并使开关管上的电压应力加大。硬开关的瞬态过渡是EMI幅射的主要来源。

D．如果半桥逆变器不工作在软开关状态，则导致逆变器的损耗加大，导致效率降低。

E．当开关频率在红外遥控的频率范围内时，荧光灯将发射低电平的红外线，如果调频范围很大，其它的红外遥控装置如电视机将会受到影响。

F．灯电流近似反比于逆变器开关频率，调光与开关频率间不是线性关系。

G．当灯管发生开路故障时，将出现DCM工作状态，特别是当开关频率很低时。

3、改变半桥逆变器供电电压调光法

利用改变半桥逆变器供电电压法实现调光有以下优点：

A．调节半桥逆变器供电电压来实现调光。

B．采用固定占空比（约0.5）的方法，使半桥逆变器工作在软开关电感电流连续的宽调光范围调光（这也可使开关控制电路简化）。

C．由于开关频率固定，所以可以针对给定的灯型号简化控制电路设计。

D．由于开关频率刚好大于谐振频率，所以可以降低无功功率和提高工作效率。

E．由于开关频率固定，所以可以较方便的确定无源器件的参数。

F．在较宽的灯功率范围内（5%--100%）保持ZVS工作条件。

G．在很低的半桥逆变器供电电压下，将会失去软开关特性，将会出现电感电流不连续的工作状态。然而在直流供电电压很低的情况下，这种工作状态不再是个问题，这时的开关管应力和损耗将很小，即使硬开关在低直流供电电压情况下（如20V），也不会产生太多EMI幅射。

H．可实现平滑和几乎线性的灯功率控制特性。

I．可得到低功率解决方案，半桥逆变器的供电电压可以选得很低（如5%--100%的调光范围对应30-120V），这样可采用低电压电容和MOSFET。

J．调光控制仅通过控制SEPIC变换器输出电压实现。由于半桥逆变器工作在恒频工作状态，所以可采用简单的AC/DC控制即可实现调光。

K．灯电流近似和DC变换器的电压成正比，调光几乎和SEPICDC变换器的输出直流电压成正比。调光曲线如图6所示。

4、脉冲调相调光法

利用调节半桥逆变器中两支开关管的导通相位的方法来调节输出功率，从而达到输出调光的目的。调相法调光曲线图如图7所示。

相控调光法主要有以下特点：⑴可调光至此1%；⑵可在任意调光设定值下启动；⑶可应用于多灯应用场合；⑷调光相位灯功率关系线性好。

（五）两级高功率因数电子镇流器常用IC及特点

由于高频交流电子镇流器的巨大市场和经济效益，国际上许多有实力的半导体厂商纷纷开发相应的集成电路，以方便用户、生产厂商使用，大批量生产。有的半导体厂商还给出了相关的电子镇流器设计软件。世界上主要生产、开发高频交流电子镇流器的主要生产厂商有：美国国际整流器公司（IR）、莫托罗拉公司（MC）、美国微线公司（ML）、韩国三星公司等。下面以美国IR公司为例，介绍其主要电子镇流器用控制集成电路、相关设计软件。

美国国际整流器公司（IR）主要有以下型号的新型高频交流电子镇流器控制集成电路，它们分别为：IR21571、IR2159/IR21591、IR2167、IR2153、IR2156等型号。它们分别用于以下场合：

①IR21571：驱动600VMOSFET的荧光灯和高强度放电灯（HID）的电子镇流器驱动控制集成电路。

②IR2159/IR21591：调光控制和600VMOSFET驱动控制功能合一的电子镇流器控制集成电路。

③IR2167：具有PFC功能的高集成度，600VMOSFET驱动控制集成电路，常用于荧光灯和高强度放电灯（HID）的驱动控制。

④IR2153：IR2153/IR2151驱动控制集成

电路的改进型，用以驱动半桥功率变换级。

⑤IR215振荡频率可偏程和用于高压半桥驱动。

⑥IR2153、IR2156：常用于卤素灯的控制驱动。

下面以IR21571、IR2159/IR2157为例介绍其主要功能。如表1所示。表1常用IIR电子镇流流器IC特点

特点型号

IR211571IR21159/IIR21557

启动功功率低√√

电源供电电稳压二极极管保护√√

600V半桥驱动√√

工作频率率可编程控控制√-

死时间间控制√固定

闭环调调光√-

模拟调调光接口√-

过流保保护√√

故障保护√√

过温保护√√

邻近谐振振保护nearrressonanncepproteectioon√√

自动再启启动关断√√

功率因数数校正---

电源供电电电压稳压压---

DIP和SOLC封装1616

（六六）IR公司的相相关设计软软件

美国IR公司为了了方便它的的IC使用和高高频交流电电子镇流器器电路设计计，它推出出了相关设设计软件，软软件具有以以下特点：：

IR公司的相相关电子镇镇流器设计计软件具有有以下功能能和相应设设计步骤：：1、设计步骤骤：

(1)对给定的的电路类型型和输入电电压范围，可可生成相应应的电路图图、元件表表和印刷电电路板图。

(2)良好的图形设计界面，可给出电子镇流器的电参数、元件值和整个电子镇流器的相关文件。

2、主要特点：⑴三步设计流程；⑵灯型号流览；⑶设计流览；⑷良好的显示界面；⑸电子镇流器工作点的计算；⑹电子镇流器工作点的图形表示；⑺Windows的图形显示界面；⑻LC谐振腔元件参数计算；⑼PFC元件参数计算；⑽IR21571外围相关元件参数计算；⑾电路图；⑿元件清单；⒀PCB图；⒁电参数图；⒂元件参数表。

灯的选择和电路基本设计选择主要包含：

灯的选择含以下内容：灯型号、灯功率、灯管工作电压、最大灯管预热电压、灯管最小点火电压、预热电流、预热时间（秒）。

基本设计选择含以下内容：最低电源电压、最大电源电压、预热直流总线电压、启动点火直流总线电压、直流工作总线电压、PFC工作频率、镇流器工作频率。并且BDA软件有两种工作方式：

1．标准3步法（含以下步骤）：选灯型、选择电路形式、自动生成设计结果。

2．高级工作方式（含以下设计步骤）：

①工作点计算和IR21571外围元器件计算；

②允许预先设定所要求参数值；

③设计灵活，方便。三、单级高性性能、高功功率因数高高频交流电电子镇流器器

由于双级级式高频交交流电子镇镇流器使用用元件多，价价格较高。所所以尽管性性能指标好好，但也难难于大批量量生产、使使用，为了了进一步简简化电路，提提高电子镇镇流器的性性能指标，国国内外的一一些科研院院所、高等等院校、大大公司纷纷纷提出了单单级新型、高高功率因数数高频交流流电子镇流流的新概念念、新电路路，下面分分别加以介介绍。

（一一）高功率率因数、低低电磁幅射射、具有宽宽调光范围围的电子镇镇流器

这种种电路由香香港城市大大学的S.Y..RonHui教授（Ph.D）提出。

这这种镇流器器具有以下下特点：(1)低电磁幅幅射，传导导干扰低，可可调光范围围宽；(2)功率调节节范围为10%1000%；(3)采用SEPIICDCC/AC变换调压压；(4)低EMI，低电压压应力；(5)可用于单单管、多管管荧光灯照照明。

（二二）一种改改进电荷泵泵功率因数数校正（CPPFFC）的电子子镇流器

这这种电路由由美国李泽泽元教授领领导的VPEC的JinRonggQiaan教授（Ph.D）和李泽元元教授提出出。

主要有有以下特点点：(1)引入了电电荷泵的概概念、工作作原理、电电路；(2)提高功率率因数的工工作原理分分析；(3)波峰比为1.6，200V交流电压压输入，效效率为80%；(4)只用一个个电感，由由于电荷泵泵采用了一一个电容，而而电容又比比电感在电电路上好处处理。

（三三）一种用用于紧凑型型荧光灯的的新型自激激E类电子镇镇流器

由美美国（CIevvelanndSttateUnivversiity的LouiisRooberttNerrone教授（Ph.D）提出。论论文和实验验对点火和和灯电路稳稳态运行进进行了分析析、讨论，并并给出了实实验结果。有有限流保护护功能，可可适用于任任何Q值和占空空比，价格格低。

（四四）一种改改进单级电电子镇流器器起动特性性的新方法法

由我国台台湾NatiionallChuungCChenggUniiverssity的Tsaii-fuＷｕ教授授（Ｐｈ.Ｄ）和他他的学生Yong－JinggWu提出，并并给出了实实验结果。

这种方法主要有以下特点：

１、利用同步开关技术（SynchronousSwitchTechnique,SST）来改进电子镇流器的启动特性。

２、利用变形单级电子镇流器技术实现镇流（Single-StageInverter、SSI）。

３、讨论了ＰＦＣ半级和逆变电路半级间功率不平衡而引入的较高电压应力对开关器件的影响。

４、讨论了电子镇流器的工作状态、控制策略和元件电压应力间的相互关系。

５、讨论了利用热阻检测电路来减小灯丝溅射的问题，并通过实验证明了这种电路灯管开关工作18000次后灯丝无明显溅射。

６、论文和实验电路对单级镇流电路的变化特性进行了分析，并给出了实验结果。

（五）采用反激推挽集成变换器的电子镇流器

该电路和实现主要由巴西federalUniversityofMinasGenais的RicardoNedersondoPrado教授（Pｈ.Ｄ）等人完成。

这种电子镇流器具有以下特点：(1)由于采用反激式电路，所以电路简单，使用灵活；(2)具有隔离、自启动、单开关的电路特点；(3)可实现短路保护；(4)反激式ＡＰＦＣ，所以具有不必使输出电压高于输入直流电压，可在ＤＣＭ工作方式下，在固定导通时间控制方式下得到功率因数近似为１的效果；(5)由推挽变换器实现灯的高频交流供电、镇流；(6)仅用一级电路就可实现ＰＦＣ和高频变换，实现了单开关变换，简化了电路；(7)通过占空比控制可实现调光。

（六）基于单级高功率因数的电子镇流器

该工作由巴西FederalUniversityofEspiritoSantO,Vitoria的MarcioAimeidaCo教授（Pｈ.Ｄ）及他的同事完成的。

它具有以下特点：(1)单功率级，高功率因数，半桥功率逆变器工作在谐振状态；(2)自激振荡式，功率因数校正工作在DCM模式，输入、输出隔离；(3)由于工作在自激振荡方式，所以具有保护作用；(4)实验模型：40W荧光灯、40KHZ、220V交流市电供电；(5)给出了实验结果和模型分析。

（七）一种新型单级恒功率高功率因数电子镇流器

这项工作由西班牙的UniversityofOviedo,Gijon大学的ManuelRico－Secades教授（Pｈ.Ｄ）和他的几个同事共同完成的。该电子镇流器具有以下特点：(1)由buck－boost和半桥LC谐振共同组成单级高频交流电子镇流器；(2)具有可调光和恒功率特性；(3)高功率因数（0.98）；(4)给出了实验电路、稳态分析、低频电路模型；(5)给出了设计实例、方法；(6)给出了实验结果。

（八）基于反激变换器的单级高功率因数电子镇流器

该项工作由西班牙的3.7部分的科研课题组完成。

该项工作具有以下特点：

１、将反激变换PFC和半桥变换合为一体，作为单级高频交流电子镇流。

２、反激工作于恒频、恒占空比。

３、由于在ＰＦＣ中引入了一个变压器，所以逆变器的输入电压可以设定，从而优化了逆变器的设计。

４、给出了实验电路、稳态分析、实验结果。

四、总结

通过以上的分析讨论可以看出，貌不惊人的高频交流电子镇流器的设计、制作是一个涉及电路拓扑、电子元器件选择、电路动态静态分析，电光源等多学科的一个知识密集性电子产品。它主要要求在电路尽可能简单的条件下实现高效率、高可靠、低谐波成分、低电磁幅射干扰、高功率因数。所以对电路设计、选型、生产提出了较高的要求。随着电子技术、电子元器件、电路拓扑水平的不断提高，高频交流电子镇流器的质量、性能会不断提高。回顾自20世纪70年代世界上第一只高频交流电子镇流器的面市，到今天高频交流电子镇流器广泛进入家庭、楼堂馆所的照明，印证了高频交流电子镇流器的不断发展，质量、性能不断提高的过程。四组群控控制器工作作原是与系系统组成4．1组群群控制器系系统组成图1给出了一一种组群控控制器设计计方案。它它包括CPU模块、线线路状态检检测模块、交交流接触器器驱动模块块、后备电电源模块、时时钟模块、控控制策略模模块、电能能计量模块块、温湿度度检测模块块、GSM通信模块块和电力载载波通信模模块。CPU模块采用CPU结构。主主微控制器器采用高性性能、8位、40引脚、具具有8KBFFlashh、多路8位A/D的RISC单片机PIC166F877，负责与GSM通信模块块和电力载载波模块通通信，与交交流接触器器驱动控制制，与实时时时钟的读读取和校准准以及根据据照明控制制策略发送送控制指令令等功能。从从微控制器器采用与主主微控制器器同一系列列的高性能能8位、28引脚、多多路8位A/D、具有4KBFlassh的RISC单片机PIC166F873。该控制制器负责HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管管理电能计计量模块、后后备电源及及监控模块块、温湿度度监控模块块和线路状状态检测模模块等。4.2GGSM模块GSM(GlloballSysstemforMobiileccommuunicaationn)系统是目目前基于时时分多址技技术的移动动通讯体制制中比较成成熟、完善善、应用最最广泛的一一种系统。目目前已建成成的覆盖全全国的GSM数字蜂窝窝移动通信信网，是我我国公众移移动通信网网的主要方方式。基于于GSM的短信息息服务，是是一种在移移动网络上上传送简短短信息的无无线应用,是一种信信息在移动动网络上储储存和转寄寄的过程。由由于公众GSM网络在全全球范围内内实现了联联网和漫游游,建立上述述系统不须须再组建专专用通信网网络，所以以具有实时时传输数据据功能的短短信应用将将得到迅速速普及。笔笔者开发设设计的基于于GSM网络的温温度数据采采集与无线线传输系统统正是借助助该网络平平台,利用短信信息业务实实现数据的的自动双向向传递。系系统模型图图如图2所示终端处理模块终端处理模块存储器数据收发模块数据采集模块存储器数据收发模块数据采集模块E2PROM单片机2MSC12101210PC机GSM模块2单片机1单片机GSM模块1GSM网络图2系统模模型图本系统由数据据采集部分分、数据接接收和发送送部分、终终端处理部部分等三个个模块组成成。数据采采集模块将将采集到的的温度数据据存入存储储器中。数数据收发模模块采用双双单片机共共用E2RPOMM的方式，单单片机2控制数据据从存储器器转存入EE2PROMM中；单片片机1负责将数数据从E2PRROOM中读出，并并经GSM模块2借助GSM网络将数数据发送出出去，单片片机1不仅控制制数据的发发送，也控控制数据的的接收。在在这里E2PROMM是数据临临时存储和和上传的中中转站。终终端处理模模块负责将将接收到的的数据交给给计算机处处理，并将将处理后的的结果存放放到数据库库中，以供供查询。当当终端处理理模块需要要向GSMM模块2发送控制制命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。系统中三个模模块相互独独立，彼此此又相互依依赖，共同同完成数据据的传输。数数据收发模模块在系统统中起着承承上启下的的作用，是是系统的核核心模块。该该模块以双双单片机为为核心，以RS2332通信接口口，在物理理层上实现现与GSM模块的连连接。由于于篇幅的限限制，本文文主要介绍绍单片机控控制这一模模块工作的的软件实现现过程。旨旨在对怎样样用单片机机控制GSM模块收发发短信息进进行探讨。1GSM模模块MZ288MZ28是中中兴通讯推推出的GSSM无线双双频调制解解调器，主主要为语音音传输、短短信发送和和数据业务务提供无线线接口。MMZ28集集成了完整整的射频电电路和GSSM的基带带处理器，特特别适合于于迅速开发发基于GSSM无线网络的的无线应用用产品。带带有人机接接口（MMMI）界面面的应用产产品内部与与MZ288的通讯可可通过标准准的串行接接口（RSS232）进进行。MZZ28使用用简单的220-PIINZIIP插座与与用户自己己的应用系系统相连，此此ZIP连接接方式提供供开发所需需的数据通通信、音频频和电源等等接口信号号。MZ228可以作作为无线引引擎，嵌入入到用户自自己的产品品当中，用用户可以用用单片机或或其他CPPU的UART口，使用相相应的ATT命令，对对模块进行行控制，达达到使其产产品可以轻轻松进入GGSM网络的目的的。2串口控制制SMS的工作原原理单片机与GSSM模块一般般采用串行行异步通信信接口，通通信速度可可设定，通通常为192000bpss。采用这这种RS2332电缆方式式进行连接接时，数据据传输的可可靠性较好好。RS2232接口方式式连接，通通过串行接接口集成电电路和电平平转换电路路与GSMM模块连接接，电路比比较简单，所所涉及的芯芯片包括单单片机899C52和电平转转换芯片MMAX2332，是非非常常见的的接口电路路。需要说说明的是，该该接口通过过I2C总线扩展展了一个EE2PROMM存储器芯芯片AT24CC64，它的主主要作用是是存储采集集到的数据据。该芯片片能够反复复擦/写，能够够持久保存存数据，而而且断电信信息也不会会丢失，这这些特性正正是存储数数据所必需需的。GSM的短信信息业务SMS利用信令令信道传输输，这是GSM通信网所所特有的。它它不用拨号号建立连接接，把要发发的信息加加上目的地地址发送到到短信息服服务中心，经经短信服务务中心完成成存储后再再发送给最最终的信宿宿。所以当当目的GSM终端没开开机时信息息不会丢失失。每个短短信的信息息量限制为为160字节。现在市场上大大多数手机机均支持GSM007.055规定的AT指令集。该该指令集是是ETSI（欧洲通通信技术委委员会）发发布的，其其中包含了了对SMS的控制。利利用GSM手机的串串行接口，单单片机向手手机收发一一系列的AT命令，就就能达到控控制GSM模块收发SMS的目的。必必须注意的的是，用单单片机实现现时，编程程必须注意意它发送指指令与接收收到的响应应都是字符符的ASCIII码。用单单片机控制制GSM模块收发发短信息所所涉及到的的AT指令见表1。表1AT指指令AT指令功能描述AT+OFFF关机并重新启启动AT+CSDDH=0在TEXT模模式下在返返回值中不不显示详细细的头信息息ATE0关闭回显AT+CMGGF=1选择短信格式式为TEXT模式AT+CMGGS发送短信息AT+CMGGR读取短信息AT+CMGGD=0删除全部短信信息3软件的实现现上位机模块和和下位机模模块半双工工通信协议议的实现3.1.1应答和重重发上位机模块和和下位机模模块的通信信双方遵照照半双工通通信方式进进行。即数数据传送是是双向的，但但是任何时时刻只能由由其中的一一方发送数数据，另一一方接收数数据。因为为E2PROM的读出和和写入不能能同时进行行，为了避避免一方在在发送信息息帧时（这这里的信息息帧指的是是下位机模模块发送的的数据帧和和上位机模模块发送的的命令帧，下下同），另另一方也会会发送数据据，必须把把信道变成成半双工方方式，尽管管效率可能能不如全双双工方式，但但通过此举举牺牲效率率可以换取取模块工作作性能的稳稳定。双方方采取的顺顺序是：发发－>收到应答答后－>再发。按照整个系统统的设计思思路，上位位机模块（即图1中的GSM模块1，下同）发送的帧包括命令帧、确认帧和非确认帧；下位机模块（即图1中的GSM模块2，下同）发送的帧包括数据帧、确认帧和非确认帧。其中确认帧和非确认帧是发送数据后等待对方发送的应答帧，以此作为继续发送下一帧和重新发送上一帧的依据；命令帧和数据帧是信息帧。当一方先发送完信息帧，如果收方接收到对方的信息帧，而又没有信息帧需要发送，那么情况就比较简单，收方将根据信息帧的正确与否决定发送确认帧还是非确认帧，以使对方决定是继续发送还是重新发送；如果此刻收方也有信息帧需要发送，那么收方将不立即发送应答帧，而是立即发送本方的信息帧给对方，并等待对方对此帧的应答帧，在收到对方的应答帧后，收方将依据应答帧的内容（即确认帧或者是非确认帧，下同）决定是继续发送下一信息帧，还是重新发送原来的信息帧。如果由于链路本身不可靠等因素造成应答帧的丢失，收方将在一定时间内因为没有收到应答帧而延时重发原来的信息帧。在收到对方的应答帧后，收方将继续发送下一信息帧，并等待对方的应答帧，如此反复，直到收方全部发送完信息帧。在本方收到对方最后一个应答帧后，表明本方全部的信息帧发送完毕。然后收方将发送对方仍然等待的应答帧，通知对方收到的信息帧的正确与否。3.1.2延延时重发在双方通信过过程中，有有两个时间间T1和T2，分别表表示重新发发送信息帧帧的最大延延时。T1表示一方方发送完信信息帧到收收到对方应应答帧的时时间，如果果等待应答答帧的时间间超过了T1,则发方会会重新发送送原来的信信息帧；当当收方接收收到对方发发送的信息息帧，如果果收方此时时有需要发发送的信息息帧，则收收方此刻不不发送应答答帧，而是是发送信息息帧给对方方。也就是是说利用对对方等待收收方应答帧帧的时间T1内,收方插入入发送本方的信息帧,,同样本方方的发送也也存在一个个延时重发发的问题，在在规定的时时间内如果果没有收到到对方应答答帧，收方方也同样需需要重发原原来的信息息帧，这个个规定的时时间就是T2。显然由由于收方是是利用间隙隙时间发送送本方信息息帧，所以以T2<TT1。下图以下位机机模块先发发数据帧为为例，阐述述双方通信信的具体实实现过程。上位机模块上位机模块………………||下位机模块需要说明的是是，由于版版面的限制制，上面的的图所示的的通信过程程没有涉及及到发送非非确认帧的的情况，如如果收方发发送非确认认帧，发方方的发送过过程跟发送送数据帧是是一样的，只只不过这种种情况下需需要重发同同一帧号的的数据帧。如如果上位机机模块先发发命令帧，双方通信的实实现过程跟跟上图类似似，所不同同的是数据据帧此时变变成命令帧帧，命令帧帧变成数据据帧。在延延时的时间间上，无论论是下位机机先发送数数据帧还是是上位机先先发送命令令帧，T2的大小都都应该是一一样的，都都是利用时时间间隙T1发送收方方信息帧，延延时的时间间是相同的的。然而，对对于T1而言，情情况就有所所不同，因因为下位机机模块先发发送数据帧帧时，利用用T1的间隙时时间上位机机模块发送送的命令帧帧可能较少少，因此当当下位机模模块先发送送数据帧时时所定义的的T1应该小于于当上位机机模块先发发送命令帧帧时所定义义的T1,因为当上上位机模块块先发送命命令帧时，利利用T1的间隙时时间下位机机模块发送送的数据帧帧可能比较较多。4程序的设设计3.41主函数的的设计思路路开机上电后，程程序在主函函数中运行行，单片机机和GSM模块分别别进行初始始化。单片片机的初始始化包括设设置串口工工作方式、波波特率，并并初始化变变量参数和和标志位。GSM模块初始始化包括重重新启动、关关闭回显、设设置在TEXT模式下在在返回值中中不显示详详细的头信信息、选择择短信格式式为TEXT模式、开开发串口中中断准备接接收数据。为为了使模块块能对返回回的参数采采取不同步步骤，程序序设置了可可以位寻址址的标志位位，分布在在在单片机机89C52的位寻址址区2EH和2FH两个字节节单元中,如表9所示。表9标志志位列表标志位含义位地址f_initted初始化完成7EHf_sendding有数据块发送送7CHf_ack发确认帧74Hf_nackk发非确认帧73Hf_sendded发送成功79Hf_readd_smss可以阅读短信信息7FHf_deleetingg删除短信息78Hf_readdy见表57AHf_getii2c见表577H主函数是一个个不断遍历历E2PROM寻找需要要发送的数数据块，和和判断是否否需要向上上位机模块块发送应答答帧的循环环过程。前前者是通过过不断遍历历位寻址区区查寻标志志位f_seendinng、f_acck、f_naack是否被置置为1来实现的的。后者是是当接收到到上位机模模块的短信信数据时所所需执行的的操作指令令。一旦遍遍历到数据据块需要发发送，或者者实时接收收到了上位位机模块发发送来的短短信数据，主主函数将快快速转到时时钟中断服服务程序来来调用SHELLL函数，完完成数据块块或者应答答帧的发送送。实际上上无论是数数据块的发发送还是应应答帧的发发送，都是是针对GSM模块不同同返回参数数的处理过过程。另外外，主函数数在完成单单片机和GSM模块的初初始化后，将将立即开放放串口中断断，实时接接收GSM模块返回回的参数以以及上位机机模块发来来的短信数数据。系统运行时，上上位机模块块首先发送送一个应答答帧给下位位机模块，从从而启动下下位机模块块的运行。应应答帧可以以是确认帧帧，也可以以是非确认认帧，这可可以事先约约定。程序序的开头检检验是否收收到应答帧帧，有两个个意图。其其一，当系系统启动时时作为下位位机模块的的启动信号号；其二，当当下位机模模块正常运运行时，在在发送完短短信后，下下位机模块块需要判断断上位机模模块是否收收到了短信信，判断的的依据就是是上位机模模块是否返返回应答帧帧。根据应应答帧的内内容，下位位机模块将将决定是继继续发送下下一帧数据据还是重新新发送上一一帧。按照照双方通信信约定的协协议，如果果超过了最最大延时T1,下位机模模块也将重重发上一帧帧，重发的的过程也是是时钟中断断服务程序序调用SHELLL函数的过过程。3.42GSM返回参数数的处理－－SHELLL函数SHEELL函数是进进入时钟中中断程序时时被调用的的，该函数数是对GSM模块返回回参数进行行处理的函函数。根据据系统设计计的要求，需需要对GSM模块进行行下列操作作：呼叫对对方模块号号码、发送送数据、阅阅读短信、删删除短信。基基于以上操操作指令，如如果操作成成功GSM模块会分分别返回不不同的参数数：>、＋CMGS、+CMGGR、OK，根据接接收到的不不同参数，下下位机模块块将转向不不同的操作作步骤，判判断并改变变标志位的的值。比如如，如果某某时刻接收收到>,这表明呼呼叫对方模模块号码获获得成功，接接下来需要要发送数据据，这时SHELLL函数将检检查发送不不同数据所所代表的标标志位f_seendinng、f_acck、f_naack，从而决决定需要发发送何种类类型的数据据。如果f_seendinng＝1，需要发发送E2PROM中的某个个数据块；；如果f_acck＝1，需要发发送确认帧帧，告诉对对方已经成成功接收到到了对方发发送的数据据；如果f_naack＝1，需要发发送非确认认帧，表明明本方接收收到的数据据是错误的的，并等待待对方重新新发送上一一帧数据。需需要说明的的是，在同同一时刻这这三个标志志位只有其其中之一等等于1，这是双双方通信的的半双工协协议所强行行约定的。对对于其余三三个返回参参数，处理理思想基本本类似，在在此不一一一罗列。如果操作失败败，模块返返回ERROOR，也有三三种可能的的情况，分分别是发短短信出错、阅阅读短信出出错、删除除短信出错错。SHELLL函数将检检查上述操操作的标志志位是否为为1，并根据据标志位的的情况重新新发送该AT指令。还有一个返回回参数比较较特殊，即即在等待接接收返回参参数的过程程中接收到到了＋CMTI。这不是是本方主动动操作获得得的返回参参数，而是是表明上位位机模块此此刻有短信信数据到来来。SHELLL函数将首首先提取短短信数据在在SIM卡中的存存放序号，并并将此序号号存放到单单片机2的指定单单元中，然然后根据序序号发送阅阅读短信指指令。如果没有接收收到任何GSM模块返回回的参数，即即字符缓冲冲区中字符符个数为0，发生这这种情况有有两种可能能。其一，当当单片机和和模块初始始化完毕后后，如果首首次遍历E2PROM时发现有有数据块需需要发送，SHELLL函数将会会呼叫对方方号码，试试图建立连连接，准备备发送数据据。因为在在呼叫对方方号码之前前，下位机机模块没有有进行任何何AT指令操作作，模块也也就不会返返回任何参参数，这是是情况之一一。其二，当当下位机模模块发送完完数据块后后，在等待待对方应答答帧的过程程中，如果果在最大的的延时范围围内没有收收到对方的的应答帧，SHELLL函数也将将会呼叫对对方号码，准准备重新发发送上一数数据块，超超时重发机机制在这里里得到了反反映。3.43短信数据据的处理－－ExeccDataa函数进入时钟中断断调用SHELLL函数时，如如果接收到到了返回的的参数＋CMTI，表明上上位机模块块向下位机机模块发送送了短信数数据，可能能是命令帧帧，也可能能是确认帧帧或者非确确认帧。在在这种情况况下，SHELLL函数需要要对短信内内容进行分分析，并根根据短信的的内容进行行不同的处处理，负责责完成以上上功能的就就是ExeccDataa函数，它它是被SHELLL函数调用用的，用来来分析并处处理短信数数据。ExecDaata函数首先先判断接收收到的短信信数据是否否为有效帧帧，这里的的有效帧仅仅仅指帧的的格式是正正确的，并并不表明帧帧的内容也也是正确的的。判断的的依据是判判断帧头是是否为规定定的字符“WQ”。在有效效帧的前提提下，ExeccDataa函数将根根据帧的性性质进行不不同的处理理。按照帧帧的性质来来划分，有有效帧分为为信息帧和和应答帧，这这在3.2节有详细细的介绍。因因为接收的的是上位机机发送的短短信数据，所所以这里的的有效帧只只包括命令令帧和应答答帧。第一种情况，如如果接收到到的有效帧帧的帧号为为00H，则表明明该帧为命命令帧。ExeccDataa函数的处处理方式是是，首先判判断I2C总线是否否被占用，如如果没有被被占用就抢抢占，如果果I2C总线忙则则丢弃该帧帧。抢占总总线后需要要判断命令令帧的校验验子是否正正确，如果果正确表明明该帧数据据无误，接接着将数据据写入E2PROM的指定区区域，该指指定区域位位于E2PROM前两个数数据块的119～134字节处，如如表6所示，并并修改相应应的标志位位f_acck，准备向向上位机模模块发送确确认帧；如如果校验子子不正确，则则表明该命命令帧错误误，ExeccDataa函数将丢丢弃该命令令帧，并置置位f_naack,期待对方方重发。第二种情况，如如果接收到到的有效帧帧的帧号不不是00H,则表明该该帧一定是是应答帧。ExeccDataa函数首先先判断帧号号是否正确确，从而确确定该帧是是否是本方方期待的应应答帧。如如果帧号不不正确，ExeccDataa函数会丢丢弃该帧，表表明此帧并并非本方所所发送数据据帧相应的的应答帧。帧帧号正确的的应答帧，既既可能是确确认帧，也也可能是非非确认帧。如如果收到的的是确认帧帧，表明对对方已经正正确接收到到了本方发发送的数据据帧，ExeccDataa函数将会会改变相应应的标志位位，并清除除E2PROM中的块标标记。接下下来遍历E2PROM，看是否否还有数据据块需要发发送。如果果有，标志志位f_seendinng被置位为1，反之，将将会清除E2PROM中的发送送标记，即即将首字节节清成00H,如表6所示；如如果收到的的是非确认认帧，表明明对方接收收到了本方方发送的数数据帧，但但是数据帧帧是无效的的。这种情情况ExeccDataa函数处理理起来比较较简单，仅仅仅将标志志位f_seendinng置为1即可，表表明该数据据帧需要重重发。通过以上的分分析，我们们不难发现现，整个程程序错综复复杂，函数数之间相互互牵扯。标标志位在程程序的实现现过程中扮扮演着非常常重要的角角色，正是是依靠这些些标志位，程程序才能很很好地实现现各个功能能之间的切切换，而标标志位的值值是通过GSM模块返回回的参数修修改的。因因此程序的的实现过程程应该是：：阅读参数数－>修改标志志位－>发送指令令。主函数、时钟钟中断和串串口中断程程序、SHELLL函数、ExeccDataa函数是贯贯穿整个程程序的主线线和核心部部分，对它它们的分析析可以理解解程序的主主体思想，这这也正是笔笔者着重介介绍的原因因所在。然然而这些函函数和中断断程序的实实现，还需需要依靠其其它函数的的配合，比比如基于I2C总线的E2PROM操作函数数、字符串串操作函数数、以及串串口发送函函数等，由由于篇幅所所限，在此此不再介绍绍。GSM网络本身身是不完全全可靠的，可可能会发生生帧发送错错误、帧丢丢失的现象象，但是由由于重发、延延时重发机机制的存在在，程序可可以最大程程度避免上上述情况的的发生。在在实际应用用过程中，模模块运行正正常，性能能稳定，实实时性好。4.3电力力载波通信信模块电力载波通信信模块框图图如图3所示。设设计中采用用AT899S52作为微控控制器,电力线载载波调制解解调器采用用专用芯片片ST75536。AT899S52和ST75536之间采用用通用串行行通信接口口,用I2C总线和和串行EEPRROM通信,EEPPROM采用铁电电的24CC02,此芯片具具有无限次次可擦写功功能。通过过电力载波波实现整个个网络的通通信,通过两总总线实现模模块与其它它设备的通通信。这样样,通模块就就可以通过过软件及通通信协议实实现对多个个实际设备备通信与控控制。所有有的数据帧帧均采用CRC校验。AT899S52和ST75536均采用外外部硬件上上电复位,同时使用AT899S52的内部看看门狗功能能,对AT899S52和ST75536进行必要要的复位,以防止系系统死机造造成网络通通信中断。多多路选择开开关采用CD40052,通过其进进行电力载载波和两总总线的选择择,以实现电电力载波通通信和两总总线通信的的分时控制制。>图3

通通用通信模模块框图

>图4

电电力线接口口图通信模块电力力线接口电电路设计国外很早对电电力线载波波通讯技术术进行了研研究,多家公司司推出了自自己的电力力线载波modeem芯片,并制定了了电力线载载波适用频频率范围的的标准。目目前有针对对北美地区区电网(4800Y/2777V,2208Y//120VVac)的标准频频率范围100KKHz-4450KHHz和针对欧欧洲地区电电网(4000Y/2330Vacc)的标准频频率范围9KHzz-1500KHz。各家公公司在标准准频率范围围下,针对本地地区电网特特点,采用各种种特定专有有技术,设计出各各己的电力力线载波modeem芯片。由由于国外电电力线载波波modeem芯片是针针对本地区区电网特性性、电网结结构,且一般是是针对家庭庭内部自动动化而设计计,在国内使使用都难尽尽人意。目目前,有一、两两款电力线线载波modeem芯片在一一定应用领领域可勉强强使用。本本系统采用用ST75536作为电力力载波通信信的调制解解调器。ST75366是STMiicroeelecttroniics公司专为为电力线载载波通讯而而设计的modeem芯片。它它除有一般般modeem芯片的信信号调制解解调功能外外,还针对电电力线应用用加入了许许多特别的的信号处理理手段。目目前,在国内电电力线载波波通信领域域应用广泛泛,只是各公公司应用水水平不同。ST75536调制解调调技术是较较落后的FSK方式,它最高波波特率只能能达到12000bpss。另外它它无CSMAA(网络载波波侦听)功能,这些限制制了它的应应用。目前前,根据国内内电网的实实际情况,在电力线线载波通信信领域,ST77536是较适合合的modeem芯片。从ST75336输出的信信号幅度小小、驱动能能力弱而且且还有各种种谐波,因此必须须经过放大大和滤波,然后才能能通过耦合合电路将信信号调制到到电力线上上。耦合电电路将高压压和低压隔隔离,以防止高高压击穿通通信电路。同同样,从电力线线来的载波波信号又要要由ST75536接收,而电力线线上的干扰扰信号很不不确定且非非常复杂,所以需要要一个带通通滤波器,通过67.22kHz~87..5kHzz之间的信信号(本系统采采用72kHHz载频),经过预放放大后再送送到ST75536的接收端端。电路的的框图如图图4所示。其中框图左端端包括来自自ST75536的ATO和RAI及RX/TTX,RRX/TXX是数字信信号,控制收发发转换。ATO是ST75536的发送输输出,它和电力力线接口的的发送输入入相连。模模拟发送输输出由自动动等级控制制输入电路路来调整。最最大输出电电压的峰-峰值是6.5V。RAI是ST75536的接收模模拟输入。它它和电力线线接口的接接收输出相相连,最大输入入电压的均均方根值是是2V。接收灵灵敏度的均均方根值在在信道1和信道2(6000baaud)上是2mV;在信道3和信道4(12200bbaud))上是3mV。本系统统采用后者者。通过控制STT75366的RX/TTX控制引脚,使载波电电路处于接接收状态,在火线和和零线之间间加72KHHz、0.3V的正弦信信号,用示波器器观测ST75536224引脚的波波形,正常应为72KHHz、1.5±±0.5VV,频率偏移移调整C35--C37,,每增加1nF,中心频率率下降2.4KKHz。载波接接收信号如如图5所示;当始载波波电路处于于发射状态态时,将ST75536的第10引脚,即测试引引脚接VCC,,在零线和和火线之间间连接5.1Ω的功率电电阻,用示波器器观测零线线和火线之之间的波形形,正常应为72KHHz、峰峰值值大于等于于7V,若信号失失真调整则则调整相关关电容。。本通信模块的的设计采用用电力线载载波和两总总线通信相相结合,在一个电电力线子网网中尽可能能的减少使使用电力线线通信,使电力线线中由于电电力载波信信号引起的的同一频段段的干扰信信号得到很很好的改善善,而使用两两总线通信信实现通信信模块和底底层间的通通信。以实实现家用电电器及楼宇宇自控系统统的网络互互联、互操操,特别是在在楼宇自控控领域和多多表集抄系系统中已经经得到了实实际应用。4.4双CPPU通信方法法与RS-4485通信虽然PIC116F877x系列单片片机外围通通信接口丰丰富，但是是，整个系系统通信复复杂，接口口资源仍然然很紧张。主主从CPU的可靠通通信，是组组群控制器器可靠工作作的关键之之一。根据资源分配配，主微控控制器PIC166F877与从微控控制器PIC166F873采用SPI接口，并并以主从方方式通信。根根据系统端端口配置需需要，PIC166F873采用硬件SPI接口方式式，PIC166F877采用普通I/O口RB1～RB3来模拟硬硬件SPI口，即软软件SPI接口。PIC166F877的SPI硬件资源源分配给E2PRROM224C64使用。PIC166F873的SPI接口工作作在从模式式下，PIC166F877需要选用用一个普通通I/O口（这里里是RB4）与PIC166F873的SPI通信控制制端RA4//SS相连，控控制SI通信的发发起与结束束，如图55所示。每每次通信都都是由PIC166F877发起，PIC166F8733响应。

电能计量模模块为单独独模块，能能够测量供供电线路的的电压、电电流、功率率、功率因因数等参数数，并具有有标准的RS-4485接口。为为此，PIC166F873利用硬串串口RC6//TX和RC7//RX，通过RS4885接口变换换，与电能能计量模块块JP1相连。这这里MAX4485芯片作为485总线接口口转换芯片片，用RC2作为RS-4485总线通信信输入/输出使能能控制端，控控制信号的的读入和送送出。4．5交流流接触器控控制与状态态保持组群控制器的的一项重要要任务是通通过固体继继电器SSR和交流接接触器实现现照明线路路供电控制制。固体继继电器为DC3～24V输入，AC2220V输出，其其输入由NPN型三极管9013驱动。由由于系统实实际运行过过程中存在在各种干扰扰，若则相相关引脚很很可能会出出现跳变信信号或三态态，造成交交流接触器器误动作。因因此“锁定”复位前状状态，对保保证系统可可靠性非常常重要。这这里采用了了由1个D触发器、1个光耦、3个电阻和3个I/O引脚组成成的采样/保持电路路，D触发器复复位端R和置位端S分别接地地，数据端端D接CPU的数据控控制端RE0，时钟端CLK通过光耦TIP5521接CPU的时钟产产生控制端端RE1和RE2。保持电电路的关键键在于RE0、RE1、RE2单个引脚脚误动作无无法产生有有效时钟和和控制指令令。即使CPU发生复位位，由RC0脚读回固固态继电器器当前工作作状态，并并将RE0输出（D触发器输输入）置成成该状态，进进而保证SSR不产生误误动作。电电阻R32为上拉电电阻，保证证RE2出现三态态时光耦不不产生误导导通。电阻阻R33起限流作作用。实际际证明该电电路是有效效的。

4．6时时钟与控制制策略要实现自动定定时控制，系系统时钟和和系统预存存控制策略略是关键。组组群控制器器采用DS13302时钟芯片片，为系统统提供实时时时钟。DS13302是一种带带备份电源源的、8脚、具有I2C串行通通信功能的的高性能、低低功耗时钟钟芯片，提提供秒、分分、时、日日、周、月月、年日历历功能。I2C串行总总线SCL和SDA分别需要要一个上拉拉电阻。主主微控制器器PIC166F877采用硬件I2C接口（RC3//SCL和RC4//SDA）与DS13302通信，如如图6所示。组组群控制器器可以实现现远程时钟钟校准。组群控制器器将每日控控制策略时时间表Tablle1、季节划划分时间表表Tablle2、季节控控制策略时时间表Tablle3和节假日日控制时间间表Tablle4存储在E2PRROM224C64中。24CC64是容量为8KB、支持两两线的I2C串行通通信、10000000次擦写的E2PRROM。主微控控制器PIC166F877采用2个普通I/O口（RD1和RD2）模拟I2C串行总总线，即实实现软件I2C总线接接口。组群群控制器根根据读得的的日历信息息和时间信信息，对照照各种控制制策略时间间表，发布布开关灯及及调光控制制指令。4．7软件件实现组群控制器软软件分为主主微处理器器软件和从从微处理器器软件。主主微控制器器一方面负负责通过GSM与照明HYPERLINK"/Article/guanli/Index.html"管理理HYPERLINK"/exam/coumputers/dengji/Index.htm"计算机（简简称上位机机）通信，接接收、解析析和执行上上位机发来来的各种命命令，并将将执行结果果发送给上上位机；另另一方面，主主控制器在在没有GSM信息的情情况下，完完成其它一一些任务，软软件流程图图如图7所示。图图8给出了从从微控制器器软件的简简要流程图图。图7主CPU软件流程程图YYYYYNNNNYYYYNNY处理时间事件需要读取湿度？读取环境湿度需要测量温度？需要读照度？接受到GSM信息？改变控制状态的时间？读当前时间初始化开始是读取电网参数？更新时钟时间是校准时钟？执行查询命令从cpu读取相关信息储存新的控制策略表执行该命令是下载控制策略？是查询命令？是控制命令？读取环境温度读取照度YYYYYNNNNYYYYNNY处理时间事件需要读取湿度？读取环境湿度需要测量温度？需要读照度？接受到GSM信息？改变控制状态的时间？读当前时间初始化开始是读取电网参数？更新时钟时间是校准时钟？执行查询命令从cpu读取相关信息储存新的控制策略表执行该命令是下载控制策略？是查询命令？是控制命令？读取环境温度读取照度开始开始初始化主CPU有通信请求？读电网参数？读电源状态？处理其他事件处理通信事件读取电网参数读电源工作状态NNNYY图8从CPU软件流程程图五硬件设设计5.1PIC166F8733特点

PICC16F8773单片片机为28引脚微处处理器,除了具有有PIC系列单片机机的共同特特点外,还具有以以下特点:(11)具有4KB的FLASSH程序存储储器;(22)222条I/OO口线;(33)1992字节数据据存储器;(44)3个定时器;(5)PICC16F8773有5路10位A/DD通道;(6)PICC16F877有128字节的EEPRROM。可见,PICC16F8773特别适用用于步进电电机的驱动动控制。由由于PICC16F877