摘 要：設(shè)計了以收發(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)的直流電機智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計將在一定程度上解決傳統(tǒng)的多路電機控制系統(tǒng)接線端口多、布線復(fù)雜等問題，系統(tǒng)可實現(xiàn)單控和群控。
關(guān)鍵詞：電機控制系統(tǒng)；電力線載波通信；單控；群控

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能說明
　　基于低壓電力線載波通信的直流電機控制系統(tǒng)主要由主機板、子機模塊、遙控器、電機群、開關(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)長動；D表示反轉(zhuǎn)長動；SLU表示正轉(zhuǎn)點動；SLD表示反轉(zhuǎn)點動。
　　系統(tǒng)學(xué)習(xí)(對碼):連接好主機板和任意一個子機板,上電后同時按下主機板的SLU和SLD約20 s，蜂鳴器發(fā)出一次短鳴，此時按下遙控器的數(shù)字鍵1~9任意一個選擇信道，再按住遙控器的REC鍵約10 s，蜂鳴器發(fā)出一次長鳴，表示對碼成功。此時可以按所需要的功能鍵U、S、D、SLU、SLD來控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　以上是對一個子機模塊的學(xué)習(xí)過程，要對其他子機模塊學(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)好第一個子機模塊，開始學(xué)習(xí)第二個子機模塊的時候，要先斷開第一個子機模塊。
　　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：所有的子機模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機面板上的任一0~9數(shù)字鍵，然后按下CH鍵鎖定，即可通過遙控器或主機面板的U、S、D、SLU、SLD來控制單個電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點動、長動。
　　群控：所有的子機模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機面板上的AL鍵，然后按下CH鎖定，即可通過遙控器或主機面板的U、S、D、SLU、SLD鍵來控制全部電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點動、長動。
2 智能直流電機控制系統(tǒng)的工作流程
　　智能直流電機控制系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。以通過遙控器來實現(xiàn)完全控制為例說明：按下遙控器的1號鍵，這時單片機PIC16F630讀入1號鍵的鍵位碼，再按下遙控器的控制鍵（即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、長動、停止這5個控制器），這時單片機PIC16F630向發(fā)射端的主機板的收發(fā)模塊CC1100輸入一串帶位置信息的控制信號，CC1100接收到這個信號后，經(jīng)過高頻調(diào)制（FSK，315 MHz），將這一信號發(fā)射并沿電力線傳播。接收端的主機板接收到這一信號后，經(jīng)過主機板的CC1100對這一信號進(jìn)行接收并解調(diào)，同時將解調(diào)出來的信號送入芯片EM78P451AQ和子機板，信號經(jīng)過EM78P451AQ處理，驅(qū)動數(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及電源經(jīng)低壓電力線（DC24V）直接接入子機板電路，為子機板提供電源的同時，電源線上所帶的控制信號經(jīng)過PIC16F630單片機識別，控制電機驅(qū)動電路工作，以此來實現(xiàn)對電機正反轉(zhuǎn)以及點動長動的控制。通過主機控制面板來實現(xiàn)完全控制的過程和上述過程類似。

3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計
3.1 主機板CC1100接收電路
　　系統(tǒng)的接收功能通過以CC1100為主芯片的電路來完成。CC1100是一種低成本單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。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)字信號輸出端，作為芯片EM78P451AQ的信號輸入；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腳為接收模式下對經(jīng)LNA（低噪聲放大器）的正、負(fù)RF輸入信號，其外圍的電路選中一個特定的頻率（本電路選用的頻率為315 MHz）。
3.2 EM78P451AQ外圍電路設(shè)計
　　EM78P451AQ主要負(fù)責(zé)接收主機鍵盤輸入端口信號，送至數(shù)碼管驅(qū)動、顯示。
　　為防串鍵（2個鍵瞬間先后按下），編碼器采用優(yōu)先控制法，即先按下的鍵起作用，后按的鍵判為無效；為了防并鍵（2個鍵同時按下），采用判為誤動作的方式，即2個鍵同時按下時，視為無效，不發(fā)出任何按鍵指令碼信號。
　　EM78P451AQ的12腳為電力線載波信號輸出，對輸出信號的處理電路如圖4所示。

　　信號經(jīng)EM78P451AQ的12腳接至圖4中的19腳，當(dāng)19腳輸出信號時，通過一個10 kΩ的電阻，使三極管9014導(dǎo)通，9014集電極出來的電壓通過一個1 kΩ的電阻驅(qū)動IRF9Z34的MOS管，MOS管的D極接24 V直流電源，電源載波信號由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，R25為限流電阻，考慮到在帶動幾個電機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為過載保護(hù)片（5 A），其作用是電流過大時斷開，當(dāng)電流恢復(fù)正常時F1可以恢復(fù)正常工作。
3.3 子機板電路
　　當(dāng)主機板通過12腳輸出電力線載波信號時，這時就需要通過子機板電路來對這些攜帶控制信息的信號進(jìn)行識別以達(dá)到對電機的有效控制。子機板電路主要包括：子機板電源電路、單片機PIC16F630外圍電路、電機驅(qū)動電路等。驅(qū)動電路采用2個開關(guān)管和2個5腳繼電器驅(qū)動，使電機很容易實現(xiàn)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)。電機采用的是24 V的直流電機，只需改變正負(fù)極的電流方向即可方便地實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　子機板電路的核心為一個PIC16F630單片機，驅(qū)動電機的元件器為24 V、5 A繼電器。單片機PIC16F630主要功能是輸出對系統(tǒng)的負(fù)載（電動機）作各種運轉(zhuǎn)等的控制信號。13腳輸入的電源線載波信號經(jīng)過單片機PIC16F630處理后由11腳和12腳輸出控制信號，控制后面的驅(qū)動電路來驅(qū)動電機的長動和點動以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。9腳和10腳作為輔助的開關(guān)輸入端，當(dāng)KEY1開關(guān)閉合時，9腳低電平，可以控制12腳輸出高電平控制電機正轉(zhuǎn)點動；當(dāng)KEY2開關(guān)閉合時，10腳低電平，可以控制11腳輸出高電平控制電機反轉(zhuǎn)點動；當(dāng)KEY1或KEY2按住一定時間（例如3s以上），可以控制11或12腳輸出高電平控制電機反轉(zhuǎn)長動或正轉(zhuǎn)長動。
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。
　　遙控器鍵盤操作時，先作信道選擇（對哪一部分電機操作?），然后作功能選擇（點動、長動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)），信號經(jīng)單片機CF557處理后，向CC1100傳送一組數(shù)字信號，該組數(shù)字信號經(jīng)CC1100調(diào)制后發(fā)射出去，主機板接收到信號后，會選定指定的子機模塊進(jìn)行相關(guān)的動作，這些功能都將由軟件的配合來實現(xiàn)。
　　遙控器中CC1100電路設(shè)計和前述的主機板類似，此時的CC1100工作在發(fā)送模式，接收到單片機PIC16F630送來的控制信號，經(jīng)過CC1100處理，調(diào)制成315 MHz的FSK信號，然后發(fā)射出去，供主機板電路接收。
　　本智能直流電機控制系統(tǒng)通過遙控器或控制面板來實現(xiàn)對電機的完全控制，通過利用電力線載波通信技術(shù)，在使用過程中系統(tǒng)布線方便、接線簡單，可以實現(xiàn)對多個電機的單控和群控，抗干擾性強，相比于普通的電機控制系統(tǒng)，電路新穎、實用性強、完全實現(xiàn)了傻瓜式操作，對環(huán)境也沒有特殊的要求。目前，在市場上此類的控制方式還比較少，（普通的電機控制系統(tǒng)大多采用一對一的控制方式，即一路電機需要一組控制線，多路電機則需要多組控制線）。本電路采用的是總線控制，所有的控制信號都通過2根24 V直流電源線來傳輸，可以實現(xiàn)在一個控制系統(tǒng)控制多路電機，既節(jié)省了成本，又達(dá)到了智能控制電機的目的。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉曉勝,胡永軍,張勝友.低壓配電網(wǎng)電力線載波通信與新技
    術(shù)[J].電氣應(yīng)用, 2006(2):5-7.
[2] 吳舉秀,綦星光.基于CAN總線的電動執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計[J].微
    計算機信息,2008(7-1):145-146.
[3] 曾素瓊,張學(xué)成.基于89C2051與ST7538低壓電力線載波通
     信模塊的設(shè)計[J].低壓電器,2008(11):33-36.