电器开关无线监控系统设计研究

黄志强

(浙江开关厂有限公司，浙江 衢州 324000)

电器开关无线监控系统设计研究

黄志强

(浙江开关厂有限公司，浙江 衢州 324000)

概述了电器开关无线监控系统的几种监控方式，阐述了电器开关无线监控系统的总体设计方案，并对其硬件设计与软件设计进行了详细探讨。

电器开关；无线监控系统；设计

0 引言

随着计算机网络通信技术的广泛应用，电器开关控制已逐渐向自动化、智能化方向发展。电器开关无线监控系统在电器产品中的应用，能有效实现对电器的远程控制，且能对电器产品实施多种方式的监控，这对电器产品使用性能的提升具有积极作用。本文主要对电器开关无线监控系统的设计进行研究。

1 电器开关无线监控系统的几种监控方式

本次研究中的电器开关无线监控系统的硬件设备与上位机之间的通信接口应用的是USB连接，不仅可以实现硬件设备的即插即用，还能为相关设备提供稳定的电源，系统不需要外置电池。该系统运行过程中的控制平台是计算机，其能够有效利用计算机中丰富的硬件资源，对电器产品进行灵活的控制。该系统还应用了时分技术与跳频技术，能够有效避免无线传输过程中出现的同频干扰，对于系统稳定性的提升具有积极的作用。该系统的监控方式主要有以下几种：

(1) 远程网络开关监控。借助于计算机网络，实现电器开关的远程终端控制，并且能够显示开关的通断状态，远程终端的用户能够对开关的运行状态进行实时监控。

(2) 遥控开关监控。应用本地计算机对电器开关进行集中控制，各个开关的实际运行状态能够在计算机界面上进行实时显示，在一些大型企业中，要想对所有电器的开关状态进行集中检查，只需在本地计算机上即可完成，非常方便。

(3) 手动开关监控。这种控制模式与我们传统的开关控制形式相同，其对电器的开关状态进行手动控制，可通过开关指示灯了解到电器的开关状态。

2 电器开关无线监控系统总体设计方案

电器开关无线监控系统的主要组成部分包括从设备、主控制设备、远程网络终端、本地计算机，其框架结构如图1所示。

图1 电器开关无线监控系统框架图

对图1中各个部分的主要功能进行分析，从设备的主要功能是状态信息的采集、电器电源开关的控制，其所采集到的状态信息会通过主控制设备返回给上位机。远程网络终端及本地计算机的上位机中应用程序的主要功能是响应用户的控制指令，并将其传给主控制设备，远程网络终端会控制相应的从设备做出与之相对应的响应。主控制设备与多个从设备之间的通信方式是无线双向传输，从而有效减少了安装布线的麻烦。基于nRF24L01射频收发器件的2.4 GHz无线传输、ZigBee技术、蓝牙技术是电器开关无线监控系统中常用的无线传输方式，在实际应用中，每个受控的电器上都需要安装一个无线监控系统，因此，在考虑应用性能的基础上，综合考虑无线传输方式的经济性及方便性是非常必要的。在此基础上，本次研究应用了基于PT2272/PT2262的无线传输方式，为了克服系统运行过程中的干扰问题，应用了分时技术与跳频技术。

3 电器开关无线监控系统的硬件设计

硬件电路的主要组成部分是主控制设备与多个从设备，每台电器都由一个从设备进行监测与控制。主控制设备在与上位机连接通信的过程中，采用USB接口，其在接收到上位机的控制指令之后，会对相关信息进行相应的处理，之后应用无线传输方式将信息传输给相关的从设备；另一方面，主控制设备要接收来自从设备的反馈信息，从设备在接收到相关的控制指令之后会做出相应的响应，如返回电器状态信息、改变电器电源通断状态等。

首先对系统中主控制设备电路的设计进行分析，其主要由无线发射模块、无线接收模块、USB接口电路、控制电路等组成，其中无线收发模块的主要功能是实现主控制设备与从设备之间的数据交互，USB接口电路的主要作用是实现主控制设备与上位机之间的通信，而控制电路的主要功能是实现各个模块的有效控制。本系统中主控制设备应用的控制芯片是ATMEL公司的8位微处理器AT89S52。

其次对从设备电路的硬件设计进行分析，其主要组成部分有无线收发模块、控制模块、继电器电路、电源转换电路等，控制模块的主要功能是根据手动开关及无线接收模块的控制信号来对继电器电路的通断状态进行控制，从而有效实现对电器电源的控制；无线收发模块分别应用于接收主控制设备的控制信号及电器状态信息的返回工作中。从设备无线收发模块的电路设计类似于主控制设备，在从设备接收控制信号的工作主要由PT2262来完成，并将其通过D0与D1引脚输出，如运行过程中D1引脚电平出现变化，表示需要返回电器开关状态；如果D0引脚的电平出现变化，表示需要改变电器的开关状态。

本系统主要有3种监控方式，在实际的应用中，为了有效实现这几种监控方式的独立性，在设计从设备电路的过程中，其控制模块采用74LS86组成异或电路，在这种控制方式下，不管输入端的无线控制信号变化还是手动开关控制信号出现改变，输出端信号都会出现相关的变化，从而实现电器电源的通断控制，使得电器开关的软件控制与手动控制模式互不干涉。

4 电器开关无线监控系统的软件设计

该电器开关无线监控系统的软件设计工作中，主要设计内容有单片机AT89S52固件程序的设计、上位机应用程序的设计。设计单片机AT89S52固件程序时，需要实现PDIUSBD12的有效控制，使其能够很好地响应计算机请求，以便其能实现与计算机的USB通信。单片机固件程序是应用Keil C51来开发实现，USB通信信道的建立以及相关数据的交互主要通过中断处理程序来实现，相关程序需要对PC主机请求中断的类型进行判断，以便做出不同的响应。上位机应用程序的设计是为了给用户提供本地客户端与远程客户端的电器监控界面，并实现相关后台数据的有效处理。上位机软件的设计主要涉及远程客户端与本地客户端2部分，其分别应用于远程网络终端平台及本地计算机上，编程过程主要是通过VC来实现。

5 结语

电器开关无线监控系统应用于电器产品的控制工作中，对于其控制自动化及智能化水平的提升具有非常重要的作用。本文主要对一种电器开关无线监控系统的总体结构及硬件设计、软件设计进行了简要分析，该系统能够有效地实现多种方式的电器开关控制，并能对其实施实时监控，使得电器产品的控制效率有效提升。

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2014-06-19

黄志强(1965—)，男，浙江江山人，工程师，研究方向：电器开关。