電力線載波通信電路設(shè)計(jì)

王軍凱

摘要：電力線載波通信技術(shù)是低壓集中抄表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要通信手段。筆者基于電力線載波通信技術(shù)，深入探究電力線載波通信電路設(shè)計(jì)原理，并詳細(xì)介紹了該電路及其控制軟件的設(shè)計(jì)，為通信工程的改進(jìn)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電力線載波通信RS-232/RS485接口電路設(shè)計(jì)

電力線載波電路整個(gè)通信系統(tǒng)的核心。筆者擬采用SSC P300作為電力線載波專用調(diào)制解調(diào)芯片來開展通信電路設(shè)計(jì)的研究。從SSCP300輸出的信號(hào)幅度小、驅(qū)動(dòng)能力弱，而且有各種諧波，因此要放大濾波，然后通過耦合電路將信號(hào)調(diào)制到電力線上。電力線傳來的載波信號(hào)由SSCP300接收，需一個(gè)帶通濾波器，經(jīng)過預(yù)放大再送到SSCP300的接收端，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)供配電進(jìn)行控制。

1 低壓電力線載波通信原理

低壓擴(kuò)頻載波模塊主要由SSCP300低壓電力線擴(kuò)頻載波網(wǎng)絡(luò)控制器、前置功放和電力線藕合電路構(gòu)成，其工作任務(wù)是對(duì)從單片機(jī)獲取的數(shù)據(jù)信息實(shí)施線性掃頻調(diào)制，經(jīng)濾波放大后使其與電力線藕合，對(duì)通過電力線送來的載波信號(hào)進(jìn)行掃頻解調(diào)后送給單片機(jī)。這種數(shù)據(jù)通信采用了收發(fā)分時(shí)控制的半雙工通訊。該模塊與配變集中器的設(shè)計(jì)通信距離為1000米。在信道特性最惡劣的情況下，也要保證不小于600米。

低壓電力線載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

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2 電力線載波通信原理

電力線載波通信是電力線載波抄表集中器的核心任務(wù)，采用載波調(diào)制原理，充分利用電子技術(shù)和微處理器技術(shù)，開發(fā)通用的電力線載波通信設(shè)備則是電力線載波抄表的重要基礎(chǔ)工作。

2.1 載波通信芯片SSCP300的發(fā)送與接收原理 SSCP300提供數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層的協(xié)議LinkLa服務(wù)。由SI腳進(jìn)入SSCP300的電力模擬通過信號(hào)，經(jīng)緩存放大器(Amp)放大并通過A/D轉(zhuǎn)化后形成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過擴(kuò)頻處理，借助DSP電路傳輸至數(shù)據(jù)鏈路層微處理器進(jìn)行分組解碼。欲發(fā)送的分組被主處理器傳輸至微處理器后繼而傳至DSP功能塊。DSP將三態(tài)信號(hào)置為高層狀態(tài)時(shí)，緩存后這個(gè)波形就由SO腳輸出，通過功率放大模塊和變壓器耦合到電力線上。電力線傳來的載波信號(hào)則由SSCP300接收，需一個(gè)帶通濾波器，經(jīng)過預(yù)放大再送到SSCP300的接收端，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)供配電進(jìn)行控制。

2.2 單片機(jī)與SSCP300通信的控制工作過程 單片機(jī)W77E58是整個(gè)模塊工作的控制核心。它對(duì)載波通信的控制是通過和SSC P300的交互來完成的。電力線媒介的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信是由SSC P300管理的，SSC P300提供的由主制器通過SPI端口管理的功能使得主處理器獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)。SSC P300內(nèi)部供多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)定其運(yùn)行方式和表征其運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)通過發(fā)送命令讀取這些數(shù)據(jù)結(jié)來判斷發(fā)生的事件及當(dāng)前狀態(tài)，并通過發(fā)送相應(yīng)的命令做出相應(yīng)的處理操作。命令和數(shù)據(jù)結(jié)在主控制器和SSC P300之間的傳送是通過SPI接口實(shí)現(xiàn)的。主處理器W77E58作為控制核心，控制通過5線的串行外圍接口(SPI)把即將發(fā)送的分組先傳輸?shù)絊SC P300內(nèi)部的DLL處理器，再傳至DSP。SSC P300從電力線上耦合并解調(diào)出來產(chǎn)生解調(diào)后的信號(hào)。主處理器通過5線的串行外圍接口SP2將從S2輸入的解調(diào)后信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)分組接收進(jìn)來。我們選擇使用計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口RS-232作為集中器和上位機(jī)的通訊方式。

2.3 RS-232/RS485接口標(biāo)準(zhǔn) MODEM的通信接口采用的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)。RS-232適用于短距離傳輸，長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信通常采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)。本文中的電平轉(zhuǎn)換采用MAXIM公司的MAX485芯片完成。MAX-485芯片的1腳R0為接收器的輸出，接TTL電平RXD信號(hào)；4腳DI為發(fā)送器輸入，接TTL電平TXD信號(hào)；3腳DE為發(fā)送使能端，接+5V；2腳RE/為接受使能端，接地。因?yàn)镸AX-485一端接計(jì)算機(jī)，如果直接與單片機(jī)連接會(huì)引入干擾信號(hào)，所以在MAX-485和單片機(jī)連接時(shí)，需要加光電隔離器，防止干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，影響系統(tǒng)正常工作。

3 主控器與MODEM通信接口

MODEM通信適用于信息交互不頻繁、數(shù)據(jù)傳輸量小的公用電話網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。這是因?yàn)楣秒娫捑W(wǎng)為模擬電話線路，數(shù)字信號(hào)不能直接進(jìn)入這樣的信道，必須通過一個(gè)中間設(shè)備MODEM，它用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)和模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)通信備。

4 結(jié)束語

電力線載波通信技術(shù)是低壓集中抄表技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要通信手段。筆者基于電力線載波通信技術(shù)，深入探究電力線載波通信電路設(shè)計(jì)原理，并詳細(xì)介紹了該電路及其控制軟件的設(shè)計(jì)，為通信工程的改進(jìn)提供參考依據(jù)。

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