引言

誘導(dǎo)通風是采用誘導(dǎo)風機噴射出高速氣體。誘導(dǎo)和帶動周圍氣體向前運動，從而達到空氣流通和換氣的目的，此系統(tǒng)主要用于地下停車場、地下商場、大型場館等需自動通風及防火的場所。目前采用的控制系統(tǒng)，布線復(fù)雜，成本高，系統(tǒng)調(diào)試及維護不便。低壓電力線載波通信利用原有電路供電線路，免去重新布線之苦，具有成本低、即插即用、調(diào)試維護方便等優(yōu)點，非常適用于誘導(dǎo)通風智能控制系統(tǒng)。

1 低壓電力線通信誘導(dǎo)通風控制系統(tǒng)總體設(shè)計

低壓電力線載波通信誘導(dǎo)通風控制系統(tǒng)含煙霧檢測、CO檢測、電力線載波通信、誘導(dǎo)風機控制、電源單元、時鐘單元、存儲單元、看門狗復(fù)位及鍵盤顯示等功能單元，如圖1所示。鍵盤主要進行系統(tǒng)控制參數(shù)如CO濃度閾值、主／從節(jié)點標識、風機起／停延時等設(shè)定及時鐘校準，顯示單元可以指示用戶參數(shù)設(shè)定過程，并顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)，便于系統(tǒng)的安裝調(diào)試及維護。參數(shù)設(shè)定后，將參數(shù)寫入存儲器中，控制器開始進行煙霧檢測、CO檢測、誘導(dǎo)風機控制等工作；主控制器需要定時查詢各從控制器工作狀態(tài)，并控制從控制器工作。

誘導(dǎo)風機控制由多個誘導(dǎo)風機控制器組成，控制器之間采用低壓電力線通信，每個控制器都具有檢測周邊空氣質(zhì)量狀況煙霧檢測、CO檢測的功能，并能夠根據(jù)檢測結(jié)果控制一臺誘導(dǎo)風機工作?？刂破鞣种鳎瘡目刂破?，主控制器在完成本身所帶誘導(dǎo)風機控制的同時，要獲取各從控制節(jié)點工作狀態(tài)，并控制從控制器工作。從控制器根據(jù)檢測結(jié)果控制自身所帶誘導(dǎo)風機工作，同時向主控制器匯報當前工作狀態(tài)并受到主控制器控制，當自身控制與主控制器控制命令發(fā)生沖突時，以主控制器控制命令為準。

圖1低壓電力線載波通信誘導(dǎo)通風控制系統(tǒng)框圖

由于誘導(dǎo)通風控制系統(tǒng)工作環(huán)境比如車庫內(nèi)供氧不充分，如果發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，在火災(zāi)初期為陰燃狀態(tài)，若此時開啟誘導(dǎo)風機，會助燃為明火，因此控制器有必要進行煙霧檢測陰燃狀態(tài)，避免誘導(dǎo)風機誤動作造成重大損失，在檢測到火災(zāi)險情時發(fā)出聲光報替，并停止所有風機。CO檢測用于衡量區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量狀況，檢測到CO超標時開啟誘導(dǎo)風機工作，保證通風換氣效果?？刂破魍ㄟ^電力線載波通信單元實現(xiàn)與其他控制器的數(shù)據(jù)傳輸和信息交互。由于控制器工作環(huán)境復(fù)雜、工作過程無人值守，看門狗復(fù)位單元可以有效避免系統(tǒng)工作過程中發(fā)生死機和程序跑飛現(xiàn)象。

2 硬件設(shè)計

2. 1 微控器及調(diào)制解調(diào)芯片的選擇

由于低壓電力線上存在信號衰減大、時變性大、噪聲影響大等不利因素，這些問題導(dǎo)致誤碼率的升高，通信質(zhì)量嚴重下降。除了選擇好的通信器件從“硬”的方面來提高通信質(zhì)量，降低誤碼率外，另一種解決方法是采用一些糾錯能力強的編譯碼方案，這可能使得算法復(fù)雜化，運算速度降低進而導(dǎo)致通信速率下降，這種方法對處理器運算速度的要求較為苛刻，同時也要求微處理有較強的控制功能。在兼顧運算能力與控制性能之后，選用了飛利浦(Philips)公司的ARM內(nèi)核的LPC2132單片機，LPC2132是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32/16位ARM7TDMI- SCPU的微控制器，并帶有64kB的嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接「7和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。較小的封裝和極低的功耗使LPC2132可理想地用于小型系統(tǒng)中。處理器自帶的8路10位A/D轉(zhuǎn)換，可以保證CO檢測、煙霧檢測中數(shù)據(jù)采集的需要。

本系統(tǒng)選擇了SUSTHOMSON公司的電力線載波通信專用Modem芯片ST7538, ST7538內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過串行通信，可以方便地與微處理器相連接，內(nèi)部具有電壓自動控制和電流自動控制，只要通過禍合變壓器等少量外部器件即可連接到電力網(wǎng)中。ST7538是一款功能強大、集成度很高的電力載波芯片，采取了多種抗干擾技術(shù)。如果能夠很好地利用它的多頻段性，將可以克服窄帶通信的缺點。ST7538作為很有代表性的窄帶通訊芯片在遠程抄表、燈光控制、智能家電等領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。

2. 2 系統(tǒng)的硬件連接

系統(tǒng)電路原理框圖如圖2所示。

LPC2132通過監(jiān)測載波信號(CD/PD端)與監(jiān)測波特率信號(BU端)來得到載波的情況，而通過REG _ OK, PG,TOUT端來得到ST7538自身的狀態(tài)情況。LPC2132與ST7538之間的數(shù)據(jù)交換是通過SPI口(串行外設(shè)接口)來完成的;LPC2132與通信設(shè)備之間的通信是通過SCI(串行通信接口)來進行的，其間采用MAX202E來完成電平轉(zhuǎn)換〔s-e7為使系統(tǒng)通用性好，系統(tǒng)中提供RS232C電平、TTL電平數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)從系統(tǒng)輸出時，若輸出為RS232C電平，從設(shè)備要求TTL電平，則由MAX202E完成由RS232C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，相反亦然;若系統(tǒng)輸出電平與從設(shè)備要求電平一樣為TTL電平/RS232C電平，則電平就不用轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)從系統(tǒng)輸入時，若需要RS232C電平與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，也由MAX202E完成。

時鐘單元采用時鐘芯片SD2405AP，該芯片內(nèi)置晶振、充電電池、具有標準IZ C接口，可方便地掛接在LPC2132的Iz C接口上，芯片內(nèi)部具有年、月、日、時、分、秒寄存器，可以滿足誘導(dǎo)風機定時、延時啟/?？刂啤O及煙霧的定時檢測要求，由于LPC2132的資源豐富，還可以根據(jù)實際需求選擇接上LCD顯示或鍵盤等其它周邊設(shè)備。

圖2 系統(tǒng)電路原理框圖

3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計

3.1 ST7538電力線接口的設(shè)計

電力線接口是用來連接設(shè)備到電力線的電路，ST7538電力線接口電路框圖設(shè)計如圖3所示。電力線接口它首先是一個藕合電路，用于FSK信號的傳輸與接收;同時也是一個濾波系統(tǒng)，能可靠地過濾掉220V/5OHz的電力信號、噪聲信號和浪涌信號。

圖3 ST7538的電力線接口電路框圖

接收信號通道由藕合電路、濾波電路、保護電路、電壓放大電路組成。發(fā)送信號通道由電壓放大電路、功率放大電路、濾波電路、保護電路、藕合電路組成。

希望系統(tǒng)使用時有較遠的通信距離，這樣必須要求系統(tǒng)發(fā)送端有足夠大的功率輸出，大愉出功率放大電路不宜長時間連續(xù)工作，否則很容易過熱損壞。若設(shè)計高要求大箱出功放電路，增加系統(tǒng)成本.為此，系統(tǒng)采用發(fā)送放大電路電源控制使系統(tǒng)只有處于發(fā)送狀態(tài)時，發(fā)送電路中的電壓放大和功率放大電路才能得到合適工作電源而工作。在系統(tǒng)處于接收狀態(tài)時，發(fā)送電路中的電壓放大和功率放大電路因得不到電源而不工作。而系統(tǒng)中接收信號通路的電壓放大電路是始終工作的。

3. 2 煙井檢側(cè)及信號放大電路的設(shè)計

煙霧檢測信號放大電路如圖4所示。煙霧檢測采用一對紅外發(fā)射/接收管，并且安裝在暗室內(nèi)，兩管成鈍角處于相對狀態(tài)。當需要進行煙霧檢測時，LPC2132發(fā)命令，開啟紅外線發(fā)射管(圖4的控煙霧槍測端高電平).如果沒有發(fā)生火災(zāi)險情無煙霧，紅外光不能到達紅外接收管;當出現(xiàn)火災(zāi)險情有煙霧時，紅外光在煙霧顆粒表面產(chǎn)生漫反射和折射而進人紅外接收管，煙霧越大紅外光漫反射及折射越強，紅外光接收管信號越強.紅外接收管接收到的微弱信號經(jīng)TLC27L2兩級放大后箱出端(圖4的SDOut端)送人到LPC2132的經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，若有必要再經(jīng)MAX202E進行電平轉(zhuǎn)換，控制器通過電平轉(zhuǎn)換值的大小來判斷是否需要進行火災(zāi)聲光報替及關(guān)斷風機操作。也可以由LPC2132發(fā)命令，調(diào)節(jié)第二級TLC27L2的SDCtrI端，使放大的煙霧輸出信號可在一定范圍調(diào)節(jié)。

圖4 煙霧檢側(cè)信號放大電路

3. 3 CO氣體濃度檢側(cè)及信號放大電路的設(shè)計

CO氣體濃度檢測電路如圖5所示，采用電化學傳感元件CO/CFA-10000，該元件得到與CO氣體濃度成正比的微弱電流信號，傳感器的最大翰出上限控制在50mA以內(nèi)，檢測出的信號非常微弱必須進行放大后才能進行A/D轉(zhuǎn)換，且要求信號處理電路的放大性能好，抗干擾性強。電路中ICL7650是采用CMOS工藝具動態(tài)自動校零集成運算放大器，具有低失調(diào)、低溫漂、高增益、高共模抑制比等特點。其中UA, R5-R7, C1構(gòu)成電壓跟隨電路，使得C, R兩極與W極之間電位保持一定，使CO檢測電路和放大輸出電路之間有良好的隔離，CO檢側(cè)達到高保證;UB, R1-R4, C2構(gòu)成信號放大電路，用來放大傳感器的微弱信號，并且具有低通濾波功能，可以濾除檢測信號中的高頻干擾信號.放大后的檢測信號翰人到LPC2132的A/D轉(zhuǎn)換，若有必要再經(jīng)MAX202E進行電平轉(zhuǎn)換，控制器通過電平轉(zhuǎn)換值的大小來判斷當前區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量流通情況，并對風機加以控制。

圖5 CO氣體濃度檢側(cè)及信號放大電路

4 軟件設(shè)計

4. 1 誘導(dǎo)風機控制器軟件設(shè)計

控制器在上電后，首先要對相關(guān)軟件模塊進行初