摘 要：設(shè)計了以收發(fā)模塊CC1100和EM78P451AQ為控制核心、采用低壓電力線載波通信技術(shù)的直流電機智能控制系統(tǒng)。該設(shè)計將在一定程度上解決傳統(tǒng)的多路電機控制系統(tǒng)接線端口多、布線復(fù)雜等問題，系統(tǒng)可實現(xiàn)單控和群控。
關(guān)鍵詞：電機控制系統(tǒng)；電力線載波通信；單控；群控

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能說明
　　基于低壓電力線載波通信的直流電機控制系統(tǒng)主要由主機板、子機模塊、遙控器、電機群、開關(guān)電源等部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖中功能鍵S表示停止；U表示正轉(zhuǎn)長動；D表示反轉(zhuǎn)長動；SLU表示正轉(zhuǎn)點動；SLD表示反轉(zhuǎn)點動。
　　系統(tǒng)學(xué)習(xí)(對碼):連接好主機板和任意一個子機板,上電后同時按下主機板的SLU和SLD約20 s，蜂鳴器發(fā)出一次短鳴，此時按下遙控器的數(shù)字鍵1~9任意一個選擇信道，再按住遙控器的REC鍵約10 s，蜂鳴器發(fā)出一次長鳴，表示對碼成功。此時可以按所需要的功能鍵U、S、D、SLU、SLD來控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　以上是對一個子機模塊的學(xué)習(xí)過程，要對其他子機模塊學(xué)習(xí)，按以上學(xué)習(xí)步驟作相同操作即可。當學(xué)習(xí)好第一個子機模塊，開始學(xué)習(xí)第二個子機模塊的時候，要先斷開第一個子機模塊。
　　本系統(tǒng)的操作控制分單控和群控，遙控器操作或數(shù)字面板操作同樣有效。
　　單控：所有的子機模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機面板上的任一0~9數(shù)字鍵，然后按下CH鍵鎖定，即可通過遙控器或主機面板的U、S、D、SLU、SLD來控制單個電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點動、長動。
　　群控：所有的子機模塊都學(xué)習(xí)好后，按一次遙控器或主機面板上的AL鍵，然后按下CH鎖定，即可通過遙控器或主機面板的U、S、D、SLU、SLD鍵來控制全部電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及點動、長動。
2 智能直流電機控制系統(tǒng)的工作流程
　　智能直流電機控制系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。以通過遙控器來實現(xiàn)完全控制為例說明：按下遙控器的1號鍵，這時單片機PIC16F630讀入1號鍵的鍵位碼，再按下遙控器的控制鍵（即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、長動、停止這5個控制器），這時單片機PIC16F630向發(fā)射端的主機板的收發(fā)模塊CC1100輸入一串帶位置信息的控制信號，CC1100接收到這個信號后，經(jīng)過高頻調(diào)制（FSK，315 MHz），將這一信號發(fā)射并沿電力線傳播。接收端的主機板接收到這一信號后，經(jīng)過主機板的CC1100對這一信號進行接收并解調(diào)，同時將解調(diào)出來的信號送入芯片EM78P451AQ和子機板，信號經(jīng)過EM78P451AQ處理，驅(qū)動數(shù)碼管顯示相應(yīng)的位置信息。解調(diào)后的電力線載波信號及電源經(jīng)低壓電力線（DC24V）直接接入子機板電路，為子機板提供電源的同時，電源線上所帶的控制信號經(jīng)過PIC16F630單片機識別，控制電機驅(qū)動電路工作，以此來實現(xiàn)對電機正反轉(zhuǎn)以及點動長動的控制。通過主機控制面板來實現(xiàn)完全控制的過程和上述過程類似。

3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計
3.1 主機板CC1100接收電路
　　系統(tǒng)的接收功能通過以CC1100為主芯片的電路來完成。CC1100是一種低成本單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915 MHz的ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）和SRD（短距離設(shè)備）頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300 MHz~348 MHz、400 MHz~464 MHz和800 MHz~928 MHz的其他頻率（本設(shè)計選用315 MHz）。CC1100外圍電路如圖3所示。

　　CC1100的2、3、6腳為數(shù)字信號輸出端，作為芯片EM78P451AQ的信號輸入；4、9、11、14、15腳為1.8 V～3.6 V的電源輸入；8、10腳為外接晶體振蕩器的輸入端，本電路的晶振頻率選為26 MHz；16腳為模擬接地端，19腳為數(shù)字接地端；12、13腳為接收模式下對經(jīng)LNA（低噪聲放大器）的正、負RF輸入信號，其外圍的電路選中一個特定的頻率（本電路選用的頻率為315 MHz）。
3.2 EM78P451AQ外圍電路設(shè)計
　　EM78P451AQ主要負責接收主機鍵盤輸入端口信號，送至數(shù)碼管驅(qū)動、顯示。
　　為防串鍵（2個鍵瞬間先后按下），編碼器采用優(yōu)先控制法，即先按下的鍵起作用，后按的鍵判為無效；為了防并鍵（2個鍵同時按下），采用判為誤動作的方式，即2個鍵同時按下時，視為無效，不發(fā)出任何按鍵指令碼信號。
　　EM78P451AQ的12腳為電力線載波信號輸出，對輸出信號的處理電路如圖4所示。

　　信號經(jīng)EM78P451AQ的12腳接至圖4中的19腳，當19腳輸出信號時，通過一個10 kΩ的電阻，使三極管9014導(dǎo)通，9014集電極出來的電壓通過一個1 kΩ的電阻驅(qū)動IRF9Z34的MOS管，MOS管的D極接24 V直流電源，電源載波信號由S極輸出，R24和二極管IN4004的作用是穩(wěn)定MOS管的靜態(tài)工作點，R25為限流電阻，考慮到在帶動幾個電機的情況下電流比較大，所以選用1 Ω，功率為10 W的水泥大電阻，F(xiàn)1為過載保護片（5 A），其作用是電流過大時斷開，當電流恢復(fù)正常時F1可以恢復(fù)正常工作。
3.3 子機板電路
　　當主機板通過12腳輸出電力線載波信號時，這時就需要通過子機板電路來對這些攜帶控制信息的信號進行識別以達到對電機的有效控制。子機板電路主要包括：子機板電源電路、單片機PIC16F630外圍電路、電機驅(qū)動電路等。驅(qū)動電路采用2個開關(guān)管和2個5腳繼電器驅(qū)動，使電機很容易實現(xiàn)正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)。電機采用的是24 V的直流電機，只需改變正負極的電流方向即可方便地實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。
　　子機板電路的核心為一個PIC16F630單片機，驅(qū)動電機的元件器為24 V、5 A繼電器。單片機PIC16F630主要功能是輸出對系統(tǒng)的負載（電動機）作各種運轉(zhuǎn)等的控制信號。13腳輸入的電源線載波信號經(jīng)過單片機PIC16F630處理后由11腳和12腳輸出控制信號，控制后面的驅(qū)動電路來驅(qū)動電機的長動和點動以及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。9腳和10腳作為輔助的開關(guān)輸入端，當KEY1開關(guān)閉合時，9腳低電平，可以控制12腳輸出高電平控制電機正轉(zhuǎn)點動；當KEY2開關(guān)閉合時，10腳低電平，可以控制11腳輸出高電平控制電機反轉(zhuǎn)點動；當KEY1或KEY2按住一定時間（例如3s以上），可以控制11或12腳輸出高電平控制電機反轉(zhuǎn)長動或正轉(zhuǎn)長動。
3.4 遙控電路
 　　本系統(tǒng)遙控器的核心器件為芯片CF557以及芯片CC1100，由于這2款芯片的集成度高、靜態(tài)電流小、功耗也很小，遙控電路可采用3 V的干電池供電。
　　遙控器鍵盤操作時，先作信道選擇（對哪一部分電機操作?），然后作功能選擇（點動、長動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)），信號經(jīng)單片機CF557處理后，向CC1100傳送一組數(shù)字信號，該組數(shù)字信號經(jīng)CC1100調(diào)制后發(fā)射出去，主機板接收到信號后，會選定指定的子機模塊進行相關(guān)的動作，這些功能都將由軟件的配合來實現(xiàn)。
　　遙控器中CC1100電路設(shè)計和前述的主機板類似，此時的CC1100工作在發(fā)送模式，接收到單片機PIC16F630送來的控制信號，經(jīng)過CC1100處理，調(diào)制成315 MHz的FSK信號，然后發(fā)射出去，供主機板電路接收。
　　本智能直流電機控制系統(tǒng)通過遙控器或控制面板來實現(xiàn)對電機的完全控制，通過利用電力線載波通信技術(shù)，在使用過程中系統(tǒng)布線方便、接線簡單，可以實現(xiàn)對多個電機的單控和群控，抗干擾性強，相比于普通的電機控制系統(tǒng)，電路新穎、實用性強、完全實現(xiàn)了傻瓜式操作，對環(huán)境也沒有特殊的要求。目前，在市場上此類的控制方式還比較少，（普通的電機控制系統(tǒng)大多采用一對一的控制方式，即一路電機需要一組控制線，多路電機則需要多組控制線）。本電路采用的是總線控制，所有的控制信號都通過2根24 V直流電源線來傳輸，可以實現(xiàn)在一個控制系統(tǒng)控制多路電機，既節(jié)省了成本，又達到了智能控制電機的目的。
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