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基于USB通信的多功能智能插座

作者: 時間:2013-10-26 來源:網絡 收藏

1.概述

  現有的插座在其使用方式、功能以及外形特征等諸方面都表現出多樣化的趨勢。有的增加了保險功能、電源指示功能、開關功能,有的增加了調壓功能。這些插座的功能無論怎樣,只能是單一的目的:為用電設備提供電源接口。它們的共同缺陷就是不具有信息化和智能化功能。為了實現插座的信息化和智能化,我們將研究設計的智能信息系統與插座結合,將該智能設備與電源插座合為一體,設計成多功能智能監測插座。該插座由于在建筑電氣安裝時一次性固定完成,采用照明電源供電,人們使用時就好象使用普通電源插座一樣,免除了過多的連接線。

2.系統功能與組成

2.1功能

該多功能智能監測插座是在普通插座的基礎上,結合信息的需要,增加了如下功能:

  1) 對接入插座的電器的電壓、電流、頻率進行監測。

  2) 對插座工作環境溫度進行監測。

  3) 將監測到的電器的工作電壓或電流與其額定值進行比較,如果超過額定值,主機就發送命令給執行單元,自動切斷該電器的電源,實現了保護功能。

  4) 通信功能:將監測到的信息經過通信接口傳給上位機,在家庭內部或工業現場可以連成一個局域網。在主機端人們可以通過一個人機界面定期或不定期查詢接入插座的諸電器的工作狀況。如果想實現進一步的方便,可以將該局域網通過公用電話網連到Internet 上,這樣就可以在家庭以外的地方用手機或PC機隨時方便地查詢家用電器的工作情況了。

2.2組成

  該智能監測插座由電源系統、監測系統、控制系統、通信系統四部分組成。(1)電源系統:完成照明電源到直流穩壓電源的變換,提供給該智能系統工作電源。由隔離降壓、整流、濾波、穩壓等電路組成。

  (2)監測系統:由電壓傳感器、電流傳感器和溫度傳感器以及模/數變換電路組成,負責信息的采集處理。

  (3)控制系統:由微處理機(單片機)和執行器件組成。微控制器一方面控制采集部分的模擬量到數字量的轉換;另一方面接受上位機的命令,然后將這個命令交給執行單元去完成,比如切斷用電器的電源。

 ?。?)通信系統:該插座的通信系統主要是在其內部增加一個通信接口,以便聯網和服務器進行通信。由于該設備構成局域網,在設計要采用分層次的設計思想,在這篇文章里,只考慮設計最低的一層:物理層的通信實現。

3.物理層通信的設計

  在串行通信口的缺點中有三項最為突出:低速、復雜的電纜和端口數的限制。通用串行總線(USB)不僅克服了所有這三項缺點,而且具有支持熱插拔、容易擴展、低成本、低干擾等優點。USB標準已經成為業界普遍認同的一種事實上的接口標準,支持這一標準各種新產品正在大量涌現,而且現在的微型計算機上都有USB接口,所以我們就選擇USB作為該多功能插座和主機串行通信的接口。

3.1 USB接口芯片及其工作原理

  在這篇文章中我們采用Philips公司推出的PDIUSBD12芯片,這是一種價格便宜、功能完善的并行接口芯片,它支持多路復用、非多路復用和DMA并行傳輸。PDIUSBD12接口芯片遵從協議USB1.1,適合于不同用途的傳輸類型。PDIUSBD12需要外接微控制器(MCU)來進行協議處理和數據交換,它對MCU沒有特殊要求,而且接口方便靈活,因此設計師可以選用自己熟悉的MCU對芯片進行控制,也可利用Philips公司的固件(firmware)結構來縮短開發時間、降低風險、減小投資。

  性能特點:PDIUSBD12除了具有USB設備的一般特性外,還具有如下特點:(1)是一種高性能的USB接口芯片,其內部集成有SIE(Serial Interface Engine)、320字節的FIFO、收發器和電壓調節器。(2)適用于大部分設備類規范。可與任何外部微控制器/微處理器實現高速并行接口,其速度可高達2Mbit/s。

 ?。?)可進行完全獨立的DMA操作。

 ?。?)主端點配置有雙緩沖,因而可提高數據的吞吐量、減小數據傳輸時間,輕松實現數據的實時傳輸。

  (5)當采用同步傳輸方式時,數據的傳輸速度為1Mbit/s;而采用批量傳輸方式的速度為1Mbyte/s。在使用上述方式進行數據傳輸時,可方便地使用多種中斷方式。

  (6)帶有可編程的時鐘輸出,與USB總線的連接可通過軟件來控制(Soft Connect TM)。

  (7)有兩種工作電壓可供選擇:分別為3.3±0.3V和3.6~5.5V。

  (8)輸出和數據傳輸狀態可通過USB連接指示燈來監控。


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