基于89C2051 单片机的电源监控无线报警系统

时间：2024-07-29

王光平

(武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北武汉430070)

随着交直流转换技术的发展，各种仪器设备和计算机的受能范围变宽(即接受220 V 交流电源电压范围变宽)，各种仪器设备和计算机均可在180 ～240 V 交流电源电压下工作。因此，现用仪器设备和计算机均取消了220 V 交流稳压电源而直接通过电源开关接入220 V 电网工作。由于电源开关(空气开关)负荷的限制，一个开关只能负载几台仪器设备和计算机，因此用电单位的电源开关会成倍增加。一旦电源开关负荷超限或短路，必然造成因开关负荷超限而跳闸，造成用电设备断电，影响正常工作。然而，有时因设备用电超过电源开关的负荷，电源开关(空气开关)并不跳闸，而用电设备断电。一旦多个开关同时出现这样的故障，处理起来费时费力。为了及时掌握各个开关的通断情况以便维护，笔者选用89C2051单片机设计了一种电源故障监控无线报警系统。

1 系统组成原理与总体构成

由于监控的是室内交流电源，且各种科研实验仪器设备和计算机又是通过空气开关接入交流电源的，那么，对空气开关群组的监测，是判断各种仪器设备和计算机设备的关键。因此，该系统必须具备监测传感、判断、前置报警、单片机控制、无线发射编码、无线接收解码和后置报警显示的功能［1－2］。系统组成原理与总体结构如图1 所示。

图1 系统组成原理与总体结构图

该系统由1 ～8 个实验室内与之对应的空气开关群组(1 ～8 个空气开关)和对空气开关群组进行监测的监测群组(1 ～8 路监测电路)传感电路、放大整形电路、前置报警电路、89C2051 单片机、无线编码、发射模块电路、无线接收、解码电路和后置报警显示电路组成。

其工作原理为:1 ～8 室内某监测传感器监测到空气开关因负荷超限而跳闸或者不跳闸(空气开关已烧坏)而使仪器设备和计算机设备断电的信号经放大整形后一路送单片机89C2051 处理，另一路送前置报警电路报警。经单片机89C2051处理后的信号控制编码模块编码和无线发射模块电路发射。无线接收模块和解码模块电路由单片机控制接收到信号后进行解码并控制后置报警显示电路报警显示［3］。

2 系统发射单元电路

系统发射单元电路如图2 所示。其由一个实验室内的电源箱中的监测传感器群组即1 ～8 路监测空气开关的监测传感器电路，1 ～8 路放大整形、报警显示电路，89C2051 单片机及无线编码、发射模块电路组成。与图1 所示的1 ～8 个室的共8 个相同的发射分系统相对应，即图2 中的一路发射单元电路对应图1 中的一个发射分系统。图2 中共有8 路相同的发射单元电路。其工作原理与上述相同［4］。

图2 发射单元电路原理图

2.1 监测传感器与放大整形报警电路

从图2 中可知，8 路相同的监测传感器电路，每路由D1，D2、C1、C2、R1、R2和光耦集成电路4N35 组成。C1、C2、D1、D2组成降压整流稳压电路，为光耦电路4N35 提供直流电源供光耦电路工作。光耦4N35 在电路中起到隔离和传感作用，把前面的交流电路与后面的直流电路隔开，起到隔离保护作用并把信号传给放大整形与报警电路。电路正常工作时，降压整流稳压电路输出直流电压，光耦电路4N35 工作，其输出端输出低电平至U0。如果某路空气开关因负荷超限而跳闸或不跳闸，降压整流稳压电路无直流电压输出，光耦电路4N35 不工作，其输出端输出高电平至U0。经U0和D5组成的放大整形报警电路后控制D5发光二极管发光现场报警，同时U0信号经反向后送单片机89C2051 的P1 口。

2.2 单片机89C2051

89C2051 是ATMEL 公司生产的一种小型的单片机。其主要的特点是采用Flash 存贮技术，制造成本低，其软、硬件与MCS51 完全兼容，其程序的可擦写特性，使得其开发应用比较容易且性价比高。

89C2051 共有引脚20 条。P1 口共8 脚，P3口共7 脚。发射单元电路中的89C2051 单片机主要用来处理监测传感器送到P1 口的信号并从P3口输出控制信号控制编码模块电路PT2262 完成编码，RF 无线发射模块F05V 发射编码。

2.3 PT2262 编码模块、F05V 发射模块电路

PT2262 和PT2272 是CMOS 3 态编码集成芯片，这组器件广泛用于各种遥控器件上，只需较低的+3V 电压就能工作。PT2262 是发射编码芯片，PT2272 是接收解码芯片，两者的地址必须配对，且振荡电阻必须符合要求。PT2262 的14 脚TE 端是发射允许端，低电平有效，低电平时，17脚DOUT 端输出一串编码。该串编码在载波上发送出去，被接收端接受和解调，输入PT2272 的14脚，当地址配对时，VT 解码有效端输出高电平，数据端口就会输出与PT2262 发射端口一致的数据，从而实现遥控功能［5］。

F05V 发射模块采用SMT 工艺，树脂封装，小体积，声表稳频，内部具有一级调制电路及限流电阻，适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05V 具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，ASK 方式调制。F05V 无输入数据时，发射停止，发射电流为零。与通用编码器PT2262 配合使用，发射效果较好。因为PT2262 的数据无论怎么变，但脉宽是不变的，即使出现一点突发性的外界干扰，解码器的宽容性也会解码输出高电平。F05V 发射模块必须与J05V 接收模块配合使用［6］。其主要特点为:①低功耗发射;②声表稳频;③无数据时发射电流为零;④较宽的工作电压范围。

编码、发射模块电路如图3 所示。89C2051单片机的P3 口P3. 0 控制PT2262 进行编码，P3.1控制PT2262 的TE 端选通发送编码数据，TE低电平有效时，PT2262 的17 脚输出编码数据至F05V，由F05V 发射模块电路发射。

图3 编码、发射模块电路原理图

3 接收系统

接收系统电路由2 路接收模块电路J05V、解码模块电路PT2272 及89C2051 单片机和数码显示电路、声音报警电路组成［7－8］。接收系统电路原理图如图4 所示。

图4 接收系统电路原理图

由于有8 个室，因此有8 路PT2262 编码和发射模块F05V 电路。而接收、解码模块电路中的PT2272 只有4 个数据输出端，只能对4 路编码、发射模块电路中的PT2262 进行接收、解码。因此，在接收系统电路中，使用了2 路接收、解码模块电路J05V 和PT2272。其工作原理是:J05V 接收模块电路接收F05V 发射的信号后，由PT2272解码模块电路进行解码后送单片机89C2051 的P1 口，由89C2051 单片机进行识别、判断究竟是哪个实验室出现电源故障而发射的编码信号，然后将该室的编号由P3 口的P3.0 ～P3.3输出，经7448 七段译码驱动器驱动数码管显示其对应的编号。如编号8 的实验室电源开关故障，数码管显示为8。同时，P3.4 输出高电位，控制由555 电路组成的声音报警电路发声报警，提示工作人员及时排除故障。这里的数码显示和声音报警电路，称为后置报警电路。