1、目 錄1 引言. 1.1 燈光控制技術(shù)的發(fā)展.2 燈光控制系統(tǒng)中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn). 2.1 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn). 2.2 通信系統(tǒng)及接口電路的設(shè)計(jì). 2.3 信號(hào)的傳輸與設(shè)備的連接.3 燈光控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì). 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想. 3.2 系統(tǒng)框圖及功能. 3.3 只控制設(shè)備. 3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖.4 下位機(jī)與燈具檢測(cè)模塊軟硬件設(shè)計(jì). 4.1 系統(tǒng)組成及原理. 4.2 硬件設(shè)計(jì). 4.3 燈位檢測(cè)單元設(shè)計(jì)（過(guò)電流保護(hù)）4.4 淺談各類(lèi)過(guò)電流保護(hù).5 主控板與從控板上的硬件設(shè)計(jì). 5.1 單片機(jī)的選擇. 5.2 AT89C52的功能特性. 5.3 主控板電路原理圖. 5.4 從控板電路原理

2、圖. 5.5 復(fù)位電路.6 實(shí)驗(yàn)方法 6.1 實(shí)驗(yàn)方法. 6.2 實(shí)驗(yàn)條件. 7 總結(jié).參考文獻(xiàn).摘要：本文以燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為背景，詳細(xì)介紹了燈光控制系統(tǒng)中的通信協(xié)議，硬件設(shè)備等的相關(guān)知識(shí)，整個(gè)系統(tǒng)包括了DMX512協(xié)議、RS232-通信、主控板與從控板的通信、步進(jìn)電機(jī)等部分組成。1 引言1.1 燈光控制技術(shù)的發(fā)展 燈光控制技術(shù)的發(fā)展歷程，大體可分為三個(gè)間斷：原始控制間斷，模擬控制技術(shù)間斷，數(shù)字化技術(shù)控制間斷。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的不斷成熟，燈光控制技術(shù)還將會(huì)迎來(lái)一場(chǎng)新的革命。在最初的原始控制技術(shù)時(shí)期，舞臺(tái)燈光控制相當(dāng)?shù)穆闊Ｑ莩鲞^(guò)程中，在舞臺(tái)四周布滿大大小小的各式各樣的手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，每一

3、盞燈需要一個(gè)開(kāi)關(guān)，并且還要敷設(shè)大量的燈線，其工作量是可想而知的。受控的燈具也只有亮滅兩種狀態(tài)，根本不了能調(diào)光，提供的純粹是單純的照明。我們可以想象，那時(shí)的燈光工作者只是忙于燈具的開(kāi)和關(guān)，很難顧及到舞臺(tái)的藝術(shù)效果。后來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將一些大功率的電位計(jì)，應(yīng)用到燈光控制技術(shù)中，能夠走到簡(jiǎn)單的調(diào)光，但與舞臺(tái)藝術(shù)效果的需求還相差很遠(yuǎn)，要想完成大范圍的藝術(shù)照明幾乎是不可能的。在后來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)、電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的應(yīng)用，把可控硅技術(shù)應(yīng)用到調(diào)光器中，產(chǎn)生了硅箱，這標(biāo)志著模擬調(diào)光技術(shù)時(shí)期的到來(lái)。這種技術(shù)是通過(guò)模擬調(diào)光臺(tái)（實(shí)際上是一個(gè)個(gè)電位器推子）輸出的0-10V的模擬信號(hào)，控制可控硅的導(dǎo)通角來(lái)完成燈具

4、調(diào)光功能的，它能夠做到每一個(gè)燈具具有不同的亮度輸出。時(shí)至今日，這種模擬調(diào)光方式還在一些小型演出活動(dòng)中使用。可以說(shuō)，模擬調(diào)光技術(shù)的應(yīng)用為今天技術(shù)的飛速反戰(zhàn)奠定了基礎(chǔ)，也為當(dāng)今電視舞臺(tái)上豐富多彩的燈光藝術(shù)創(chuàng)作提供了可能。2 燈光控制系統(tǒng)中的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.1 RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485用平衡差動(dòng)的方式傳輸數(shù)據(jù)，抗干擾性強(qiáng)、速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)傳輸，它允許同時(shí)連接32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和32個(gè)接收器，方便地組成一個(gè)小型的網(wǎng)絡(luò)，在測(cè)控領(lǐng)域，應(yīng)用很廣泛。RS-485是一個(gè)電器接口規(guī)范，它規(guī)定了平衡驅(qū)動(dòng)器和接收器的電器特性，而沒(méi)有規(guī)定接插件傳輸電纜和通信協(xié)議 RS-485支持半雙工或全雙工模式網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)

5、，一般采用中斷匹配的總線型結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。最好采用一條總線將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。RS-485最小型信號(hào)由兩條信號(hào)電路線組成，每條連接電路必須要有接地參考點(diǎn)，電纜能支持32個(gè)發(fā)送/接受器對(duì)。為了避免地電流，每個(gè)設(shè)備一定要接地。電纜應(yīng)包括連至每個(gè)設(shè)備電纜地的第3信號(hào)參考線。RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來(lái)檢測(cè)信號(hào)系統(tǒng)，只需檢測(cè)兩線之間的點(diǎn)位差就可以了。但應(yīng)該注意的是收發(fā)器只有在工模電壓不超出一定范圍（-7-12V）的條件下才能正常工作。當(dāng)工模電壓超出此范圍時(shí)，就會(huì)影響通信的

6、可靠性甚至損壞接口。RS-485電器特性如表2-1所示。在總線負(fù)載及阻抗匹配符合技術(shù)要求的前提下，RS-485標(biāo)準(zhǔn)所能達(dá)到的理論最高傳輸速率為10Mbit/s，但是，在該速率下的有效傳輸距離只有10米。，RS-485總線的有效傳輸距離與數(shù)據(jù)傳輸速率相關(guān)。可以用下面經(jīng)驗(yàn)公式表示。 108bit/s·m有效傳輸距離（m）- 數(shù)據(jù)傳輸速率（bit/s）2.2 通信系統(tǒng)及接口電路設(shè)計(jì) 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的是一主從多的總線型連接方式，如圖2-1所示。在總線的末端，加入了兩個(gè)120歐姆的電阻，以實(shí)現(xiàn)通信線路的阻抗匹配，從而消除反射、吸收噪聲。信號(hào)在傳輸線上傳輸使，若總線阻抗不連續(xù)，就會(huì)出現(xiàn)

7、反射現(xiàn)象，影響信號(hào)的有效傳輸。雙絞線的特性阻抗在110歐姆-130歐姆之間，因此，選用120歐姆的電阻作為匹配電阻。 接口電路的設(shè)計(jì) 接口電路的主要任務(wù)是利用RS-485收發(fā)器實(shí)現(xiàn)電器特性轉(zhuǎn)換。RS-485的收發(fā)器種類(lèi)很多，常用的有DS96176、MAX481、MAX483和MAX485。 本設(shè)計(jì)采用MAX483作為收發(fā)器，接口電路如圖2-2所示。MAX483采用5V電壓供電，電源電流為120150微A，在待機(jī)方式下的電流僅為0.1微A。最高數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbit/s。MAX483采用半雙工異步通信方式，用接受器能使信號(hào)和放松器能使信號(hào)DE來(lái)控制通信狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。RE為低，接收器工作，處于

8、接受狀態(tài)；RE為高，發(fā)送器工作，處于發(fā)送狀態(tài)。本設(shè)計(jì)用單片機(jī)P1.0引腳同時(shí)控制RE和DE，當(dāng)P1.0置高，發(fā)送信息，P1.0置低，接受信息。 上位機(jī)和下位機(jī)電路相同，在總線連接時(shí)，上位機(jī)的輸出對(duì)應(yīng)所有下位機(jī)的輸入，下位機(jī)的輸出對(duì)應(yīng)上位機(jī)的輸入。3 燈光控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于燈光系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，為了對(duì)遠(yuǎn)程的燈光進(jìn)行燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的燈光需要進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，需要設(shè)計(jì)一個(gè)上位機(jī)的控制軟件，一個(gè)下位機(jī)的簡(jiǎn)單主控設(shè)備，還有多個(gè)下位機(jī)的控制終端，它們之間可以相互通信，遠(yuǎn)程的燈光系統(tǒng)既可以在上位機(jī)設(shè)計(jì)好的程序控制下自己正常運(yùn)行，也可以再尚未機(jī)認(rèn)為的控制下進(jìn)行一些實(shí)時(shí)的

9、調(diào)整。3.2 系統(tǒng)框圖及功能 圖3-1 控制距離在1000M內(nèi)，系統(tǒng)組成框圖圖3-2 控制距離超過(guò)1000M，系統(tǒng)組成狂3.3 主控制設(shè)備圖4-3 主控制設(shè)備模塊框圖3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖4 下位機(jī)與燈具檢測(cè)模塊軟硬件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)組成及原理由不同的回路對(duì)不同種類(lèi)作不同功能使用的燈進(jìn)行控制。燈光的控制主要由觀察臺(tái)和燈光站完成。從控制對(duì)象上來(lái)說(shuō)，每一個(gè)回路分別由供電系統(tǒng)、恒流調(diào)光器、升壓變壓器、隔離變壓器、燈具及電纜組成。不同回路的舞臺(tái)燈，通過(guò)設(shè)在燈光站控制該回路的一個(gè)調(diào)光器來(lái)控制它們的開(kāi)關(guān)燈和調(diào)光等級(jí)。 調(diào)光系統(tǒng)主要由調(diào)光器、單相變壓器、隔離變壓器和燈具幾個(gè)部分組成。 所有控制系統(tǒng)的組成均可

10、分成為三大部分:一是測(cè)量檢測(cè)部分;二是控制器;三是執(zhí)行部分。調(diào)光系統(tǒng)作為一個(gè)調(diào)整光強(qiáng)系統(tǒng)，也是由以上三部分組成。調(diào)光系統(tǒng)的檢測(cè)功能是由串聯(lián)在燈光回路中的電流互感器來(lái)完成的。控制器核心是一個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)。 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的調(diào)光器是通過(guò)可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)電源電壓的轉(zhuǎn)換。調(diào)光器通過(guò)調(diào)可控硅觸發(fā)角大小，改變調(diào)光器的輸出電壓，進(jìn)而改變串聯(lián)回路電流，從而達(dá)到控制串聯(lián)燈光回路中電流的目的。燈泡連接在隔離變壓器的次級(jí)，使用隔離變壓器是為了當(dāng)線路中的某一燈具出現(xiàn)故障時(shí)，不影響其它燈具的正常工作。燈泡發(fā)光強(qiáng)度與回路中電流IH成正比。改變回路中電流Ih的大小就能調(diào)節(jié)燈泡的亮度。反之，當(dāng)回路電流IH恒定時(shí)，燈泡亮度也將保持

11、恒定。燈光回路電流IH與升壓變壓器初級(jí)端電壓Va成正比例變化。調(diào)光器原理圖如圖4.1所示。 調(diào)光器調(diào)整燈光光強(qiáng)的原理可以從圖中定性地分析。在微機(jī)中預(yù)先設(shè)定好給定的燈光光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，代表燈光光強(qiáng)等級(jí)的電信息經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)整電路去控制可控硅的導(dǎo)通角，由于可控硅導(dǎo)通角的變化，使變壓器輸出電壓的大小也隨之變化，這里，可控硅起到了電信號(hào)功率放大作用。代表光強(qiáng)的電信號(hào)越大，變壓器輸出端輸出的電壓也越大，通過(guò)燈光回路的電流也就越大，燈泡就越亮，光強(qiáng)等級(jí)就高。當(dāng)預(yù)先給定的燈光光強(qiáng)信號(hào)一定時(shí)，燈泡亮度就保持一定。微機(jī)中預(yù)先設(shè)定幾個(gè)光強(qiáng)等級(jí)，燈光回路就能顯示幾個(gè)等級(jí)的光強(qiáng)。 當(dāng)受外界干擾(例如電網(wǎng)電壓的變化、溫度

12、漂移等)時(shí)，燈光回路電流在設(shè)定的信號(hào)不變時(shí)也會(huì)因干擾發(fā)生變化，使燈泡偏離給定的光強(qiáng)，這時(shí)，可以通過(guò)電流負(fù)反饋把燈光回路中電流的變化測(cè)量出來(lái)，分別送入微機(jī)系統(tǒng)中與預(yù)先設(shè)定好的燈光光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)進(jìn)行比較，這時(shí)將會(huì)產(chǎn)生偏差信號(hào)，此偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)可控硅觸發(fā)功率放大器后，促使燈光回路中電流恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，從而使偏差逐漸減小直至為零。也就是說(shuō)，反饋信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的信號(hào)又相等了，輸出的回路電流與要求的電流一致，從而燈泡發(fā)光的光強(qiáng)穩(wěn)定在要求的光強(qiáng)等級(jí)上。 由以上分析可見(jiàn)，調(diào)光系統(tǒng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，能任意調(diào)整燈泡的光強(qiáng)，也就是在給定的燈光強(qiáng)度等級(jí)下，系統(tǒng)具有恒流特性能保持燈泡發(fā)光的光強(qiáng)恒定。圖2.2顯示了系統(tǒng)中

13、在某一燈光強(qiáng)度等級(jí)下的理想電壓和電流的波形圖。4.2 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)需要完成的主要功能包括: 1.完成各燈位中燈泡正常、開(kāi)路、短路、發(fā)暗的檢測(cè)。 2，提供故障警示信息，顯示各調(diào)光回路燈位分布圖及其它相關(guān)信息。 3.存儲(chǔ)故障燈位信息，并支持對(duì)故障燈位信息的查詢(xún)、打印。同時(shí)還需存儲(chǔ)工作操作記錄等。 根據(jù)系統(tǒng)需要完成的功能，可以確定燈光巡檢監(jiān)控系統(tǒng)主要由四部分組成，即主控計(jì)算機(jī)、上位機(jī)、下位機(jī)和燈位檢測(cè)單元。 系統(tǒng)的工作過(guò)程如下: 1.主控計(jì)算機(jī)直接發(fā)命令給下位機(jī)，由上位機(jī)發(fā)布開(kāi)燈、巡檢命令或由燈光站工作人員在接到塔臺(tái)的電話通知后，操作下位機(jī)發(fā)布開(kāi)燈、巡檢命令，命令發(fā)送給對(duì)應(yīng)的下位機(jī)。 2下位機(jī)在

14、接到上位機(jī)的命令后，向指定的調(diào)光器發(fā)送光級(jí)設(shè)定命令。調(diào)光器設(shè)定光級(jí)。 3.回路穩(wěn)定后，燈位檢測(cè)單元檢測(cè)燈具狀態(tài)，將檢測(cè)結(jié)果利用電力線載波分時(shí)傳送給下位機(jī)。 4.下位機(jī)將接收到的信息傳送給上位機(jī)，上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、顯示及存儲(chǔ)。 5.主控計(jì)算機(jī)在必要時(shí)查看上位機(jī)中的燈位巡檢信息。 下面對(duì)各個(gè)組成部分的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹。4.2.1主控計(jì)算機(jī)和上位機(jī)設(shè)計(jì) 主控計(jì)算機(jī)和上位機(jī)硬件都是山計(jì)算機(jī)組成。計(jì)算機(jī)硬件配置:奔騰4, CPU2.8G,512MB內(nèi)存、RS485串口、SAMSUNG SyncMaster793DF顯示器、RS485通信線。 每個(gè)主控計(jì)算機(jī)可以與多個(gè)上位機(jī)通信。 當(dāng)在燈光站上位機(jī)計(jì)算

15、機(jī)控制方式下，燈光站工作人員在接到主控室的開(kāi)燈巡檢命令后，上位機(jī)向下發(fā)布巡檢命令，并顯示、查詢(xún)巡檢結(jié)果;當(dāng)在主控計(jì)算機(jī)控制方式下，由主控計(jì)算機(jī)直接控制上位機(jī)工作。燈光站還具有故障燈位信息查詢(xún)打印的功能。4.2.2下位機(jī)設(shè)計(jì) 下位機(jī)由控制模塊、A1D轉(zhuǎn)換模塊、RS485串口通信模塊等組成。下位機(jī)所要完成的功能有:與上位機(jī)的通信，即通過(guò)串口通信模塊把從上位機(jī)發(fā)送的的巡檢命令信號(hào)處理后，發(fā)送給調(diào)光器執(zhí)行相應(yīng)操作;與燈位檢測(cè)單元通信，即接收燈位檢測(cè)單元發(fā)送的燈位狀態(tài)消息;將燈位檢測(cè)結(jié)果傳送給上位機(jī)。 下位機(jī)的控制模塊是AT89S52單片機(jī)及其外圍驅(qū)動(dòng)電路組成。顧名思義完成下位機(jī)制功能。AT89S52單

16、片機(jī)是低功耗，高性能，采用COMS工藝的8位單片機(jī)。其片內(nèi)具有8KB的可在線編程Flash存儲(chǔ)器。該單片機(jī)采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容;片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器可在線重新編程，或使用通用的非易失性存儲(chǔ)器編程器;通用的8位CPU與在線可編程Flash集成在一塊芯片上，從而使AT89S52功能更加完善，應(yīng)用更加靈活;具有較高的性?xún)r(jià)比，使其在嵌入式控制系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，下位機(jī)和燈位檢測(cè)單元的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上選用了AT89S52作為控制器。 A/D轉(zhuǎn)換模塊選用的是ADC574A, ADC574A是應(yīng)用較廣的12位

17、逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片，可以直接與8位、12位、16位總線的處理器相連。主要的參數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間25微秒，分辨率12位，輸入電壓(雙極性)-5V+5V或-10V+10V。 RS485串口通信模塊由電平轉(zhuǎn)換芯片MAX485及其驅(qū)動(dòng)電路組成。RS485串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中一般都采用該總線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用戶(hù)在開(kāi)發(fā)一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，利用單片機(jī)本身所提供的簡(jiǎn)單串行接口，加上總線驅(qū)動(dòng)器如MAX485等組合成簡(jiǎn)單的RS485通信網(wǎng)絡(luò)。RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps;抗噪聲干擾好;最大

18、傳輸距離實(shí)際上可達(dá)3km; RS485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器等特點(diǎn)。 每一個(gè)上位機(jī)與多個(gè)下位機(jī)通信。每一個(gè)下位機(jī)與一個(gè)調(diào)光器對(duì)應(yīng)，由調(diào)光器負(fù)責(zé)控制一個(gè)回路中的一組燈位檢測(cè)單元，與上位機(jī)的通信利用RS-485總線通過(guò)串口通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而與燈位檢測(cè)單元的通信則利用工頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)。4.2.3燈位檢測(cè)單元設(shè)計(jì) 1.檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 燈位檢測(cè)單元主要有控制模塊、過(guò)零檢測(cè)模塊、可控硅驅(qū)動(dòng)模塊、調(diào)制及隔離變壓器模塊、進(jìn)水檢測(cè)模塊等模塊構(gòu)成。如圖2.4所示。下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)下位機(jī)由AT89S52單片機(jī)模塊、串口通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊等組成，主要完成的功能信號(hào)的解調(diào)和數(shù)據(jù)處理之后上傳給上位機(jī)。實(shí)

19、現(xiàn)與上位機(jī)和故障定位器之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。 燈位檢測(cè)單元也是一個(gè)AT89S52型的單片機(jī)，放置在每一個(gè)隔離變壓器桶內(nèi)，與隔離變壓器配套工作。燈位檢測(cè)單元有兩根輸入線，兩根輸出線，其輸入接隔離變壓器的次級(jí)，輸出接燈泡。燈位檢測(cè)單元與燈泡是并聯(lián)的，所以燈位檢測(cè)單元故障不會(huì)影響燈泡的正常工作。 2.供電電路設(shè)計(jì) 燈位檢測(cè)單元的電源取自隔離變壓器次級(jí)，跟隨燈泡工作狀態(tài)。電源串聯(lián)在燈泡的兩端，每當(dāng)開(kāi)燈以后就會(huì)自動(dòng)建立工作電壓。調(diào)光器對(duì)電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)整電源的交流380V電壓導(dǎo)通角進(jìn)行的，為獲得高電壓，要經(jīng)過(guò)升壓變壓器。經(jīng)過(guò)恒流源輸出到負(fù)載。負(fù)載燈泡正常時(shí)，燈泡兩端的電壓有效值在15級(jí)光變化范圍內(nèi)約6V

20、30V，對(duì)燈位功能的檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)燈位的電壓實(shí)現(xiàn)的。 巡檢單元供電要解決如下幾個(gè)問(wèn)題，供電變壓器從隔離變壓器原邊回路取電(高壓串聯(lián)回路)或是從隔離變壓器副邊回路取電;供電單元是電壓取電方式還是電流取電方式(同燈泡的關(guān)系是與燈泡并聯(lián)還是串聯(lián))。此外電源電路拓?fù)溥x擇，是選擇線性穩(wěn)壓電源電路還是采用開(kāi)關(guān)電源電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓 (1)串聯(lián)回路取電是指巡檢電源供電變壓器串聯(lián)在高壓串聯(lián)回路(隔離變壓器原邊):由于該方法和燈泡供電回路不是一個(gè)回路，因而，當(dāng)燈泡開(kāi)路時(shí)仍可對(duì)燈進(jìn)行檢查。存在問(wèn)題是供電變壓器原邊串在高壓供電回路，巡檢電源供電變壓器原邊一旦開(kāi)路，原供電系統(tǒng)無(wú)法工作. (2)另一種取電方式是從隔離變壓器副

21、邊回路取電。該方法可以避免因巡檢單元故障影響到原供電系統(tǒng)。根據(jù)供電單元同燈泡的物理位置關(guān)系該方法亦有兩種方式:即與燈泡串聯(lián)取電還是并聯(lián)取電。該方法必須解決燈開(kāi)路時(shí)帶來(lái)的功率轉(zhuǎn)移和開(kāi)路過(guò)壓?jiǎn)栴}。 1)巡檢電源供電變壓器與燈泡并聯(lián)取電如圖2.5所示。此種方式實(shí)質(zhì)上是電壓取電方式。供電變壓器與燈并聯(lián)，燈泡不開(kāi)路時(shí)巡檢電源可正常獲得。燈泡開(kāi)路時(shí)，因是恒流回路，如果功率全部由巡檢單元承擔(dān)，將很快損壞巡檢單元。必須加入假負(fù)載回路。燈泡功率最大為150W，全部轉(zhuǎn)移到假負(fù)載上，發(fā)熱問(wèn)題嚴(yán)重。此外燈泡短路時(shí)，巡檢單元無(wú)法獲得工作電源。 2)巡檢電源供電變壓器與燈泡串聯(lián)取電如圖2.6所示。該方法存在的問(wèn)題是當(dāng)燈泡

22、開(kāi)路時(shí)供電變壓器無(wú)法構(gòu)成通路，穩(wěn)壓電源不能獲得。解決辦法是接入開(kāi)路切換回路。由于供電回路為恒流回路，當(dāng)燈開(kāi)路時(shí)，產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)壓，過(guò)壓判定電路將繼電器閉合。巡檢電源供電變壓器仍可獲得電源。同時(shí)巡檢單元也可作出燈泡開(kāi)路的檢驗(yàn)判定.此種方式實(shí)際上是電流取電方式。電流取電方式是可行的。 (3)電源電路拓?fù)溥x擇采用開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓電路的電路如下圖2.7所示: 開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整功率管以開(kāi)關(guān)方式進(jìn)行工作，其效率可以達(dá)到80%以上。開(kāi)關(guān)損耗小。散熱片、濾波電容的容量和體積大為減小。 采用串聯(lián)取電方式LT1961SEPIC變換模塊穩(wěn)壓電路具有開(kāi)關(guān)頻率高，開(kāi)關(guān)功耗小，效率高，裝置體積小的特點(diǎn)h t)。其穩(wěn)壓效果良好，完全

23、滿足巡檢單元對(duì)供電電源的要求。3檢測(cè)原理 主要包括燈泡開(kāi)路檢測(cè)、燈暗檢測(cè)、開(kāi)路檢測(cè)等。下面分別各種功能檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理。(1)燈泡開(kāi)路檢測(cè) 當(dāng)隔離變壓器的初級(jí)流過(guò)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的干路電流時(shí)，次級(jí)有正常負(fù)載時(shí)也流過(guò)一個(gè)穩(wěn)定的電流。而當(dāng)燈泡開(kāi)路時(shí)，則變壓器次級(jí)的負(fù)載電阻等于無(wú)窮大，其電流也隨之急劇減小，電壓升高。檢測(cè)燈泡開(kāi)路利用了該回路的這一特性，當(dāng)次級(jí)電壓升高到一定值時(shí)，采樣電路電壓即可判斷出燈泡斷芯。當(dāng)隔離變壓器的初級(jí)流過(guò)一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的干路電流時(shí)，次級(jí)有正常負(fù)載時(shí)也流過(guò)一個(gè)穩(wěn)定的電流。電流的大小，一方面取決于開(kāi)燈光級(jí)，光級(jí)設(shè)置越低，電流越小。另一方面取決于負(fù)載，負(fù)載電阻越小，電流越大，但在燈泡的新

24、與舊的變化中，電流大小的差別相對(duì)較小，而當(dāng)燈泡開(kāi)路時(shí)，則變壓器次級(jí)的負(fù)載電阻等于無(wú)窮大，其電流也隨之急劇減小。檢測(cè)燈泡開(kāi)路利用了該回路的這一特性，當(dāng)次級(jí)電壓升高到一定值時(shí)，采樣電壓電路即可判斷出燈泡斷芯。(2)燈暗檢測(cè) 燈暗檢測(cè)就是燈電壓的檢測(cè)，燈電壓的檢測(cè)是對(duì)燈泡兩端的電壓進(jìn)行采樣，取燈泡兩端的電壓進(jìn)行比例衰減，而后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。當(dāng)使用1:1的隔離變壓器時(shí)，初級(jí)電流與次級(jí)電流相同。燈泡兩端電壓決定了燈泡的輸出功率大小。燈泡兩端電壓作為判斷燈暗的替代參數(shù)。燈暗有兩種原因:一種是燈泡使用時(shí)間長(zhǎng)而老化。老化所表現(xiàn)出的現(xiàn)象為電阻減小，電壓降低;另一種是燈泡靠絲。靠絲后，相鄰兩圈被短路

25、，電阻減小，兩端的電壓也減小，從而導(dǎo)致功率減小，燈泡發(fā)暗。（3）短路檢測(cè)：用萬(wàn)用表 R × 10 或 R × 100 ，將兩表筆分別接在一相與零線N之間，正常情況萬(wàn)用表指針此時(shí)應(yīng)指在“”位置，若萬(wàn)用表指示數(shù)值較小，說(shuō)明鎮(zhèn)流器燒毀或線路短路、線路擊穿。 對(duì)于線路短路，可采過(guò)電流保護(hù)。過(guò)電流保護(hù)（over current protectiON）就是當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過(guò)被保護(hù)原件中的電流超過(guò)預(yù)先整定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，保護(hù)裝置啟動(dòng)，并用時(shí)限保證動(dòng)作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報(bào)警信號(hào)。電網(wǎng)中發(fā)生相間短路故障或者非正常負(fù)載增加，絕緣等級(jí)下降等情況下

26、，電流會(huì)突然增大，電壓突然下降，過(guò)流保護(hù)就是按線路選擇性的要求，整定電流繼電器的動(dòng)作電流的。當(dāng)線路中故障電流達(dá)到電流繼電器的動(dòng)作值時(shí)，電流繼電器動(dòng)作按保護(hù)裝置選擇性的要求，有選擇性的切斷故障線路，通過(guò)其觸點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過(guò)預(yù)定的延時(shí)后，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)閉合，將斷路器跳閘線圈接通，斷路器跳閘，故障線路被切除，同時(shí)啟動(dòng)了信號(hào)繼電器，信號(hào)牌掉下，并接通燈光或音響信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過(guò)載或者控制電路失效等意外情況時(shí)，會(huì)引起流過(guò)穩(wěn)壓器中開(kāi)關(guān)三極管的電流過(guò)大，使管子功耗增大，發(fā)熱，若沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置，大功率開(kāi)關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中過(guò)電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的方法是用保險(xiǎn)絲。由于晶

27、體管的熱容量小，普通保險(xiǎn)絲一般不能起到保護(hù)作用，常用的是快速熔斷保險(xiǎn)絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)，但是，需要根據(jù)具體開(kāi)關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來(lái)選擇保險(xiǎn)絲的規(guī)格。這種過(guò)流保護(hù)措施的缺點(diǎn)是帶來(lái)經(jīng)常更換保險(xiǎn)絲的不便。在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護(hù)和電流截止保護(hù)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中均能應(yīng)用。但是，根據(jù)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn)，這種保護(hù)電路的輸出不能直接控制開(kāi)關(guān)三極管，而必須使過(guò)電流保護(hù)的輸出轉(zhuǎn)換為脈沖指令，去控制調(diào)制器以保護(hù)開(kāi)關(guān)三極管。為了實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中，這會(huì)影響電源的效率，因此多用于小功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的場(chǎng)合。而在大功率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。因此，通

28、常將過(guò)電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過(guò)、欠電壓保護(hù)。24.淺談各類(lèi)過(guò)電流保護(hù) 繼電保護(hù)的過(guò)電流保護(hù)是一個(gè)十分重要的內(nèi)容，它應(yīng)用于線路、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電容組等的保護(hù)，設(shè)計(jì)到短路、過(guò)載。故障接地等方面。按照過(guò)電流保護(hù)的工作原理來(lái)，過(guò)電流保護(hù)有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。1 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù) 4.3 軟件設(shè)計(jì) 軟件包括下位機(jī)的解調(diào)程序和檢測(cè)單元的調(diào)制、故障定位程序。它們主要是以查詢(xún)方式講行。 如圖4.8所示，下位機(jī)過(guò)零檢測(cè)電路實(shí)時(shí)檢測(cè)正過(guò)零點(diǎn)，后信號(hào)經(jīng)P3.3通道向單片機(jī)請(qǐng)求中斷，而后執(zhí)行中斷程序，調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)1ms后選通A/D轉(zhuǎn)換器的I/O通道，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，將反饋電壓值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單片機(jī)經(jīng)P1

29、.5通道讀取轉(zhuǎn)換值。 下位機(jī)檢測(cè)到調(diào)光器回路的電壓經(jīng)電壓互感器采樣后，進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路被分為兩路，一路進(jìn)入過(guò)零檢測(cè)電路，經(jīng)過(guò)零檢測(cè)比較器產(chǎn)生電壓過(guò)零中斷信號(hào)輸入上位機(jī)的單片機(jī);另一路信號(hào)經(jīng)差分放大器處理輸入AD574進(jìn)行模數(shù)變換。過(guò)零中斷響應(yīng)啟動(dòng)AD574進(jìn)行采樣，AD574有兩種采樣精度可以選擇分別是8位和12位其中8位變換需時(shí)16us.當(dāng)燈光等級(jí)變換一次后，過(guò)零點(diǎn)單片機(jī)開(kāi)始響應(yīng)采樣，每個(gè)周期20ms內(nèi)采樣40次，采樣間隔為O.5ms，之后將采樣數(shù)據(jù)分別存放在固定地址內(nèi)，以便于查找和比較。等待下一周期采樣后，將采樣數(shù)據(jù)與相應(yīng)點(diǎn)的第一次采樣存放在固定地址內(nèi)的數(shù)據(jù)作差處理，若有多于4個(gè)差值大于等

30、于調(diào)制信號(hào)幅度時(shí)，認(rèn)為有調(diào)制信息為“I”，否則為“0”信息。程序流程如圖4.9所示。 檢測(cè)單元調(diào)制程序 過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)到正過(guò)零點(diǎn)后信號(hào)經(jīng)P3.'7通道送入單片機(jī)，由定時(shí)器控制P1.0和P1.2發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)可控硅的開(kāi)關(guān)。將調(diào)制信號(hào)加載到電壓上，使電壓輸出產(chǎn)生畸變。檢測(cè)單元故障定位程序 參考本章圖2.4所示，查詢(xún)過(guò)零信號(hào)P3.7判斷是否為正過(guò)零，正過(guò)零后開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，在一個(gè)周期50ms內(nèi)采樣10次，每次時(shí)間間隔為10ms后將采樣結(jié)果存放在寄存器中。算出10個(gè)數(shù)據(jù)的平均值與66H中的設(shè)定值比較，若比較結(jié)果大于等于設(shè)定的電5 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)5.1 下位機(jī)與燈位檢測(cè)單元通信下位機(jī)與燈位檢測(cè)單

31、元之間的通信是利用工頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，這是巡檢監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。其基本原理是，發(fā)送方在50Hz工頻電壓或電流過(guò)零點(diǎn)附近（20°30°）的很窄的區(qū)間內(nèi)調(diào)制信號(hào)，使工頻電壓波形產(chǎn)生微弱的畸變表示信號(hào)，位于遠(yuǎn)方采集接收模塊檢測(cè)這個(gè)電壓波形的畸變，還原接收其所代表的信息位。下位機(jī)進(jìn)行信號(hào)的解調(diào)即接收到燈位檢測(cè)單元傳送的數(shù)據(jù)后，將有故障的燈位信息傳送給上位機(jī)。5.2 上位機(jī)與下位機(jī)的通信設(shè)計(jì) 因?yàn)樯衔粰C(jī)需要與多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行通信，所以利用RS-485串行標(biāo)準(zhǔn)采用總線型主從方式進(jìn)行通信。所謂主從式，即在數(shù)個(gè)單片機(jī)中，有一個(gè)是主機(jī)，其余的為從機(jī)，從機(jī)要服從主機(jī)的調(diào)度、支配。本系統(tǒng)中

32、上位機(jī)設(shè)定為主機(jī)，其它的下位機(jī)為從機(jī)。顯然，如何實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與多個(gè)單片機(jī)的通信是問(wèn)題的難點(diǎn)和關(guān)鍵。 8051系列單片機(jī)串行口的不同尋常的特征是包括第九位方式9。這允許在串行口通信增加的第九位用于標(biāo)志特殊字節(jié)的接收。對(duì)于簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)，第九位方案允許接收單片機(jī)僅當(dāng)字節(jié)具有一個(gè)第九位時(shí)才能被中斷。利用這種方法，發(fā)送端可以廣播一個(gè)字節(jié)讓第九位為高，該字節(jié)內(nèi)容為接收端地址，令每個(gè)接收者檢查該地址，若與自己地址相同，則該節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行后面的交互，而其余的節(jié)點(diǎn)則繼續(xù)處于接收地址狀態(tài)。從而發(fā)送端就可以與指定的接收端進(jìn)行交互通信它們發(fā)送消息時(shí)令第九位為低，而不會(huì)打擾其它處于接收狀態(tài)的單片機(jī)，因?yàn)槠渌鼏纹瑱C(jī)只有當(dāng)?shù)诰盼粸?/p>

33、高時(shí)才接收消息。可以利用此方式來(lái)實(shí)現(xiàn)管理計(jì)算機(jī)與多個(gè)下位機(jī)之間的通信。 上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)送巡檢命令時(shí)，需令發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)為1，這樣不會(huì)影響到無(wú)關(guān)的下位機(jī)。PC機(jī)的串行通信接口是以接口芯片8250為核心部件組成的。8250本身并不具備8051系列單片機(jī)的多機(jī)通信功能，也不能產(chǎn)生TB8(即發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位)，但可以靈活地使用8250，通過(guò)軟件的辦法，使其滿足8051單片機(jī)通信的要求。可以發(fā)送幾種字長(zhǎng)，其中一幀最長(zhǎng)為11位，與8051發(fā)送的幀格式相比，差別僅在第9位，即PC機(jī)的8250發(fā)送的第9位是奇偶校驗(yàn)位，而不是相應(yīng)的地址數(shù)據(jù)標(biāo)志，采用軟件編程的方法可以使8250的奇偶位形成正確的地址數(shù)據(jù)標(biāo)志

34、。8051單片機(jī)多機(jī)通信的典型數(shù)據(jù)幀格式如圖所示。其中，TBS是可編程位，通過(guò)使其為0或1為而將數(shù)據(jù)幀和地址幀區(qū)別開(kāi)來(lái)。而8250可發(fā)送11位數(shù)據(jù)幀，這11位數(shù)據(jù)幀由1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和位停止位組成。 比較以上兩種數(shù)據(jù)格式可以看出它們的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度相同，不同的僅在于奇偶校驗(yàn)位和TB8。所以可以通過(guò)軟件的方法設(shè)置MSComm控件的Setings屬性，控制8250的奇偶校驗(yàn)位，實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。上位機(jī)發(fā)送的開(kāi)燈巡檢命令包括下位機(jī)地址和燈光等級(jí)。命令中包括要求開(kāi)燈的亮度等級(jí)，共5級(jí)，如算上關(guān)燈命令則為6級(jí)，利用每一位表示一個(gè)光級(jí)。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送消息的格式如圖所示。 下位機(jī)上傳數(shù)據(jù)給上位機(jī)時(shí)，消息中包括燈位地址、下位機(jī)地址和燈位狀態(tài)三個(gè)字段。格式如圖所示，發(fā)送消息時(shí)逐個(gè)字節(jié)發(fā)送。燈位狀態(tài)的含義與表所示相同。燈位地址（8bits）主控單元地址（8bits）燈位狀態(tài)（4bits）低4位未使用 下位機(jī)傳送信息時(shí)，只需逐個(gè)傳送故障燈位的數(shù)據(jù)，這樣可以減少數(shù)據(jù)傳輸量。當(dāng)一個(gè)下位機(jī)對(duì)應(yīng)的所有燈位檢測(cè)單元都沒(méi)有故障時(shí)，規(guī)定下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送的燈位地址字段寫(xiě)為Oxff.這樣上位機(jī)就可以確