交流220 V同步方式通信电路的灯光控制系统.docx

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交流220V同步方式通信电路的灯光控制系统

交流220V同步方式通信电路的灯光控制系统

引言

直流电的三线控制方式由于线路简单、成本低，广泛用于各种照明系统的控制场合[1，2]，但交流系统中无法提供稳定的参考点[3]，实际应用中通常使用电力线载波通信方式或无线通信方式进行控制，因此存在电路复杂、可靠性低、待机功耗较大、维护难等问题[4]。

为此，本文提出与交流电50Hz同步方式工作的教室灯光控制系统，这种电路采用三线工作方式，分别为2根220V交流电源线和一根公用信号线，主机和分机只通过一根公用信号线传送信号。

1通信电路工作原理设计

交流220V同步方式工作的通信电路由一个主机和N个分机组成，可进行双向通信，主机呼叫分机后发送各种操作命令，分机响应后发送本机的状态。

1.1主机和分机的参考点设计

图1为主机和分机之间形成参考地的电路示意图。

山西省日前创新市场化机制，引入中交疏浚（集团）股份有限公司作为战略投资方，组建汾河流域投资公司，统筹项目资金，以市场化方式满足工程建设需求，对汾河进行全流域系统治理。

图1参考地的形成电路

Fig.1Groundformationcircuit

R0为线路的等效电阻，R1和R2保证交流电的整个周期中整流桥D1、D2始终处于微导通状态。

当正半周时L线为正极性N线为负极性，整流桥D1的D11、D13导通，整流桥D2的D21、D23导通，A点经过D13、R0、D23连接到B点，当负半周时L线为负极性N线为正极性，整流桥D1的D12、D14导通，整流桥D2的D22、D24导通，A点经过D14、R0、D24连接到B点。

因此不管是正半周还是负半周A点与B点之间的电压UAB取决于式

（1），式中i为线上的交流电流，UD为整流桥中每个二极管的正向压降。

UBA=|iR0+UD|-UD=|iR0|

（1）

可知整流桥D1、D2导通时压降互相抵消。

由于每个集中控制区的线路电阻较小，电流分布也是离散方式，因此最远的2个装置之间的电压UBA可以控制在30V以内。

信号线上的脉冲信号与UBA和交流电中的其他尖脉冲干扰叠加在一起传送，因此为了便于检测脉冲信号，脉冲电压幅度应大于30V，脉冲信号幅度越大抗干扰能力越强，但交流电的每个半周中传送信号的时间变短。

如果系统的工作电压范围设定在170～250V，则传送信息的时间与信号电压幅值之间的关系如图2所示。

可知当使用50V左右的信号电压时，在170～250V输入范围内，传送时间的变化不大，最大能使用的信号传送时间t约为8.6ms。

如果采用100V的信号电压则能提高抗干扰能力，但发送时R3的功率损耗增加且t变小，约为7.2ms。

实验时采用约为50V的电压传送信息，则可以准确地传送信息。

图2传送时间与信号电压之间的关系

Fig.2Relationshipbetweentransmissiontimeandsignalvoltage

主机提供信号线上的电压必须与交流电的电压同步，否则分机发送信息时无法保证D1始终处于导通状态，系统无法工作。

（1）采用压缩空气吹扫皮带，将细粉硫磺吹起再次形成粉尘，增加了吹扫点的粉尘浓度。

尤其是细粉硫磺在皮带停运期间形成干粉，在皮带启动瞬间，压缩空气将干粉全部吹起，形成高浓度的粉尘云。

因此在图1中，通信用电源取决于D1整流后经过R3、D3稳压后提供给信号线。

同时整流桥D1、D2的输出端连接到电容负载时必须用二极管D4、D5隔离，以保证整流桥D1、D2始终处于导通状态。

1.2通信格式的设计

图3为一帧通信格式示意图，由10位分机号、4位命令位、10位分机信息位，以及2个同步位，共30.5位组成。

发送每位的时间为T,交流电限幅50V后可得到约为8.6ms的平坦区，如果T=240μs则发送30.5位所需要的时间为7.32ms，剩余的时间备用。

图中阴影部分为1T的高电平。

采用MOS法[9]及STOI算法[10]作为本实验的评价方法。

MOS法是试听者对语音质量好坏的一种主观印象,它让一定数量的测听着对待测语音进行试听,与原始语音比较,然后对听到的声音进行打分,打分分为优（5分）、良（4分）、中（3分）、差（2分）、劣（1分）5个等级,最后得到一个平均意见分,以此来评价语音质量;STOI是一种可懂度衡量指标,用来衡量语音增强技术在提升语音可懂度方面的性能,STOI算法计算出一个范围在0到1之间的值,STOI值愈大,表明被增强的语音信号的可懂度愈高。

图3通信格式示意图

Fig.3Schematicdiagramofthecommunicationformat

2灯光控制系统设计

2.1主机通信电路的设计

图4为主机电路，D4起隔离作用，隔离高压充电用电容C1和D3的输出端，防止C1电压影响D3的导通状态。

六是加强水文水质监测预报。

尽快修复震损水文测报设施，加强河道、水库、水电站等重要部位的监测预报。

加强饮用水水源地水质检测，充分发挥长江委等流域机构的技术优势，增派水质监测队伍，利用移动监测设备，巡回监测灾区各主要饮用水水源地和临时供水点水质情况，配合有关部门做好饮用水的消毒和防疫工作。

图4主机电路

Fig.4Hostcircuit

整流后的电压经过R5在D5、D6两端形成约为55V的电压，经过Q1组成的射极跟随器后输出约为52V的电压提供给R6、Q2组成的脉冲发生器，当Q2按照单片机U1的TR输出端信号进行开关时，在信号线上可以得到幅度为52V的脉冲信号。

上述程式标记出指“我”作为主体的第一次状态陈述，S1指“小时候”的“我”，O1指状态陈述中的价值对象，即“母亲”。

在这一阶段，即“我”的童年时期，“我”与“母亲”处于析取状态；

D6、R8的作用是检测大于55V的输入电压状态提供同步信号，以便主机以同步方式呼叫分机。

当输入电压幅值超过55V时在D6两端产生约为5V的电压，供U1的SV输入端，一旦检测到这个信号则U1开始进行开关控制Q2发送信息。

信号线的电压经过Q3、R9组成的射极跟随器后，在D7两端产生5V的脉冲电压提供给U1的RE端进行分析处理。

2.2分机通信电路的设计

图5为分机电路，由于分机数量较多且长期处于待机状态，为了减少待机功耗采用Q10、R22组成恒流源，不管输入电压怎样变化，提供恒定的电流使D15总是导通。

通过多次实验测得当流经D15的电流大于20μA时系统稳定工作，因此取30μA的电流，电流值由式

（2）决定。

（2）

这种恒流源当D15的输出电压低于3V时恒流源不工作，但由于电压很小不影响系统正常工作。

图5中D13隔离电容C11和D15的输出端，防止C11电压影响D15的导通状态。

发送时单片机控制Q11进行开关，接收时信号线上的电压经过Q9、R21组成的射极跟随器后，在D16两端产生5V的脉冲电压提供给U3的RE端进行分析处理。

2.3分机的低功耗电源设计

为了减少分机待机功耗，采用MK6A12低功耗单片机，并降低频率和工作电压运行使工作电流小于0.1mA，并利用HV9910芯片建立的7.5V工作电压，经过微功耗三端稳压器HT1033稳压后提供3.3V给单片机，因此无需设计独立的工作电源。

MK7A23和MK6A12都是一种性能价格比很高的单片机，内含4MHz的RC振荡器（通过外部电阻设定工作频率）、WDT（看门狗）及复位电路，工作电压为2.5～5V，而且价格低廉，非常适合于各种工业使用的控制器[5，6]。

HV9910芯片在6脚输出约7.5V工作电压，最大的输出的电流为1mA[7]。

为了减少单片机的电流工作电压取3.3V。

利用CiteSpace进行文献关键词共现分析，可获得图3。

由图可看出，研究网络较为集中，节点连线重叠度较高，网络分支较少，节点之间呈现较强的相关性。

同时，从网络分布来看，深度学习研究呈现出清晰的知识结构群，并围绕关键词展示出13个文献聚。

根据聚类图谱，可将深度学习研究划分为理论研究、方法研究、应用研究、技术研究等四个研究领域。

图5分机电路

Fig.5Extensioncircuit

表1为MK6A12的工作电压为3.3V，低电压复位电路开启，WDT关闭，定时器TM0工作时,实测的工作频率与电流及外接电阻R7之间的关系。

当R7=100kΩ时工作频率为1MHz，工作电流为90μA，远远小于1mA（HV9910芯片6脚输出电流值）。

表1频率与工作电流及外接电阻的关系

Table1Relationshipbetweenfrequencyandoperatingcurrentandexternalresistance

振荡频率/MHz工作电流/μA外接电阻/kΩ432930217151190100

为了减轻U1的电压负担，整流后的电压经过D14（PK6E200A）降压200V后提供给HV9910。

通过这种设计实测的分机的待机功耗小于0.1W。

2.4分机的LED灯组驱动电路设计

图5中Q12、C13、D17、L1和HV9910组成40W的LED灯组驱动电路，单片机通过PA1引脚控制PWMD引脚，当PA1高电平时，电路工作点亮LED灯组。

根据主机的命令可进行全部点亮，或者选择方式点亮，如果对电路进行修改也可进行亮度调节。

2.5通信电路的抗干扰能力分析

在图1中发送信息时以主机的A点为参考点，则信号线上的电压USA可用式（3）表示。

当Q2饱和时USA=|UAB|而不是0V，这是线路压降形成的干扰影响，线路压降越大影响越大。

当Q2截止时USA=UD1=51V，不受干扰。

图5所示为C/C-SiC复合材料截面的SEM图。

根据图5（a）EDS能谱分析，深灰色相是SiC，浅灰色相是残余Si，则黑色相是碳。

由图5（b）可见，熔渗过程中Si主要渗入了网胎层的短切纤维间和纤维束间的孔隙，无纬布层长纤维间渗入Si较少。

USA=UQ2+|UAB|

（3）

图6为加入线路压降后发送信息时以主机的A点为参考点实测的信号线的波形。

可见主机发送时不受干扰电压的影响，而分机发送时低电平受干扰电压的影响，因此主机的比较点设置在电压高的地方为宜。

图6主机的A点为参考点实测的波形

Fig.6ThemeasuredwaveformoftheApointofthehostisthereferencepoint

图7分机的B点为参考点实测的波形

Fig.7ThemeasuredwaveformofthepointBoftheextensionisthereferencepoint

同样在图1中以分机的B点为参考点，则信号线上的电压USB可用式（4）表示。

当Q1饱和时USB=-|UAB|，当Q1截止时UQ1=UD1=51V，则USB=UD1-|UAB|，可见脉冲的高低电平都受干扰的影响。

维生素D是人体必需营养素，儿童是维生素D缺乏的高发人群，美国儿童营养状况调查显示，6～18岁健康体质量、超重、肥胖、严重肥胖儿童维生素D缺乏的发生率分别21%、29%、34%和49%[5]。

国内研究提示，3岁以下儿童维生素D缺乏率为7.1%，3岁及以上儿童维生素D缺乏率为75%[6]。

维生素D缺乏不仅只是亚临床营养不良现象，近年来研究资料显示，维生素D除经典的维持机体钙平衡，促进骨骼肌肉系统生理作用外，在呼吸道感染、过敏性疾病、肿瘤、皮肤疾病、心血管疾病、糖尿病、妊娠期高血压病、神经精神疾病等作用更广泛[7]。

所以探讨维生素D缺乏热性惊厥患儿的相关临床特征，对防治热性惊厥具有指导价值。

USB=UQ1-|UAB|

（4）

图7为加入线路压降后发送信息时以分机的B点为参考点实测的信号线的波形。

可见分机的B点为参考点时，脉冲的高低电平都受干扰的影响，因此分机的比较点设置在电压低的地方为宜。

为了便于检测在主机和分机中采用限幅5V的方式，这样只要脉冲幅度大于5V以上可检测出脉冲波形，考虑到交流电的其他脉冲干扰，如果脉冲幅度采用50V，则大大提高抗干扰能力。

3实验结果分析

图8是主机呼叫154H分机，而分机无应答时信号线的实测波形。

10位分机号以D10～D1组成，则154H的排列为0101010100B，从D10开始依次发送到D1。

在t1点检测高电平后发送2.5T的低电平，t2点发送1T的高平后，t3～t16点开始发送主机呼叫信息以及4位命令信息，t17～t18点再次发送同步位；t19开始分机信息位，为了准确接收，在每位信息传送时间T的1/2处作为读入点进行检测。

因此t19后延迟0.5T后在t20～t29点接收10位分机信息。

图8主机呼叫分机，分机无应答时波形

Fig.8Hostcallextension,thewaveformwhentheextensiondoesnotanswer

图9为主机呼叫154H分机，分机应答156H时信号线上的波形。

图9主机呼叫分机，分机应答时波形

Fig.9Hostcallextension,thewaveformoftheextensionanswer

在t1点检测下降沿t2点开检测上升沿，判断是否是2.5T低电平后，延迟1.5T开始检测主机信息，在t3～t12点接收10位主机呼叫的154H分机号。

当主机呼叫的分机号与本机号相同时，则在t13～t16点接收命令信息。

在t17点检测到同步位的上升沿后，利用t18～t27点发送156H信息（0101010110B）。

t28～t32可作为待开发信息位。

从实验结果看出，工作波形稳定，满足设计要求。

“烛花掌！

一子解双征！

”李离解说给小伙伴们听。

少年们抬头追踪玉玦，看着它浅浅一线，朝向北斗七星与北极星之间的一块暗影飞去。

如果将夜空画成纵横十九道的棋盘，那里就是袁安说的“西九南十”吗？

玉玦啸叫不息，秉赋二老一百余年的修为，已得人力之极，令它像一颗细小的重返天宇的流星。

一颗流星，在了解宇宙明暗、强弱、虚实、快慢、存续之理后，可破碎虚空，化作棋子，改变天地局面？

4结论

本文设计的电路可进行双向通信，具有结构简单、工作稳定可靠、待机功耗小、容易扩展分机数量、可传送工作频率为1～50kHz的脉冲的特点，根据主机的命令可进行全部点亮灯、选择方式点亮灯、调节灯光的亮度，也可以无需改变电路实现多地的控制，具有较好的应用价值。

参考文献

[1]金永镐,王炳刚.三线直流补偿模式的教师LED照明供电系统[J].照明工程学报,2016,27（3）:

82-86.

[2]郭长刚.低压直流配电技术的研究综述[J].中国高新技术企业,2016（33）:

127-128.

[3]杨晨,毛玲,陈文明,等.直流楼宇供电系统的设计要求分析与研究[J].电源学报,2014（3）:

33-41.

[4]戚佳金,陈雪萍,刘晓胜.低压电力线载波通信技术研究进展[J].电网技术,2010,34（5）:

161-172.

[5]POORALIB,ADIBE.AnalysisoftheintegratedSEPIC-FlybackConverterasaSingle-StageSingle-SwitchPower-Factor-CorrectionLEDDriver[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2016,63（6）:

3562-3570.

[6]金永镐,王海月.基于SEPIC变换器的AC宽电压爆闪式信号灯设计[J].电子技术应用,2016,42（11）:

126-129.

[7]HUANGJP,SHENHX.DesignofLEDbuckdrivercircuitbaseonHV9910[J].ModernElectronicsTechnique,2014，（19）：

147-150.