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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流灯光控制系统故障检测及过电流保护.wps.精品文档.目 录1 引言. 1.1 灯光控制技术的发展.2 灯光控制系统中的技术标准. 2.1 RS-485接口标准. 2.2 通信系统及接口电路的设计. 2.3 信号的传输与设备的连接.3 灯光控制系统的分析与设计. 3.1 系统设计思想. 3.2 系统框图及功能. 3.3 只控制设备. 3.4 系统设计原理图.4 下位机与灯具检测模块软硬件设计. 4.1 系统组成及原理. 4.2 硬件设计. 4.3 灯位检测单元设计（过电流保护）4.4 浅谈各类过电流保护.5 主控板与从控板上的硬件设计. 5.1
2、 单片机的选择. 5.2 AT89C52的功能特性. 5.3 主控板电路原理图. 5.4 从控板电路原理图. 5.5 复位电路.6 实验方法 6.1 实验方法. 6.2 实验条件. 7 总结.参考文献.摘要：本文以灯光控制系统的设计为背景，详细介绍了灯光控制系统中的通信协议，硬件设备等的相关知识，整个系统包括了DMX512协议、RS232-通信、主控板与从控板的通信、步进电机等部分组成。1 引言1.1 灯光控制技术的发展 灯光控制技术的发展历程，大体可分为三个间断：原始控制间断，模拟控制技术间断，数字化技术控制间断。另外，随着网络化技术的不断成熟，灯光控制技术还将会迎来一场新的革命。在最初的原
3、始控制技术时期，舞台灯光控制相当的麻烦。演出过程中，在舞台四周布满大大小小的各式各样的手动控制开关，每一盏灯需要一个开关，并且还要敷设大量的灯线，其工作量是可想而知的。受控的灯具也只有亮灭两种状态，根本不了能调光，提供的纯粹是单纯的照明。我们可以想象，那时的灯光工作者只是忙于灯具的开和关，很难顾及到舞台的艺术效果。后来，随着技术的进步，将一些大功率的电位计，应用到灯光控制技术中，能够走到简单的调光，但与舞台艺术效果的需求还相差很远，要想完成大范围的艺术照明几乎是不可能的。在后来，自动化技术、电子技术和半导体技术的应用，把可控硅技术应用到调光器中，产生了硅箱，这标志着模拟调光技术时期的到来。这种
4、技术是通过模拟调光台（实际上是一个个电位器推子）输出的0-10V的模拟信号，控制可控硅的导通角来完成灯具调光功能的，它能够做到每一个灯具具有不同的亮度输出。时至今日，这种模拟调光方式还在一些小型演出活动中使用。可以说，模拟调光技术的应用为今天技术的飞速反战奠定了基础，也为当今电视舞台上丰富多彩的灯光艺术创作提供了可能。2 灯光控制系统中的技术标准2.1 RS-485接口标准RS-485用平衡差动的方式传输数据，抗干扰性强、速率高、传输距离远、能够实现多点传输，它允许同时连接32个驱动器和32个接收器，方便地组成一个小型的网络，在测控领域，应用很广泛。RS-485是一个电器接口规范，它规定了平衡
5、驱动器和接收器的电器特性，而没有规定接插件传输电缆和通信协议 RS-485支持半双工或全双工模式网络拓补，一般采用中断匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络。最好采用一条总线将各个节点串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。RS-485最小型信号由两条信号电路线组成，每条连接电路必须要有接地参考点，电缆能支持32个发送/接受器对。为了避免地电流，每个设备一定要接地。电缆应包括连至每个设备电缆地的第3信号参考线。RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号系统，只需检测两线之间的点位差就可以了。但应该注意的是收发器
6、只有在工模电压不超出一定范围（-7-12V）的条件下才能正常工作。当工模电压超出此范围时，就会影响通信的可靠性甚至损坏接口。RS-485电器特性如表2-1所示。在总线负载及阻抗匹配符合技术要求的前提下，RS-485标准所能达到的理论最高传输速率为10Mbit/s，但是，在该速率下的有效传输距离只有10米。，RS-485总线的有效传输距离与数据传输速率相关。可以用下面经验公式表示。 108bit/sm有效传输距离（m）- 数据传输速率（bit/s）2.2 通信系统及接口电路设计2.2.1 通信系统设计 本系统采用的是一主从多的总线型连接方式，如图2-1所示。在总线的末端，加入了两个120欧姆的电
7、阻，以实现通信线路的阻抗匹配，从而消除反射、吸收噪声。信号在传输线上传输使，若总线阻抗不连续，就会出现反射现象，影响信号的有效传输。双绞线的特性阻抗在110欧姆-130欧姆之间，因此，选用120欧姆的电阻作为匹配电阻。2.2.2 接口电路的设计 接口电路的主要任务是利用RS-485收发器实现电器特性转换。RS-485的收发器种类很多，常用的有DS96176、MAX481、MAX483和MAX485。 本设计采用MAX483作为收发器，接口电路如图2-2所示。MAX483采用5V电压供电，电源电流为120150微A，在待机方式下的电流仅为0.1微A。最高数据传输速率为250kbit/s。MAX4
8、83采用半双工异步通信方式，用接受器能使信号和放松器能使信号DE来控制通信状态的转换。RE为低，接收器工作，处于接受状态；RE为高，发送器工作，处于发送状态。本设计用单片机P1.0引脚同时控制RE和DE，当P1.0置高，发送信息，P1.0置低，接受信息。 上位机和下位机电路相同，在总线连接时，上位机的输出对应所有下位机的输入，下位机的输出对应上位机的输入。3 灯光控制系统的分析设计3.1 系统设计思想为了实现对于灯光系统的远程控制，为了对远程的灯光进行灯光进行实时的管理，对于现场的灯光需要进行实时调度，需要设计一个上位机的控制软件，一个下位机的简单主控设备，还有多个下位机的控制终端，它们之间可
9、以相互通信，远程的灯光系统既可以在上位机设计好的程序控制下自己正常运行，也可以再尚未机认为的控制下进行一些实时的调整。上位机与下位机的简单主控设备之间通过 RS-232 总线进行通信，简单主控设备与控制终端之间有多种通信方式可供选择，本文主要讨论两种，一种是以 485 总线直接进行通信，另一种是先通过一个光端机然后再通过光纤进行通信。下面将详细介绍系统功能及终端任务等。3.2 系统框图及功能由以上设计思想分析可得灯光控制系统由三部分组成，如图 4-1 方案 1 和 4-2 方案 2 系统组成框图所示(1) 计算机（软件控制） 负责进行总体的宏观协调控制下位机终端。(2) 简单主控制设备： 负责
10、与上位软件进行通信，还负责控制下位机的控制终端。3) 控制终端： 负责对被控设备进行控制，还有接受简单主控制设备发来的控制信号进行实时的控制调整。 图3-1 控制距离在1000M内，系统组成框图图3-2 控制距离超过1000M，系统组成狂3.3 主控制设备图4-3 主控制设备模块框图主控制设备等于上位机软件加简单主控制设备，主控制设备集成了计算机上的控制软件和简单主控制设备的所有功能，可以不要计算机，直接控制终端。3.4 系统设计原理图本系统设计的整个电路原理图如图 4-4 所示。整个电路又分为复位电路、主控板、从控板、步进电机、通信模块这几个部分。4 下位机与灯具检测模块软硬件设计4.1 系
11、统组成及原理由不同的回路对不同种类作不同功能使用的灯进行控制。灯光的控制主要由观察台和灯光站完成。从控制对象上来说，每一个回路分别由供电系统、恒流调光器、升压变压器、隔离变压器、灯具及电缆组成。不同回路的舞台灯，通过设在灯光站控制该回路的一个调光器来控制它们的开关灯和调光等级。 调光系统主要由调光器、单相变压器、隔离变压器和灯具几个部分组成。 所有控制系统的组成均可分成为三大部分:一是测量检测部分;二是控制器;三是执行部分。调光系统作为一个调整光强系统，也是由以上三部分组成。调光系统的检测功能是由串联在灯光回路中的电流互感器来完成的。控制器核心是一个单片微型计算机。 现在广泛应用的调光器是通过
12、可控硅来实现电源电压的转换。调光器通过调可控硅触发角大小，改变调光器的输出电压，进而改变串联回路电流，从而达到控制串联灯光回路中电流的目的。灯泡连接在隔离变压器的次级，使用隔离变压器是为了当线路中的某一灯具出现故障时，不影响其它灯具的正常工作。灯泡发光强度与回路中电流IH成正比。改变回路中电流Ih的大小就能调节灯泡的亮度。反之，当回路电流IH恒定时，灯泡亮度也将保持恒定。灯光回路电流IH与升压变压器初级端电压Va成正比例变化。调光器原理图如图4.1所示。 调光器调整灯光光强的原理可以从图中定性地分析。在微机中预先设定好给定的灯光光强对应的电信号，代表灯光光强等级的电信息经过脉冲调整电路去控制可
13、控硅的导通角，由于可控硅导通角的变化，使变压器输出电压的大小也随之变化，这里，可控硅起到了电信号功率放大作用。代表光强的电信号越大，变压器输出端输出的电压也越大，通过灯光回路的电流也就越大，灯泡就越亮，光强等级就高。当预先给定的灯光光强信号一定时，灯泡亮度就保持一定。微机中预先设定几个光强等级，灯光回路就能显示几个等级的光强。 当受外界干扰(例如电网电压的变化、温度漂移等)时，灯光回路电流在设定的信号不变时也会因干扰发生变化，使灯泡偏离给定的光强，这时，可以通过电流负反馈把灯光回路中电流的变化测量出来，分别送入微机系统中与预先设定好的灯光光强对应的电流信号进行比较，这时将会产生偏差信号，此偏差
14、信号经过可控硅触发功率放大器后，促使灯光回路中电流恢复原来的状态，从而使偏差逐渐减小直至为零。也就是说，反馈信号与预先设定的信号又相等了，输出的回路电流与要求的电流一致，从而灯泡发光的光强稳定在要求的光强等级上。 由以上分析可见，调光系统在规定的范围内，能任意调整灯泡的光强，也就是在给定的灯光强度等级下，系统具有恒流特性能保持灯泡发光的光强恒定。图2.2显示了系统中在某一灯光强度等级下的理想电压和电流的波形图。4.2 硬件设计 本系统需要完成的主要功能包括: 1.完成各灯位中灯泡正常、开路、短路、发暗的检测。 2，提供故障警示信息，显示各调光回路灯位分布图及其它相关信息。 3.存储故障灯位信息
15、，并支持对故障灯位信息的查询、打印。同时还需存储工作操作记录等。 根据系统需要完成的功能，可以确定灯光巡检监控系统主要由四部分组成，即主控计算机、上位机、下位机和灯位检测单元。 系统的工作过程如下: 1.主控计算机直接发命令给下位机，由上位机发布开灯、巡检命令或由灯光站工作人员在接到塔台的电话通知后，操作下位机发布开灯、巡检命令，命令发送给对应的下位机。 2下位机在接到上位机的命令后，向指定的调光器发送光级设定命令。调光器设定光级。 3.回路稳定后，灯位检测单元检测灯具状态，将检测结果利用电力线载波分时传送给下位机。 4.下位机将接收到的信息传送给上位机，上位机进行数据的处理、显示及存储。 5
16、.主控计算机在必要时查看上位机中的灯位巡检信息。 下面对各个组成部分的功能进行详细介绍。4.2.1主控计算机和上位机设计 主控计算机和上位机硬件都是山计算机组成。计算机硬件配置:奔腾4, CPU2.8G,512MB内存、RS485串口、SAMSUNG SyncMaster793DF显示器、RS485通信线。 每个主控计算机可以与多个上位机通信。 当在灯光站上位机计算机控制方式下，灯光站工作人员在接到主控室的开灯巡检命令后，上位机向下发布巡检命令，并显示、查询巡检结果;当在主控计算机控制方式下，由主控计算机直接控制上位机工作。灯光站还具有故障灯位信息查询打印的功能。4.2.2下位机设计 下位机由
17、控制模块、A1D转换模块、RS485串口通信模块等组成。下位机所要完成的功能有:与上位机的通信，即通过串口通信模块把从上位机发送的的巡检命令信号处理后，发送给调光器执行相应操作;与灯位检测单元通信，即接收灯位检测单元发送的灯位状态消息;将灯位检测结果传送给上位机。 下位机的控制模块是AT89S52单片机及其外围驱动电路组成。顾名思义完成下位机制功能。AT89S52单片机是低功耗，高性能，采用COMS工艺的8位单片机。其片内具有8KB的可在线编程Flash存储器。该单片机采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，与工业标准型80C51单片机的指令系统和引脚完全兼容;片内的Flash存储器可
18、在线重新编程，或使用通用的非易失性存储器编程器;通用的8位CPU与在线可编程Flash集成在一块芯片上，从而使AT89S52功能更加完善，应用更加灵活;具有较高的性价比，使其在嵌入式控制系统中有广泛的应用。鉴于以上优点，下位机和灯位检测单元的控制系统的硬件设计上选用了AT89S52作为控制器。 A/D转换模块选用的是ADC574A, ADC574A是应用较广的12位逐次逼近式模数转换器芯片，可以直接与8位、12位、16位总线的处理器相连。主要的参数转换时间25微秒，分辨率12位，输入电压(双极性)-5V+5V或-10V+10V。 RS485串口通信模块由电平转换芯片MAX485及其驱动电路组成
19、。RS485串行总线接口标准以差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。工业现场控制系统中一般都采用该总线标准进行数据传输，用户在开发一般的单片机应用系统时，利用单片机本身所提供的简单串行接口，加上总线驱动器如MAX485等组合成简单的RS485通信网络。RS485的数据最高传输速率为10Mbps;抗噪声干扰好;最大传输距离实际上可达3km; RS485接口在总线上是允许连接多达128个收发器等特点。 每一个上位机与多个下位机通信。每一个下位机与一个调光器对应，由调光器负责控制一个回路中的一组灯位检测单元，与上位机的通信利用RS-485总线通过
20、串口通信技术实现，而与灯位检测单元的通信则利用工频通信技术实现。4.2.3灯位检测单元设计 1.检测模块设计 灯位检测单元主要有控制模块、过零检测模块、可控硅驱动模块、调制及隔离变压器模块、进水检测模块等模块构成。如图2.4所示。下位机硬件设计下位机由AT89S52单片机模块、串口通信模块、A/D转换模块等组成，主要完成的功能信号的解调和数据处理之后上传给上位机。实现与上位机和故障定位器之间的数据传输功能。 灯位检测单元也是一个AT89S52型的单片机，放置在每一个隔离变压器桶内，与隔离变压器配套工作。灯位检测单元有两根输入线，两根输出线，其输入接隔离变压器的次级，输出接灯泡。灯位检测单元与灯
21、泡是并联的，所以灯位检测单元故障不会影响灯泡的正常工作。 2.供电电路设计 灯位检测单元的电源取自隔离变压器次级，跟随灯泡工作状态。电源串联在灯泡的两端，每当开灯以后就会自动建立工作电压。调光器对电压的调节是通过调整电源的交流380V电压导通角进行的，为获得高电压，要经过升压变压器。经过恒流源输出到负载。负载灯泡正常时，灯泡两端的电压有效值在15级光变化范围内约6V30V，对灯位功能的检测是通过检测灯位的电压实现的。 巡检单元供电要解决如下几个问题，供电变压器从隔离变压器原边回路取电(高压串联回路)或是从隔离变压器副边回路取电;供电单元是电压取电方式还是电流取电方式(同灯泡的关系是与灯泡并联还
22、是串联)。此外电源电路拓扑选择，是选择线性稳压电源电路还是采用开关电源电路实现稳压 (1)串联回路取电是指巡检电源供电变压器串联在高压串联回路(隔离变压器原边):由于该方法和灯泡供电回路不是一个回路，因而，当灯泡开路时仍可对灯进行检查。存在问题是供电变压器原边串在高压供电回路，巡检电源供电变压器原边一旦开路，原供电系统无法工作. (2)另一种取电方式是从隔离变压器副边回路取电。该方法可以避免因巡检单元故障影响到原供电系统。根据供电单元同灯泡的物理位置关系该方法亦有两种方式:即与灯泡串联取电还是并联取电。该方法必须解决灯开路时带来的功率转移和开路过压问题。 1)巡检电源供电变压器与灯泡并联取电如
23、图2.5所示。此种方式实质上是电压取电方式。供电变压器与灯并联，灯泡不开路时巡检电源可正常获得。灯泡开路时，因是恒流回路，如果功率全部由巡检单元承担，将很快损坏巡检单元。必须加入假负载回路。灯泡功率最大为150W，全部转移到假负载上，发热问题严重。此外灯泡短路时，巡检单元无法获得工作电源。 2)巡检电源供电变压器与灯泡串联取电如图2.6所示。该方法存在的问题是当灯泡开路时供电变压器无法构成通路，稳压电源不能获得。解决办法是接入开路切换回路。由于供电回路为恒流回路，当灯开路时，产生瞬时过压，过压判定电路将继电器闭合。巡检电源供电变压器仍可获得电源。同时巡检单元也可作出灯泡开路的检验判定.此种方式
24、实际上是电流取电方式。电流取电方式是可行的。 (3)电源电路拓扑选择采用开关电源稳压电路的电路如下图2.7所示: 开关电源的调整功率管以开关方式进行工作，其效率可以达到80%以上。开关损耗小。散热片、滤波电容的容量和体积大为减小。 采用串联取电方式LT1961SEPIC变换模块稳压电路具有开关频率高，开关功耗小，效率高，装置体积小的特点h t)。其稳压效果良好，完全满足巡检单元对供电电源的要求。3检测原理 主要包括灯泡开路检测、灯暗检测、开路检测等。下面分别各种功能检测的实现原理。(1)灯泡开路检测 当隔离变压器的初级流过一个相对稳定的干路电流时，次级有正常负载时也流过一个稳定的电流。而当灯泡
25、开路时，则变压器次级的负载电阻等于无穷大，其电流也随之急剧减小，电压升高。检测灯泡开路利用了该回路的这一特性，当次级电压升高到一定值时，采样电路电压即可判断出灯泡断芯。当隔离变压器的初级流过一个相对稳定的干路电流时，次级有正常负载时也流过一个稳定的电流。电流的大小，一方面取决于开灯光级，光级设置越低，电流越小。另一方面取决于负载，负载电阻越小，电流越大，但在灯泡的新与旧的变化中，电流大小的差别相对较小，而当灯泡开路时，则变压器次级的负载电阻等于无穷大，其电流也随之急剧减小。检测灯泡开路利用了该回路的这一特性，当次级电压升高到一定值时，采样电压电路即可判断出灯泡断芯。(2)灯暗检测 检查设备电压
26、是否正常，用万用表交流电压220V、400V档或更高档，测量U、V、W三相相电压是否是220V，低于200V不正常；检查镇流器性能是否降低；检查线路是否接地。灯暗检测就是灯电压的检测，灯电压的检测是对灯泡两端的电压进行采样，取灯泡两端的电压进行比例衰减，而后进行A/D转换，变为数字信号。当使用1:1的隔离变压器时，初级电流与次级电流相同。灯泡两端电压决定了灯泡的输出功率大小。灯泡两端电压作为判断灯暗的替代参数。灯暗有两种原因:一种是灯泡使用时间长而老化。老化所表现出的现象为电阻减小，电压降低;另一种是灯泡靠丝。靠丝后，相邻两圈被短路，电阻减小，两端的电压也减小，从而导致功率减小，灯泡发暗。（3
27、）短路检测：焦糊味、冒烟、电流增大、检查接线有无焦痕，断路器有无损坏，各接头有无松动；测量U、V、W三相电压是否接地，如接地电压将降低，线路是否短路，用万用表 R 10 档或 R 100 档，将两表笔分别接在U、V、W三相的任意一相与零线N之间，正常情况万用表指针此时应指在“”位置，若万用表指示数值较小，说明镇流器烧毁或线路短路、线路击穿。 对于线路短路，可采过电流保护。过电流保护（over current protectiON）就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出
28、报警信号。电网中发生相间短路故障或者非正常负载增加，绝缘等级下降等情况下，电流会突然增大，电压突然下降，过流保护就是按线路选择性的要求，整定电流继电器的动作电流的。当线路中故障电流达到电流继电器的动作值时，电流继电器动作按保护装置选择性的要求，有选择性的切断故障线路，通过其触点启动时间继电器，经过预定的延时后，时间继电器触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，断路器跳闸，故障线路被切除，同时启动了信号继电器，信号牌掉下，并接通灯光或音响信号。当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时，会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大，发热，若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏。
29、故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小，普通保险丝一般不能起到保护作用，常用的是快速熔断保险丝。这种方法具有保护容易的优点，但是，需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。但是，根据开关稳压器的特点，这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管，而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令，去控制调制器以保护开关三极管。为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中，这会影响电源的效率，因此多用于小功率开关稳压器的场合。而
30、在大功率的开关稳压电源中，考虑到功耗，应尽量避免取样电阻的接入。因此，通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。24.浅谈各类过电流保护 电力系统在运行过程中，由于各种原因可能发生多种故障和异常状态，在这种情况下 ，及时切除故障或发出报警信号，预防或缩小事故围，尽量减少事故造成的损失，最大限度地保证系统运行的可靠性。反时限过电流保护是由感应式过电流继电器来实现。这种切除故障或发出报警信号的功能就是电力系统的继电保护。继电保护装置要求能反映系统的各种状态，在故障情况下及时作用于开关跳闸或根据预先设定的成粗发出信号，是值班人员能及时处理。 机电保护装置必须满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性四个基本的要
31、求。 继电保护的过电流保护是一个十分重要的内容，它应用于线路、变压器、电动机、电容组等的保护，设计到短路、过载。故障接地等方面。按照过电流保护的工作原理来，过电流保护有定时限过电流保护和反时限过电流保护。1 定时限过电流保护 定时限过电流保护是由过电流继电器和时间继电器来实现的。保护装置的启动电流由过电流继电器完成，而动作限则时间继电器来整定。保护装置的动作时间仅取决于时间继电器人为预先整定的时限与短路电流大小无关。定时限过电流保住主要用于各种短路保护。 定时限过电流保护装置的动作电流应躲过可能出现的过负荷电流。定时限过电流保护装置的动作电流应躲过可能出现的过负荷电流。4.3 软件设计 软件包
32、括下位机的解调程序和检测单元的调制、故障定位程序。它们主要是以查询方式讲行。 如图4.8所示，下位机过零检测电路实时检测正过零点，后信号经P3.3通道向单片机请求中断，而后执行中断程序，调用延时子程序延时1ms后选通A/D转换器的I/O通道，启动A/D转换器，将反馈电压值进行转换。单片机经P1.5通道读取转换值。 下位机检测到调光器回路的电压经电压互感器采样后，进入信号调理电路被分为两路，一路进入过零检测电路，经过零检测比较器产生电压过零中断信号输入上位机的单片机;另一路信号经差分放大器处理输入AD574进行模数变换。过零中断响应启动AD574进行采样，AD574有两种采样精度可以选择分别是8
33、位和12位其中8位变换需时16us.当灯光等级变换一次后，过零点单片机开始响应采样，每个周期20ms内采样40次，采样间隔为O.5ms，之后将采样数据分别存放在固定地址内，以便于查找和比较。等待下一周期采样后，将采样数据与相应点的第一次采样存放在固定地址内的数据作差处理，若有多于4个差值大于等于调制信号幅度时，认为有调制信息为“I”，否则为“0”信息。程序流程如图4.9所示。4.3.2 检测单元调制程序 过零检测电路检测到正过零点后信号经P3.7通道送入单片机，由定时器控制P1.0和P1.2发送信号，触发可控硅的开关。将调制信号加载到电压上，使电压输出产生畸变。4.3.3检测单元故障定位程序
34、参考本章图2.4所示，查询过零信号P3.7判断是否为正过零，正过零后开始A/D转换，在一个周期50ms内采样10次，每次时间间隔为10ms后将采样结果存放在寄存器中。算出10个数据的平均值与66H中的设定值比较，若比较结果大于等于设定的电5 系统通信设计5.1 下位机与灯位检测单元通信下位机与灯位检测单元之间的通信是利用工频通信技术实现的，这是巡检监控系统实现的基础和关键。其基本原理是，发送方在50Hz工频电压或电流过零点附近（2030）的很窄的区间内调制信号，使工频电压波形产生微弱的畸变表示信号，位于远方采集接收模块检测这个电压波形的畸变，还原接收其所代表的信息位。下位机进行信号的解调即接收
35、到灯位检测单元传送的数据后，将有故障的灯位信息传送给上位机。5.2 上位机与下位机的通信设计 因为上位机需要与多个下位机进行通信，所以利用RS-485串行标准采用总线型主从方式进行通信。所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的为从机，从机要服从主机的调度、支配。本系统中上位机设定为主机，其它的下位机为从机。显然，如何实现PC机与多个单片机的通信是问题的难点和关键。 8051系列单片机串行口的不同寻常的特征是包括第九位方式9。这允许在串行口通信增加的第九位用于标志特殊字节的接收。对于简单网络，第九位方案允许接收单片机仅当字节具有一个第九位时才能被中断。利用这种方法，发送端可以广播一个字
36、节让第九位为高，该字节内容为接收端地址，令每个接收者检查该地址，若与自己地址相同，则该节点可以进行后面的交互，而其余的节点则继续处于接收地址状态。从而发送端就可以与指定的接收端进行交互通信它们发送消息时令第九位为低，而不会打扰其它处于接收状态的单片机，因为其它单片机只有当第九位为高时才接收消息。可以利用此方式来实现管理计算机与多个下位机之间的通信。 上位机给下位机发送巡检命令时，需令发送的第九位数据为1，这样不会影响到无关的下位机。PC机的串行通信接口是以接口芯片8250为核心部件组成的。8250本身并不具备8051系列单片机的多机通信功能，也不能产生TB8(即发送数据的第九位)，但可以灵活地
37、使用8250，通过软件的办法，使其满足8051单片机通信的要求。可以发送几种字长，其中一帧最长为11位，与8051发送的帧格式相比，差别仅在第9位，即PC机的8250发送的第9位是奇偶校验位，而不是相应的地址数据标志，采用软件编程的方法可以使8250的奇偶位形成正确的地址数据标志。8051单片机多机通信的典型数据帧格式如图所示。其中，TBS是可编程位，通过使其为0或1为而将数据帧和地址帧区别开来。而8250可发送11位数据帧，这11位数据帧由1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和位停止位组成。 比较以上两种数据格式可以看出它们的数据位长度相同，不同的仅在于奇偶校验位和TB8。所以可以通过软件
38、的方法设置MSComm控件的Setings属性，控制8250的奇偶校验位，实现多机通信。上位机发送的开灯巡检命令包括下位机地址和灯光等级。命令中包括要求开灯的亮度等级，共5级，如算上关灯命令则为6级，利用每一位表示一个光级。上位机向下位机发送消息的格式如图所示。 下位机上传数据给上位机时，消息中包括灯位地址、下位机地址和灯位状态三个字段。格式如图所示，发送消息时逐个字节发送。灯位状态的含义与表所示相同。灯位地址（8bits）主控单元地址（8bits）灯位状态（4bits）低4位未使用 下位机传送信息时，只需逐个传送故障灯位的数据，这样可以减少数据传输量。当一个下位机对应的所有灯位检测单元都没有
39、故障时，规定下位机向上位机发送的灯位地址字段写为Oxff.这样上位机就可以确定下位机没有出现问题。下位机中的程序流程图如图3.13所示。5.1主控板电路原理图在本系统中，主控板用于对从控板上的 LED 灯进行有效控制，其电路原理图如图 5-2 所示。图5-2 主控板电路实现原理图主控板上单片机的 18、19 管脚接分别两个 20PF 的电容，电容的另一端接地，并且在 18、19 管脚的中间接一个频率为 11.0592 的晶振，这部分电路用于让单片机计数。单片机的 9 管脚接了一个复位电路。单片机的 P1.0P1.7 与 P2.0P2.7 分别接一个指拔开关，用于对从控板上的 LED 灯进控制。
40、5.2 从控板电路原理图本系统中从控板共有两块，接受主控板的控制。其电路原理图是一样的，如图 5-3 所示。图5.3 从控板电路实现原理图主控板上单片机的 18、19 管脚接分别两个 20PF 的电容，电容的另一端接地，并且在 18、19 管脚的中间接一个频率为 11.0592 的晶振，这部分电路用于让单片机计数。单片机的 9 管脚接了一个复位电路。单片机的 P2.0P2.7 分别接了 8 个 LED 灯，这些灯接受主控板的控制信号进行亮灭。5.6 复位电路 单片机在 RESET 为高电平控制下，程序计数器（PC）和特殊功能寄存器的复位如表 5-2 所示。单片机的复位并不影响芯片内部 RAM
41、状态，只要 RESET 引脚保持高电平，单片机将循环复位。在复位有效期间内，ALE、PSEN 将输出高电平。表5-2 各寄存器复位状态表寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTHO00HPSW00HTLO00HSP07HTH100HDPTR0000HTL100HP0P3FFHSCON00HIP(XXX00000)SBUF(XXXXXXX)IE(0XX00000)PCON(0XXX0000)在简单复位电路中，干扰容易串入复位端，在大多数情况下不会造成单片机的错误复位，但会引起内部某些寄存器的错误复位，这里我们选择在 RESET 引脚上接上一个去耦电容和一个复位开关，避免错误复位的发