摘 要：設(shè)計(jì)了以收發(fā)模塊CC1100和EM78P451AQ為控制核心、采用低壓電力線載波通信技術(shù)的直流電機(jī)智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)將在一定程度上解決傳統(tǒng)的多路電機(jī)控制系統(tǒng)接線端口多、布線復(fù)雜等問(wèn)題，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)單控和群控。
關(guān)鍵詞：電機(jī)控制系統(tǒng)；電力線載波通信；單控；群控

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能說(shuō)明
　　基于低壓電力線載波通信的直流電機(jī)控制系統(tǒng)主要由主機(jī)板、子機(jī)模塊、遙控器、電機(jī)群、開(kāi)關(guān)電源等部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖中功能鍵S表示停止；U表示正轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)；D表示反轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)；SLU表示正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)；SLD表示反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)。
　　系統(tǒng)學(xué)習(xí)(對(duì)碼):連接好主機(jī)板和任意一個(gè)子機(jī)板,上電后同時(shí)按下主機(jī)板的SLU和SLD約20 s，蜂鳴器發(fā)出一次短鳴，此時(shí)按下遙控器的數(shù)字鍵1~9任意一個(gè)選擇信道，再按住遙控器的REC鍵約10 s，蜂鳴器發(fā)出一次長(zhǎng)鳴，表示對(duì)碼成功。此時(shí)可以按所需要的功能鍵U、S、D、SLU、SLD來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　以上是對(duì)一個(gè)子機(jī)模塊的學(xué)習(xí)過(guò)程，要對(duì)其他子機(jī)模塊學(xué)習(xí)，按以上學(xué)習(xí)步驟作相同操作即可。當(dāng)學(xué)習(xí)好第一個(gè)子機(jī)模塊，開(kāi)始學(xué)習(xí)第二個(gè)子機(jī)模塊的時(shí)候，要先斷開(kāi)第一個(gè)子機(jī)模塊。
　　本系統(tǒng)的操作控制分單控和群控，遙控器操作或數(shù)字面板操作同樣有效。
　　單控：所有的子機(jī)模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機(jī)面板上的任一0~9數(shù)字鍵，然后按下CH鍵鎖定，即可通過(guò)遙控器或主機(jī)面板的U、S、D、SLU、SLD來(lái)控制單個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)。
　　群控：所有的子機(jī)模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機(jī)面板上的AL鍵，然后按下CH鎖定，即可通過(guò)遙控器或主機(jī)面板的U、S、D、SLU、SLD鍵來(lái)控制全部電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)。
2 智能直流電機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程
　　智能直流電機(jī)控制系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。以通過(guò)遙控器來(lái)實(shí)現(xiàn)完全控制為例說(shuō)明：按下遙控器的1號(hào)鍵，這時(shí)單片機(jī)PIC16F630讀入1號(hào)鍵的鍵位碼，再按下遙控器的控制鍵（即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)、停止這5個(gè)控制器），這時(shí)單片機(jī)PIC16F630向發(fā)射端的主機(jī)板的收發(fā)模塊CC1100輸入一串帶位置信息的控制信號(hào)，CC1100接收到這個(gè)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)高頻調(diào)制（FSK，315 MHz），將這一信號(hào)發(fā)射并沿電力線傳播。接收端的主機(jī)板接收到這一信號(hào)后，經(jīng)過(guò)主機(jī)板的CC1100對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行接收并解調(diào)，同時(shí)將解調(diào)出來(lái)的信號(hào)送入芯片EM78P451AQ和子機(jī)板，信號(hào)經(jīng)過(guò)EM78P451AQ處理，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的位置信息。解調(diào)后的電力線載波信號(hào)及電源經(jīng)低壓電力線（DC24V）直接接入子機(jī)板電路，為子機(jī)板提供電源的同時(shí)，電源線上所帶的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)PIC16F630單片機(jī)識(shí)別，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路工作，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及點(diǎn)動(dòng)長(zhǎng)動(dòng)的控制。通過(guò)主機(jī)控制面板來(lái)實(shí)現(xiàn)完全控制的過(guò)程和上述過(guò)程類(lèi)似。

3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 主機(jī)板CC1100接收電路
　　系統(tǒng)的接收功能通過(guò)以CC1100為主芯片的電路來(lái)完成。CC1100是一種低成本單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915 MHz的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300 MHz~348 MHz、400 MHz~464 MHz和800 MHz~928 MHz的其他頻率（本設(shè)計(jì)選用315 MHz）。CC1100外圍電路如圖3所示。

　　CC1100的2、3、6腳為數(shù)字信號(hào)輸出端，作為芯片EM78P451AQ的信號(hào)輸入；4、9、11、14、15腳為1.8 V～3.6 V的電源輸入；8、10腳為外接晶體振蕩器的輸入端，本電路的晶振頻率選為26 MHz；16腳為模擬接地端，19腳為數(shù)字接地端；12、13腳為接收模式下對(duì)經(jīng)LNA（低噪聲放大器）的正、負(fù)RF輸入信號(hào)，其外圍的電路選中一個(gè)特定的頻率（本電路選用的頻率為315 MHz）。
3.2 EM78P451AQ外圍電路設(shè)計(jì)
　　EM78P451AQ主要負(fù)責(zé)接收主機(jī)鍵盤(pán)輸入端口信號(hào)，送至數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、顯示。
　　為防串鍵（2個(gè)鍵瞬間先后按下），編碼器采用優(yōu)先控制法，即先按下的鍵起作用，后按的鍵判為無(wú)效；為了防并鍵（2個(gè)鍵同時(shí)按下），采用判為誤動(dòng)作的方式，即2個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，視為無(wú)效，不發(fā)出任何按鍵指令碼信號(hào)。
　　EM78P451AQ的12腳為電力線載波信號(hào)輸出，對(duì)輸出信號(hào)的處理電路如圖4所示。

　　信號(hào)經(jīng)EM78P451AQ的12腳接至圖4中的19腳，當(dāng)19腳輸出信號(hào)時(shí)，通過(guò)一個(gè)10 kΩ的電阻，使三極管9014導(dǎo)通，9014集電極出來(lái)的電壓通過(guò)一個(gè)1 kΩ的電阻驅(qū)動(dòng)IRF9Z34的MOS管，MOS管的D極接24 V直流電源，電源載波信號(hào)由S極輸出，R24和二極管IN4004的作用是穩(wěn)定MOS管的靜態(tài)工作點(diǎn)，R25為限流電阻，考慮到在帶動(dòng)幾個(gè)電機(jī)的情況下電流比較大，所以選用1 Ω，功率為10 W的水泥大電阻，F(xiàn)1為過(guò)載保護(hù)片（5 A），其作用是電流過(guò)大時(shí)斷開(kāi)，當(dāng)電流恢復(fù)正常時(shí)F1可以恢復(fù)正常工作。
3.3 子機(jī)板電路
　　當(dāng)主機(jī)板通過(guò)12腳輸出電力線載波信號(hào)時(shí)，這時(shí)就需要通過(guò)子機(jī)板電路來(lái)對(duì)這些攜帶控制信息的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別以達(dá)到對(duì)電機(jī)的有效控制。子機(jī)板電路主要包括：子機(jī)板電源電路、單片機(jī)PIC16F630外圍電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。驅(qū)動(dòng)電路采用2個(gè)開(kāi)關(guān)管和2個(gè)5腳繼電器驅(qū)動(dòng)，使電機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)。電機(jī)采用的是24 V的直流電機(jī)，只需改變正負(fù)極的電流方向即可方便地實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　子機(jī)板電路的核心為一個(gè)PIC16F630單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的元件器為24 V、5 A繼電器。單片機(jī)PIC16F630主要功能是輸出對(duì)系統(tǒng)的負(fù)載（電動(dòng)機(jī)）作各種運(yùn)轉(zhuǎn)等的控制信號(hào)。13腳輸入的電源線載波信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)PIC16F630處理后由11腳和12腳輸出控制信號(hào)，控制后面的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的長(zhǎng)動(dòng)和點(diǎn)動(dòng)以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。9腳和10腳作為輔助的開(kāi)關(guān)輸入端，當(dāng)KEY1開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，9腳低電平，可以控制12腳輸出高電平控制電機(jī)正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)；當(dāng)KEY2開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，10腳低電平，可以控制11腳輸出高電平控制電機(jī)反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)；當(dāng)KEY1或KEY2按住一定時(shí)間（例如3s以上），可以控制11或12腳輸出高電平控制電機(jī)反轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)或正轉(zhuǎn)長(zhǎng)動(dòng)。
3.4 遙控電路
 　　本系統(tǒng)遙控器的核心器件為芯片CF557以及芯片CC1100，由于這2款芯片的集成度高、靜態(tài)電流小、功耗也很小，遙控電路可采用3 V的干電池供電。
　　遙控器鍵盤(pán)操作時(shí)，先作信道選擇（對(duì)哪一部分電機(jī)操作?），然后作功能選擇（點(diǎn)動(dòng)、長(zhǎng)動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)），信號(hào)經(jīng)單片機(jī)CF557處理后，向CC1100傳送一組數(shù)字信號(hào)，該組數(shù)字信號(hào)經(jīng)CC1100調(diào)制后發(fā)射出去，主機(jī)板接收到信號(hào)后，會(huì)選定指定的子機(jī)模塊進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)作，這些功能都將由軟件的配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　遙控器中CC1100電路設(shè)計(jì)和前述的主機(jī)板類(lèi)似，此時(shí)的CC1100工作在發(fā)送模式，接收到單片機(jī)PIC16F630送來(lái)的控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)CC1100處理，調(diào)制成315 MHz的FSK信號(hào)，然后發(fā)射出去，供主機(jī)板電路接收。
　　本智能直流電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)遙控器或控制面板來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的完全控制，通過(guò)利用電力線載波通信技術(shù)，在使用過(guò)程中系統(tǒng)布線方便、接線簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)電機(jī)的單控和群控，抗干擾性強(qiáng)，相比于普通的電機(jī)控制系統(tǒng)，電路新穎、實(shí)用性強(qiáng)、完全實(shí)現(xiàn)了傻瓜式操作，對(duì)環(huán)境也沒(méi)有特殊的要求。目前，在市場(chǎng)上此類(lèi)的控制方式還比較少，（普通的電機(jī)控制系統(tǒng)大多采用一對(duì)一的控制方式，即一路電機(jī)需要一組控制線，多路電機(jī)則需要多組控制線）。本電路采用的是總線控制，所有的控制信號(hào)都通過(guò)2根24 V直流電源線來(lái)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)控制系統(tǒng)控制多路電機(jī)，既節(jié)省了成本，又達(dá)到了智能控制電機(jī)的目的。
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