2 電力線通信誘導通風控制器硬件設計
    2．1 誘導通風控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖
    電力線通信誘導控制器硬件結(jié)構(gòu)分為煙霧檢測,、CO檢測、電力線載波通信,、誘導風機控制,、電源單元、時鐘單元,、存儲單元,、看門狗復位及鍵盤顯示等功能單元，如圖2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)設定及時鐘校準,，顯示單元可以指示用戶參數(shù)設定過程,，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,。

     由于誘導通風控制系統(tǒng)工作環(huán)境(如車庫)內(nèi)供氧不充分，如果發(fā)現(xiàn)火災,，在火災初期為陰燃狀態(tài),，若此時開啟誘導風機,，會助燃為明火，因此控制器有必要進行煙霧檢測(檢測陰燃狀態(tài)),，避免誘導風機誤動作造成重大損失,，在檢測到火災險情時發(fā)出聲光報警，并停止所有風機,。C0檢測用于衡定區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量狀況,，檢測到CO超標時開啟誘導風機工作，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)境復雜,、工作過程無人值守,，看門狗復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。
    2．2 誘導通風控制器硬件電路圖
    誘導通風控制處理器采用32位ARM微控制器LPC2200,，該處理器基于ARM7TDMI-S體系結(jié)構(gòu),，處理器時鐘頻率高達60 MHz，片內(nèi)集成高速Fl-ash存儲器及豐富的外設部件(如外部中斷,、A／D轉(zhuǎn)換,、LCD控制器等)；處理器自帶的10位A／D轉(zhuǎn)換,，可以保證C0檢測,、煙霧檢測中數(shù)據(jù)采集的需要；處理器自帶看門狗寄存器,，在運行中如果沒有周期性的重裝,，寄存器溢出時將產(chǎn)生內(nèi)部復位。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I2C接口,，可方便地掛接在LPC2200的I2C接口上,，芯片內(nèi)部具有年、月,、日,、時、分,、秒寄存器,，可以滿足誘導風機定時、延時啟／?？刂?、CO及煙霧的定時檢測要求，電力線通信誘導通風控制器電路圖如圖3所示,。其中CAT24WC02是串行EEPRO-M,，SP708S是微處理器監(jiān)控器件。

   電力線載波通信采用電力線專用半雙工異步調(diào)制解調(diào)器PL2102,。如圖3所示,，芯片在使用中需要加入必要外圍電路。外圍電路主要包括發(fā)送功率放大電路,、濾波整形電路,、載波耦合電路、濾波接收電路,。功率放大電路將PL2102輸出的載波調(diào)制信號進行功率放大并濾掉信號中的噪聲和偽信號,。接收濾波及功率放大電路如圖4所示，輸出信號PSK_OUT經(jīng)Q1,、Q2,、Q3、Q4組成的功率放大電路后,，通過C1,、L2濾波整型后加到耦合線圈上，通過耦合線圈發(fā)送到電力線,。接收電路中D1用于箝位,，防止過大浪涌電流，C2,、C3和L1構(gòu)成并聯(lián)諧振,，具有對120 kHz信號選頻作用，提高接收信號的靈敏度,。

    煙霧檢測信號放大電路如圖5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，通過PO．6口開啟紅外線發(fā)射管,。如果沒有發(fā)生火災險情(無煙霧),，紅外光不能到達紅外接收管；當出現(xiàn)火災險情(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入紅外接收管,，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)TLC27L2兩級放大后送入到LPC2200進行A／D轉(zhuǎn)換,，控制器通過A／D轉(zhuǎn)換值的大小來判斷是否需要進行火災聲光報警及關(guān)斷風機操作,。

    C0檢測采用電化學元件ME3-CO，該元件得到與C0氣體濃度成正比的微弱電流信號,，該信號必須進行放大后才能進行A／D轉(zhuǎn)換,，信號調(diào)理電路如圖6所示。調(diào)理電路運算放大器采用AD8572,，其中UA,、R5～R7、C1構(gòu)成恒定電位電路,，使得C,、R兩極及與W極之間電位保持一定；UB,、R1～R4,、C2構(gòu)成信號放大電路，用來檢測CO傳感器中氣體電解時產(chǎn)生的電流,，把傳感器的微弱信號加以放大,，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,。放大后的檢測信號輸入到LPC2200進行A／D轉(zhuǎn)換,，控制器通過A／D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,。
    3 電力線通信誘導通風控制器軟件
    3．1 控制器誘導風機控制流程
    控制器在上電后,，首先要對相關(guān)軟件模塊進行初始化，包括時鐘芯片,、LCD顯示,、A／D轉(zhuǎn)換、外部中斷,、看門狗復位等,；初始化完成后，進行相關(guān)參數(shù)設定,，并將參數(shù)寫入到I2C存儲器中加以保存,，需要設定的參數(shù)如表1所列。

    控制器對煙霧及C0進行檢測,，若煙霧檢測值超過了預設值(煙霧閾值通過實驗標定后固定在程序中),，控制器發(fā)出聲光報警，并設置火警標志位,，由主控制器停止所有風機,，從“火警狀態(tài)”中恢復過來的延時長短由“火警后系統(tǒng)重啟延時”參數(shù)決定。主控制器間隔5s查詢各從控制器工作狀態(tài),，當檢測到某區(qū)域發(fā)生火災,，控制停止所有風機,，從控制器修改當前工作狀態(tài)?？刂破鲗φT導風機的程序控制流程如圖7所示,。控制器在工作中顯示風機當前狀態(tài),、煙霧及CO檢測值、是否出現(xiàn)火災,、是否CO超標,、系統(tǒng)工作狀態(tài)(各主要部件工作狀態(tài)，如時鐘芯片操作,、A／D轉(zhuǎn)換,、通信)等信息。

    3．2 電力線載波通信程序流程
    系統(tǒng)中主控制器與從控制器之間采用主／從通信,，通信過程由主控制器發(fā)起,，主控制器發(fā)送報分為“狀態(tài)查詢報”、“控制報”,，從控制器接收到主控制器數(shù)據(jù)報后,，需回以應答報?？紤]軟件設計的方便,，發(fā)送報和應答報采用相同的報文格式，報文格式如下所示：

   報文格式中,，40個“1”用于使接收端與發(fā)送端偽碼隨機碼產(chǎn)生同步,，幀頭序列固定為0x09AF；源地址為發(fā)送數(shù)據(jù)報節(jié)點地址,，目標地址是該數(shù)據(jù)報需要送達的節(jié)點地址,；數(shù)據(jù)為該數(shù)據(jù)報所要傳輸?shù)男畔ⅲ糽字節(jié),，高4位為報類型,，低4位為數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)域格式如表2所列,；CRC16為源地址,、目標地址、數(shù)據(jù)的CRC校驗值,。

    載波通信程序采用中斷方式,，分發(fā)送和接收兩部分，中斷信號由PL2102同步脈沖輸出引腳(HEAD)產(chǎn)生,，載波通信接收,、發(fā)送程序如圖8所示,。

    結(jié)語
    基于電力線通信的誘導通風控制系統(tǒng)，硬件設計上采用專用電力線載波通信芯片,，信號發(fā)送和接收分別應用了功率放大及接收濾波電路,，軟件上采用了數(shù)據(jù)校驗CRC16，保證通信的可靠性,。該設計方案具有系統(tǒng)構(gòu)建簡單,、成本低、調(diào)試維護方便的優(yōu)點,。