CN202563778U

CN202563778U - 一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统

Info

Publication number: CN202563778U
Application number: CN2012202229810U
Authority: CN
Inventors: 陈林珊; 李宏
Original assignee: Ningbo University
Current assignee: Ningbo University
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于包括服务器、PC机、主控制器、多个从控制器和多个实验台，所述的服务器与所述的PC机连接，所述的PC机与所述的主控制器连接，所述的从控制器与实验台连接，所述的主控制器与所述的从控制器之间通过载波电力线连接，其优点是电力线通信技术、网络、微控制器相结合，即以电力线为物理媒介，把分布在实验室各个角落的微控制器和实验台PC机连成一个网络，其电力线和信号线合一，无须布设信号线，也就克服了实验室复杂的设备摆放阻碍无线信号传播的缺点。

Description

一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种实验室管理系统，尤其是涉及一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统。

背景技术

实验是大学理工科教学的一个重要环节，它集实践性、综合性、工程性为一体，着重培养学生学以致用，分析问题，解决问题的能力。同时也能在实验中检验课本所学理论定理的正确性，加深理解。可以说缺少了实验的支持，工科领域的科研活动就无法进行。实验室正是高等院校开展人才培养、科学研究，让学生们学以致用的重要教学资源，不仅可以培养学生动手能力和分析问题、解决问题的能力，而且能培养学生的科学精神和创新思维。但是，现有的实验室管理系统虽然已初步实现开放性，通用性，全自动化，无需他人看管的功能，但是基本都是通过无线射频模块来实现通信功能的，然而用无线通信存在着很多缺陷，首先，用无线来通信价格相对较高，同时，实验室是个环境相对较复杂的地方，实验设备众多，摆放不一定时刻保持整齐，这样一来势必影响无线信号的发送和接收，阻碍实时通信与和各个控制模块对下一级的控制功能。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于包括服务器、PC机、主控制器、多个从控制器和多个实验台，所述的服务器与所述的PC机连接，所述的PC机与所述的主控制器连接，所述的从控制器与实验台连接，所述的主控制器与所述的从控制器之间通过载波电力线连接。

所述的主控制器包括型号为LPC2132的第一芯片、第一电源模块、接口模块、第一电力线载波模块和第一电力线载波驱动电路，所述的第一电源模块与第一芯片连接，所述的第一芯片通过接口模块与PC机连接，第一芯片通过第一电力线载波模块与所述的第一电力线载波驱动电路连接。

所述的从控制器包括型号为ST12C5410AD的第二芯片、第二电源模块、第二电力线载波模块、第二电力线载波驱动电路、电源监控电路和电流保护电路，所述的第二电源模块与第二芯片连接，所述的第二芯片通过第二电力线载波模块与第二电力线载波驱动电路连接，所述的第二芯片通过电源监控电路与实验台电源连接，所述的第二芯片通过过流保护电路与实验台电源连接。

所述的接口模块包括型号为FT245BM的第三芯片和外围电路。

所述的第一电力线载波模块和第二电力线载波模块的结构相同，所述的第一电力线载波模块包括型号为BWP08的第四芯片和外围电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于电力线通信技术、网络、微控制器相结合，即以电力线为物理媒介，把分布在实验室各个角落的微控制器和实验台PC机连成一个网络，其电力线和信号线合一，无须布设信号线，也就克服了实验室复杂的设备摆放阻碍无线信号传播的缺点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的主控制器和从控制器的结构框图；

图3为本实用新型的第二芯片及外围电路原理图；

图4为本实用新型的电源电路原理图；

图5本实用新型的电力线载波模块的电路图；

图6为本实用新型的过流保护电路原理图；

图7为本实用新型的电源监控电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，包括服务器1、PC机2、主控制器3、多个从控制器4和多个实验台5，服务器1与PC机2连接，PC机2与主控制器3连接，从控制器4与实验台5连接，主控制器3与从控制器4之间通过载波电力线连接。

主控制器3包括型号为LPC2132的第一芯片6、第一电源模块7、接口模块8、第一电力线载波模块9和第一电力线载波驱动电路10，第一电源模块7与第一芯片6连接，第一芯片6通过接口模块8与PC机2连接，第一芯片6通过第一电力线载波模块9与第一电力线载波驱动电路10连接。

从控制器4包括型号为ST12C5410AD的第二芯片11、第二电源模块12、第二电力线载波模块13、第二电力线载波驱动电路14、电源监控电路15和电流保护电路16，第二电源模块12与第二芯片11连接，第二芯片11通过第二电力线载波模块13与第二电力线载波驱动电路14连接，第二芯片11通过电源监控电路15与实验台电源连接，第二芯片11通过过流保护电路16与实验台电源连接。

接口模块8包括型号为FT245BM的第三芯片和外围电路。

第一电力线载波模块9和第二电力线载波模块13的结构相同，第一电力线载波模块9包括型号为BWP08的第四芯片和外围电路。

如图2所示，本实用新型的主控制器和各从控制器。主控制器通过USB接口和PC机通信，将接收到的动作指令经过处理后下发给各从控制器，而且随时将接受到的来自各从控制器的反馈信息上传给PC机。各从控制器随时接收来自主控制器的控制指令，并对指令做出响应后将实验台电源的最新状态反馈给主控制器，而且实时监控各实验台电源的使用情况。

如图3所示为从控制器处理芯片STC12C5410AD应用电路，系统采用11.0592MHz的外部时钟振荡器匹配两个22PF的电容构成外部时钟电路。利用一个10UF的电容以及一个10K的电阻形成复位电路。由于STC12C5410AD的系统可编程特性，因此在电路设计中，将其串口UART的两个引脚RX与TX引出，以方便下载程序。

如图4所示为电源电路，在低压电力线载波系统中，电源是连接系统和电力线的直接通道，是信号传输的信道，同时也是各个干扰进入系统的入口。因此电源的安全可靠性对系统的准确可靠工作起着举足轻重的作用。如图电路电容耦合接地可以减少部分干扰。图中220V电压经过一个双7.5的变压器后，再经过由两个4007二极管构成的整流电路得到约9V左右的电压（VEE）。VEE经过两个电容滤波后经过一个3.3V的低压差模拟电源芯片（SPX1117）后得到3.3V工作电压提供给CC2430.。同时VEE也同时为继电器提供工作电压。下图中P1口与图3中的P1口相接。

如图5所示为BWP08外围电路设计图，当电力线上有信号需要接收时，首先由一个电容降压电路降压，以降低加载到变压器原边两端的电压。信号从变压器副边出发，经过滤波电容后再通过一个与信号发送端一样的谐振电路，最后的信号由BWP08模块的1脚输入。注意，1脚外接一个保护电路，该保护电路有两个二极管构成，一个正接一个反接。而后，BWP08模块的3脚（INT脚，该脚在模块闲置时输出高电平）输出一个低电平，以通知MCU及时读取信号。下图中的P2、P3口与图4中P2、P3口分别相接。

如图6所示，该部分电路的主要职责是为了检测当前实验台电源负载电流的大小。一旦检测到负载电流过大，则MCU立即关断实验台电源、图中，K1为电流互感器，D8，D9为输入保护二极管，电流经过前级放大后将电流转换为电压信号，随后，再讲过一级电压跟随器。R5和C7组成充放电电路。用以确定当前的负载电流值。将I_CONSER点的电压经单片机AD采样，根据A/D采样的结果V_N判断当前实验台负载电流的大小。

如图7所示该部分电路的主要工作职责是为了控制继电器正确动作，同时也检测继电器的当前状态（也就是实验台电源的工作状态）。同时能尽可能的减少干扰，提高系统稳定性。

1、控制电源部分：该部分电路由2个1k

Figure 2012202229810100002DEST_PATH_IMAGE001

电阻R₁₂、R₁₃以及1个9012的PNP三极管（Q₂），1个8050的NPN三极管（Q₃）外加一个继电器构成。当要打开实验台电源时，首先，单片机的控制信号经过P0.1口输出一个低电平，此时Q₂处以导通状态，因此Q₂的发射极为高电平，也就意味着Q₃的基极为高电平，因此Q₃通道，此时继电器闭合，实验台电源导通。当需要关断实验台电源时，单片机的控制信号经过P0.1口输出一个高电平，此时Q₂处以断开状态，Q₂的发射极为低电平，Q₃的基极也为低电平，因此Q₃关断，继电器断开，实验台电源不导通。

2、电源状态检测部分：该部分电路由一个RC充放电电路、一个光电光耦、两个二极管以及一个电阻R₁₅，电容C₅构成，目的是为了检测当前继电器的工作状态。单片机根据P0.2脚的输入电压来判断当前实验台电源的工作状态。

Claims

1.一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于包括服务器、PC机、主控制器、多个从控制器和多个实验台，所述的服务器与所述的PC机连接，所述的PC机与所述的主控制器连接，所述的从控制器与实验台连接，所述的主控制器与所述的从控制器之间通过载波电力线连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于所述的主控制器包括型号为LPC2132的第一芯片、第一电源模块、接口模块、第一电力线载波模块和第一电力线载波驱动电路，所述的第一电源模块与第一芯片连接，所述的第一芯片通过接口模块与PC机连接，第一芯片通过第一电力线载波模块与所述的第一电力线载波驱动电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于所述的从控制器包括型号为ST12C5410AD的第二芯片、第二电源模块、第二电力线载波模块、第二电力线载波驱动电路、电源监控电路和电流保护电路，所述的第二电源模块与第二芯片连接，所述的第二芯片通过第二电力线载波模块与第二电力线载波驱动电路连接，所述的第二芯片通过电源监控电路与实验台电源连接，所述的第二芯片通过过流保护电路与实验台电源连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于所述的接口模块包括型号为FT245BM的第三芯片和外围电路。

5.根据权利要求3所述的一种基于电力线载波通信的实验室电源控制与监控系统，其特征在于所述的第一电力线载波模块和第二电力线载波模块的结构相同，所述的第一电力线载波模块包括型号为BWP08的第四芯片和外围电路。