基于89C2051 單片機的電源監(jiān)控無線報警系統(tǒng)

王光平

(武漢理工大學 計算機科學與技術學院，湖北 武漢430070)

隨著交直流轉(zhuǎn)換技術的發(fā)展，各種儀器設備和計算機的受能范圍變寬(即接受220 V 交流電源電壓范圍變寬)，各種儀器設備和計算機均可在180 ～240 V 交流電源電壓下工作。因此，現(xiàn)用儀器設備和計算機均取消了220 V 交流穩(wěn)壓電源而直接通過電源開關接入220 V 電網(wǎng)工作。由于電源開關(空氣開關)負荷的限制，一個開關只能負載幾臺儀器設備和計算機，因此用電單位的電源開關會成倍增加。一旦電源開關負荷超限或短路，必然造成因開關負荷超限而跳閘，造成用電設備斷電，影響正常工作。然而，有時因設備用電超過電源開關的負荷，電源開關(空氣開關)并不跳閘，而用電設備斷電。一旦多個開關同時出現(xiàn)這樣的故障，處理起來費時費力。為了及時掌握各個開關的通斷情況以便維護，筆者選用89C2051單片機設計了一種電源故障監(jiān)控無線報警系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成原理與總體構(gòu)成

由于監(jiān)控的是室內(nèi)交流電源，且各種科研實驗儀器設備和計算機又是通過空氣開關接入交流電源的，那么，對空氣開關群組的監(jiān)測，是判斷各種儀器設備和計算機設備的關鍵。因此，該系統(tǒng)必須具備監(jiān)測傳感、判斷、前置報警、單片機控制、無線發(fā)射編碼、無線接收解碼和后置報警顯示的功能［1－2］。系統(tǒng)組成原理與總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成原理與總體結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)由1 ～8 個實驗室內(nèi)與之對應的空氣開關群組(1 ～8 個空氣開關)和對空氣開關群組進行監(jiān)測的監(jiān)測群組(1 ～8 路監(jiān)測電路)傳感電路、放大整形電路、前置報警電路、89C2051 單片機、無線編碼、發(fā)射模塊電路、無線接收、解碼電路和后置報警顯示電路組成。

其工作原理為:1 ～8 室內(nèi)某監(jiān)測傳感器監(jiān)測到空氣開關因負荷超限而跳閘或者不跳閘(空氣開關已燒壞)而使儀器設備和計算機設備斷電的信號經(jīng)放大整形后一路送單片機89C2051 處理，另一路送前置報警電路報警。經(jīng)單片機89C2051處理后的信號控制編碼模塊編碼和無線發(fā)射模塊電路發(fā)射。無線接收模塊和解碼模塊電路由單片機控制接收到信號后進行解碼并控制后置報警顯示電路報警顯示［3］。

2 系統(tǒng)發(fā)射單元電路

系統(tǒng)發(fā)射單元電路如圖2 所示。其由一個實驗室內(nèi)的電源箱中的監(jiān)測傳感器群組即1 ～8 路監(jiān)測空氣開關的監(jiān)測傳感器電路，1 ～8 路放大整形、報警顯示電路，89C2051 單片機及無線編碼、發(fā)射模塊電路組成。與圖1 所示的1 ～8 個室的共8 個相同的發(fā)射分系統(tǒng)相對應，即圖2 中的一路發(fā)射單元電路對應圖1 中的一個發(fā)射分系統(tǒng)。圖2 中共有8 路相同的發(fā)射單元電路。其工作原理與上述相同［4］。

圖2 發(fā)射單元電路原理圖

2.1 監(jiān)測傳感器與放大整形報警電路

從圖2 中可知，8 路相同的監(jiān)測傳感器電路，每路由D1，D2、C1、C2、R1、R2和光耦集成電路4N35 組成。C1、C2、D1、D2組成降壓整流穩(wěn)壓電路，為光耦電路4N35 提供直流電源供光耦電路工作。光耦4N35 在電路中起到隔離和傳感作用，把前面的交流電路與后面的直流電路隔開，起到隔離保護作用并把信號傳給放大整形與報警電路。電路正常工作時，降壓整流穩(wěn)壓電路輸出直流電壓，光耦電路4N35 工作，其輸出端輸出低電平至U0。如果某路空氣開關因負荷超限而跳閘或不跳閘，降壓整流穩(wěn)壓電路無直流電壓輸出，光耦電路4N35 不工作，其輸出端輸出高電平至U0。經(jīng)U0和D5組成的放大整形報警電路后控制D5發(fā)光二極管發(fā)光現(xiàn)場報警，同時U0信號經(jīng)反向后送單片機89C2051 的P1 口。

2.2 單片機89C2051

89C2051 是ATMEL 公司生產(chǎn)的一種小型的單片機。其主要的特點是采用Flash 存貯技術，制造成本低，其軟、硬件與MCS51 完全兼容，其程序的可擦寫特性，使得其開發(fā)應用比較容易且性價比高。

89C2051 共有引腳20 條。P1 口共8 腳，P3口共7 腳。發(fā)射單元電路中的89C2051 單片機主要用來處理監(jiān)測傳感器送到P1 口的信號并從P3口輸出控制信號控制編碼模塊電路PT2262 完成編碼，RF 無線發(fā)射模塊F05V 發(fā)射編碼。

2.3 PT2262 編碼模塊、F05V 發(fā)射模塊電路

PT2262 和PT2272 是CMOS 3 態(tài)編碼集成芯片，這組器件廣泛用于各種遙控器件上，只需較低的+3V 電壓就能工作。PT2262 是發(fā)射編碼芯片，PT2272 是接收解碼芯片，兩者的地址必須配對，且振蕩電阻必須符合要求。PT2262 的14 腳TE 端是發(fā)射允許端，低電平有效，低電平時，17腳DOUT 端輸出一串編碼。該串編碼在載波上發(fā)送出去，被接收端接受和解調(diào)，輸入PT2272 的14腳，當?shù)刂放鋵r，VT 解碼有效端輸出高電平，數(shù)據(jù)端口就會輸出與PT2262 發(fā)射端口一致的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)遙控功能［5］。

F05V 發(fā)射模塊采用SMT 工藝，樹脂封裝，小體積，聲表穩(wěn)頻，內(nèi)部具有一級調(diào)制電路及限流電阻，適合短距離無線遙控報警及單片機無線數(shù)據(jù)傳輸。F05V 具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，ASK 方式調(diào)制。F05V 無輸入數(shù)據(jù)時，發(fā)射停止，發(fā)射電流為零。與通用編碼器PT2262 配合使用，發(fā)射效果較好。因為PT2262 的數(shù)據(jù)無論怎么變，但脈寬是不變的，即使出現(xiàn)一點突發(fā)性的外界干擾，解碼器的寬容性也會解碼輸出高電平。F05V 發(fā)射模塊必須與J05V 接收模塊配合使用［6］。其主要特點為:①低功耗發(fā)射;②聲表穩(wěn)頻;③無數(shù)據(jù)時發(fā)射電流為零;④較寬的工作電壓范圍。

編碼、發(fā)射模塊電路如圖3 所示。89C2051單片機的P3 口P3. 0 控制PT2262 進行編碼，P3.1控制PT2262 的TE 端選通發(fā)送編碼數(shù)據(jù)，TE低電平有效時，PT2262 的17 腳輸出編碼數(shù)據(jù)至F05V，由F05V 發(fā)射模塊電路發(fā)射。

圖3 編碼、發(fā)射模塊電路原理圖

3 接收系統(tǒng)

接收系統(tǒng)電路由2 路接收模塊電路J05V、解碼模塊電路PT2272 及89C2051 單片機和數(shù)碼顯示電路、聲音報警電路組成［7－8］。接收系統(tǒng)電路原理圖如圖4 所示。

圖4 接收系統(tǒng)電路原理圖

由于有8 個室，因此有8 路PT2262 編碼和發(fā)射模塊F05V 電路。而接收、解碼模塊電路中的PT2272 只有4 個數(shù)據(jù)輸出端，只能對4 路編碼、發(fā)射模塊電路中的PT2262 進行接收、解碼。因此，在接收系統(tǒng)電路中，使用了2 路接收、解碼模塊電路J05V 和PT2272。其工作原理是:J05V 接收模塊電路接收F05V 發(fā)射的信號后，由PT2272解碼模塊電路進行解碼后送單片機89C2051 的P1 口，由89C2051 單片機進行識別、判斷究竟是哪個實驗室出現(xiàn)電源故障而發(fā)射的編碼信號，然后將該室的編號由P3 口的P3.0 ～P3.3輸出，經(jīng)7448 七段譯碼驅(qū)動器驅(qū)動數(shù)碼管顯示其對應的編號。如編號8 的實驗室電源開關故障，數(shù)碼管顯示為8。同時，P3.4 輸出高電位，控制由555 電路組成的聲音報警電路發(fā)聲報警，提示工作人員及時排除故障。這里的數(shù)碼顯示和聲音報警電路，稱為后置報警電路。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)由發(fā)射、接收兩大模塊組成。其發(fā)射、接收程序流程圖如圖5 所示。發(fā)射模塊軟件負責監(jiān)測電源開關故障信號并控制編碼、發(fā)射，接收模塊軟件負責接收編碼信號并進行解碼和判定識別故障所在室的編號，顯示其編號并發(fā)聲報警［9－10］。

5 結(jié)論

基于單片機89C2051 的電源監(jiān)控無線報警系統(tǒng)實現(xiàn)了自動監(jiān)測多室、多路電源開關故障并自動從現(xiàn)場和遠距離向管理和維護人員報警的功能，使維護工作及時、準確，維護效率顯著提高。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

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