電器開關無線監控系統設計研究

黃志強

(浙江開關廠有限公司，浙江 衢州 324000)

電器開關無線監控系統設計研究

黃志強

(浙江開關廠有限公司，浙江 衢州 324000)

概述了電器開關無線監控系統的幾種監控方式，闡述了電器開關無線監控系統的總體設計方案，并對其硬件設計與軟件設計進行了詳細探討。

電器開關；無線監控系統；設計

0 引言

隨著計算機網絡通信技術的廣泛應用，電器開關控制已逐漸向自動化、智能化方向發展。電器開關無線監控系統在電器產品中的應用，能有效實現對電器的遠程控制，且能對電器產品實施多種方式的監控，這對電器產品使用性能的提升具有積極作用。本文主要對電器開關無線監控系統的設計進行研究。

1 電器開關無線監控系統的幾種監控方式

本次研究中的電器開關無線監控系統的硬件設備與上位機之間的通信接口應用的是USB連接，不僅可以實現硬件設備的即插即用，還能為相關設備提供穩定的電源，系統不需要外置電池。該系統運行過程中的控制平臺是計算機，其能夠有效利用計算機中豐富的硬件資源，對電器產品進行靈活的控制。該系統還應用了時分技術與跳頻技術，能夠有效避免無線傳輸過程中出現的同頻干擾，對于系統穩定性的提升具有積極的作用。該系統的監控方式主要有以下幾種：

(1) 遠程網絡開關監控。借助于計算機網絡，實現電器開關的遠程終端控制，并且能夠顯示開關的通斷狀態，遠程終端的用戶能夠對開關的運行狀態進行實時監控。

(2) 遙控開關監控。應用本地計算機對電器開關進行集中控制，各個開關的實際運行狀態能夠在計算機界面上進行實時顯示，在一些大型企業中，要想對所有電器的開關狀態進行集中檢查，只需在本地計算機上即可完成，非常方便。

(3) 手動開關監控。這種控制模式與我們傳統的開關控制形式相同，其對電器的開關狀態進行手動控制，可通過開關指示燈了解到電器的開關狀態。

2 電器開關無線監控系統總體設計方案

電器開關無線監控系統的主要組成部分包括從設備、主控制設備、遠程網絡終端、本地計算機，其框架結構如圖1所示。

圖1 電器開關無線監控系統框架圖

對圖1中各個部分的主要功能進行分析，從設備的主要功能是狀態信息的采集、電器電源開關的控制，其所采集到的狀態信息會通過主控制設備返回給上位機。遠程網絡終端及本地計算機的上位機中應用程序的主要功能是響應用戶的控制指令，并將其傳給主控制設備，遠程網絡終端會控制相應的從設備做出與之相對應的響應。主控制設備與多個從設備之間的通信方式是無線雙向傳輸，從而有效減少了安裝布線的麻煩。基于nRF24L01射頻收發器件的2.4 GHz無線傳輸、ZigBee技術、藍牙技術是電器開關無線監控系統中常用的無線傳輸方式，在實際應用中，每個受控的電器上都需要安裝一個無線監控系統，因此，在考慮應用性能的基礎上，綜合考慮無線傳輸方式的經濟性及方便性是非常必要的。在此基礎上，本次研究應用了基于PT2272/PT2262的無線傳輸方式，為了克服系統運行過程中的干擾問題，應用了分時技術與跳頻技術。

3 電器開關無線監控系統的硬件設計

硬件電路的主要組成部分是主控制設備與多個從設備，每臺電器都由一個從設備進行監測與控制。主控制設備在與上位機連接通信的過程中，采用USB接口，其在接收到上位機的控制指令之后，會對相關信息進行相應的處理，之后應用無線傳輸方式將信息傳輸給相關的從設備；另一方面，主控制設備要接收來自從設備的反饋信息，從設備在接收到相關的控制指令之后會做出相應的響應，如返回電器狀態信息、改變電器電源通斷狀態等。

首先對系統中主控制設備電路的設計進行分析，其主要由無線發射模塊、無線接收模塊、USB接口電路、控制電路等組成，其中無線收發模塊的主要功能是實現主控制設備與從設備之間的數據交互，USB接口電路的主要作用是實現主控制設備與上位機之間的通信，而控制電路的主要功能是實現各個模塊的有效控制。本系統中主控制設備應用的控制芯片是ATMEL公司的8位微處理器AT89S52。

其次對從設備電路的硬件設計進行分析，其主要組成部分有無線收發模塊、控制模塊、繼電器電路、電源轉換電路等，控制模塊的主要功能是根據手動開關及無線接收模塊的控制信號來對繼電器電路的通斷狀態進行控制，從而有效實現對電器電源的控制；無線收發模塊分別應用于接收主控制設備的控制信號及電器狀態信息的返回工作中。從設備無線收發模塊的電路設計類似于主控制設備，在從設備接收控制信號的工作主要由PT2262來完成，并將其通過D0與D1引腳輸出，如運行過程中D1引腳電平出現變化，表示需要返回電器開關狀態；如果D0引腳的電平出現變化，表示需要改變電器的開關狀態。

本系統主要有3種監控方式，在實際的應用中，為了有效實現這幾種監控方式的獨立性，在設計從設備電路的過程中，其控制模塊采用74LS86組成異或電路，在這種控制方式下，不管輸入端的無線控制信號變化還是手動開關控制信號出現改變，輸出端信號都會出現相關的變化，從而實現電器電源的通斷控制，使得電器開關的軟件控制與手動控制模式互不干涉。

4 電器開關無線監控系統的軟件設計

該電器開關無線監控系統的軟件設計工作中，主要設計內容有單片機AT89S52固件程序的設計、上位機應用程序的設計。設計單片機AT89S52固件程序時，需要實現PDIUSBD12的有效控制，使其能夠很好地響應計算機請求，以便其能實現與計算機的USB通信。單片機固件程序是應用Keil C51來開發實現，USB通信信道的建立以及相關數據的交互主要通過中斷處理程序來實現，相關程序需要對PC主機請求中斷的類型進行判斷，以便做出不同的響應。上位機應用程序的設計是為了給用戶提供本地客戶端與遠程客戶端的電器監控界面，并實現相關后臺數據的有效處理。上位機軟件的設計主要涉及遠程客戶端與本地客戶端2部分，其分別應用于遠程網絡終端平臺及本地計算機上，編程過程主要是通過VC來實現。

5 結語

電器開關無線監控系統應用于電器產品的控制工作中，對于其控制自動化及智能化水平的提升具有非常重要的作用。本文主要對一種電器開關無線監控系統的總體結構及硬件設計、軟件設計進行了簡要分析，該系統能夠有效地實現多種方式的電器開關控制，并能對其實施實時監控，使得電器產品的控制效率有效提升。

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2014-06-19

黃志強(1965—)，男，浙江江山人，工程師，研究方向：電器開關。