基于低压电力线载波通信的电机控制系统设计.pdf

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1、 1基于低压电力线载波通信的电机控制系统设计基于低压电力线载波通信的电机控制系统设计 曾素琼 （嘉应学院 电子信息工程系，广东 梅州 514015）摘要：摘要：设计了以收发模块 CC1100 和 EM78P451AQ 为控制核心，采用低压电力线载波通信技术的直流电机智能控制系统；对系统的实现作了详细描述，对主要电路作了设计；本设计将在一定程度上解决传统的多路电机控制系统接线端口多，布线麻烦等问题，系统可实现单控和群控。关键词关键词：电机控制系统；电力线载波通信；单控；群控 中图分类号:TP273;TN915 文献标识码:B 中图分类号:TP273;TN915 文献标识码:B The Desig

2、n of Electromotor Control System Base on Low-Voltage Power Line Carrier Communication Technology ZENG Su-qiong (Department of Electronics and Information Technology,Jiaying University,Meizhou 514015，China)Abstract:In this paper,intelligence and direct currently electromotor control system is designe

3、d.CC1100 and EM78P451AQ is act as center controller,low-voltage power line carrier communication technology is used.The implementation of system is discussed mainly.The main circuits of system are designed.This design will solve these traditional problems,such as it is not easy to connect and arrang

4、e the lines,it have to control so many connection when the multi-circuit electromotor control system works.The system can realize single-control and multi-control.Keywords:electromotor control system；carrier communication of power line;single-control;multi-control 1 系统总体结构及功能说明 1 系统总体结构及功能说明 基于低压电力线

5、载波通信的直流电机控制系统总体结构框图如图 1 所示。系统主要由主机板、子机模块、遥控器、电机群、开关电源等组成。图 1 系统总体结构框图 图 1 中的功能键有以下对应关系：S 键:停止；U 键：正转长动；D 键：反转长动；SLU 键：正转点动；SLD 键：反转点动。系统学习(对码)系统学习(对码):连接好主机板和任一个子机板,上电，同时按下主机板的 SLU 和 SLD约 20 秒钟，蜂鸣器发出一次短鸣，此时按下遥控器的数字键 19 任意一个选择信道，再按住遥控器的 REC 键约 10 秒钟，蜂鸣器发出一次长鸣，对码成功。此时可以按所需要的功能键 U、S、D、SLU、SLD 来控制电机的正转和

6、反转。以上是对一个子机模块的学习过程，要对其它子机模块学习，按以上步骤学习作相同操作即可，若学习好第一个子机模块，要学习第二个子机模块的时候，要先断开第一h t t p:/w w w.e l e c f a n s.c o m 电子发烧友 h t t p:/b b s.e l e c f a n s.c o m 电子技术论坛 2个子机模块。本系统的操作控制分单控和群控，遥控器操作或数字面板操作都同样有效。单控：单控：所有的子机模块都学习好后，按一次遥控器或主机面板上的任一 09 数字键，然后按下 CH 键锁定，即可通过遥控器或主机面板的 U、S、D、SLU、SLD 来控制单个电机正转和反转以及

7、点动和长动。群控：群控：所有的子机模块都学习好后，按一次遥控器或主机面板上的 AL 键，然后按下CH 锁定，即可通过遥控器或主机面板的 U、S、D、SLU、SLD 键来控制全部电机正转和反转以及点动和长动。2 智能直流电机控制系统的工作流程 2 智能直流电机控制系统的工作流程 系统的工作流程如图 2 所示。通过遥控器来实现完全控制（以 1 号键为例）为例：按下遥控器的 1 号键，这时单片机 PIC16F630 读入 1 号键的键位码，再按下遥控器的控制键（即正转、反转、点动、长动、停止这五个控制器），这时单片机 PIC16F630 向发射端的主机板的收发模块 CC1100 输入一串带位置信息的

8、控制信号，CC1100 接收到这个信号后，经过高频调制（FSK，315MHz），将这一信号发射并沿电力线传播。接收端的主机板接收到这一信号后，经过主机板的 CC1100 对这一信号进行接收并解调，同时将解调出来的信号送入芯片 EM78P451AQ 和子机板，信号经过 EM78P451AQ 处理，驱动数码管显示相应的位置信息。解调后的电力线载波信号及电源经低压电力线（DC24V）直接接入子机板电路，一方面作为子机板的电源，同时子机板电路的 PIC16F630 单片机接收到电源线上所带的控制信号，经过识别，控制电机驱动电路工作，以此来实现对电机正反转以及点动长动的控制。通过主机控制面板来实现完全控

9、制过程类似。图 2 系统工作流程图 3 系统主要硬件电路设计 3 系统主要硬件电路设计 31 主机板 CC1100 接收电路 31 主机板 CC1100 接收电路 系统的接收功能，是以CC1100为主芯片的电路来完成，CC1100是一种低成本单片的UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。电路主要设定为在315、433、868和915MHz的ISM（工业，科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段，也可以容易地设置为300-348 MHz、400-464 MHz和800-928 MHz的其他频率（本设计选用315MHz）。CC1100外围电路如图3所示。h t t p:/w w w.e l e c

10、 f a n s.c o m 电子发烧友 h t t p:/b b s.e l e c f a n s.c o m 电子技术论坛 3 图 3 CC1100 外围电路 CC1100的2、3、6脚为数字信号输出端，作为芯片EM78P451AQ的信号输入；4、9、11、14、15脚为1.8-3.6V的电源输入；8、10脚为外接晶体振荡器的输入端，本电路的晶振的频率选为26MHz；16脚为模拟接地端，19脚为数字接地端；12、13脚为接收模式下对经LNA（低噪声放大器）的正、负RF输入信号，其外围的电路选中一个特定的频率（本电路选用的频率为315MHz）。32 EM78P451AQ 外围电路设计 32

11、 EM78P451AQ 外围电路设计 EM78P451AQ 主要负责接收主机键盘输入端口信号，信号至数码管驱动、显示。为了防串键（两键瞬间先后按下），编码器采用优先控制法，即先按下的键起作用，后按的键判为无效；为了防并键（两键同时按下），采用判为误动作的方式，即两键同时按下时，视为无效，不发出任何按键指令码信号。EM78P451AQ 的 12 脚为电力线载波信号输出，对输出信号的处理电路如图 4 所示。图 4 电力线载波信号输出电路 信号经 EM78P451AQ 的 12 脚接至图 4 中的 19 脚，当 19 脚输出信号时，通过一个 10k的电阻，使三极管 9014 导通，9014 集电极出

12、来的电压通过一个 1k的电阻去驱动IRF9Z34 的 MOS 管，MOS 管的 D 极接 24V 直流电源，电源载波信号由 S 极输出，R24 和二极管 IN4004 的作用是为了稳定 MOS 管的静态工作点，R25 为限流电阻，考虑到在带动几h t t p:/w w w.e l e c f a n s.c o m 电子发烧友 h t t p:/b b s.e l e c f a n s.c o m 电子技术论坛 4个电机的情况下电流比较大，所以选用 1，功率为 10W 的水泥大电阻，F1 为过载保护片（5A），其作用是电流过大时断开，当电流恢复正常时 F1 可以恢复正常工作。33 子机板电路

13、 33 子机板电路 当主机板通过 12 脚输出电力线载波信号时，这时就需要通过子机板电路来对这些携带控制信息的信号进行识别以达到对电机的有效控制。子机板电路主要包括：子机板电源电路、单片机 PIC16F630 外围电路、电机驱动电路等。驱动电路采用两个开关管和两个 5 脚继电器驱动，使电机很容易实现正转及反转。电机采用的是 24V 的直流电机，只需改变正负极的电流方向即可方便地实现正转和反转。子机板电路的核心为一个 PIC16F630 单片机，驱动电机的元件器为 24V、5A 继电器。下面对子机板单片机 PIC16F630 外围电路作重点介绍。单片机 PIC16F630 主要功能是输出信号对系

14、统的负载（电动机）作各种运转等的控制，其外围电路如图 5 所示。图 5 中，13 脚输入的电源线载波信号经过单片机 PIC16F630 处理后由 11 脚和 12 脚输出控制信号，控制后面的驱动电路来驱动电机的长动和点动以及正转和反转。9 脚和10 脚作为辅助的开关输入端，当 KEY1 开关闭合时，9 脚低电平，可以控制 12 脚输出高电平控制电机正转点动；当 KEY2 开关闭合时，10 脚低电平，可以控制 11 脚输出高电平控制电机反转点动；当 KEY1 或 KEY2 按住一定时间（例如 3 秒以上），可以控制 11 或 12脚输出高电平控制电机反转长动或正转长动。图 5 PIC16F630

15、 外围电路图 34 遥控电路 34 遥控电路 本系统遥控器的核心器件为芯片 CF557 以及芯片 CC1100，由于这两款芯片的集成度高、静态电流很小，功耗也很小，遥控电路可采用 3V 的干电池供电。遥控器键盘操作时，先作信道选择（对哪一部分电机操作），然后作功能选择（点动、长动、停止、正转、反转），信号经单片机 CF557 处理后，向 CC1100 传送一组数字信号，该组数字信号经 CC1100 调制后发射出去，主机版接收到信号后，会选定指定的子机模块进行相关的动作，这些功能都将由软件的配合来实现。遥控器中 CC1100 电路设计如前述的主机板上的类似，只此时的 CC1100 工作在发送模式

16、，其工作原理为接收到单片机 PIC16F630 送来的控制信号，经过 CC1100 处理，调制h t t p:/w w w.e l e c f a n s.c o m 电子发烧友 h t t p:/b b s.e l e c f a n s.c o m 电子技术论坛 5成 315MHz 的 FSK 信号，然后发射出去，供主机板电路接收。4 结束语 4 结束语 本智能直流电机控制系统通过遥控器或控制面板来实现对电机的完全控制，通过利用电力线载波通信技术，在使用过程中系统布线方便，接线简单，可以实现对多个电机的单控和群控，抗干扰性强，相比于普通的电机控制系统，电路新颖，实用性强，完全实现了傻瓜式操

17、作，对环境也没有特殊的要求。目前，在市场上此类的控制方式还比较少，（普通的电机控制系统大多采用一对一的控制方式，即一路电机需要一组控制线，多路电机则需要多组控制线）。本电路采用的是总线控制，所有的控制信号都通过两根 24V直流电源线来传输，可以实现在一个控制系统控制多路电机，既节省了成本，又达到了智能控制电机的目的。参考文献 参考文献 1 吴举秀,綦星光.基于 CAN 总线的电动执行机构的设计J.微计算机信息,2008,7-1:145-146.2刘晓胜,胡永军,张胜友.低压配电网电力线载波通信与新技术J.电气应用,2006(2):5-7.3赵海亮,刘诺,周长胜等.高速 CMOS 锁存比较器的设

18、计J.微计算机信息,2008,9-2:255-257.4曾素琼,张学成.基于 89C2051 与 ST7538 低压电力线载波通信模块的设计J.低压电器,2008(11):33-36.作者简介：作者简介：曾素琼（1967-），女(汉族)，广东省人，嘉应学院电子信息工程系副教授，硕士，研究领域：电路与系统应用研究。Biography:ZENG Su-qiong(1967-),female(Han),Guangdong,Department of Electronics and Information Technology,Jiaying University,associate professor,master,Research area:electric circuit and system applied research.本文作者创新点:本电路系统采用的是总线控制，所有的控制信号都通过两根 24V 直流电源线来传输，可以实现在一个控制系统控制多路电机。项目经济效益：本项目需在试验及实践中得到不断的完善和改进，逐渐实现产品化。若项目完全开发并投入使用，有很可观的经济效益。h t t p:/w w w.e l e c f a n s.c o m 电子发烧友 h t t p:/b b s.e l e c f a n s.c o m 电子技术论坛