智能電網(wǎng)課程設(shè)計報告-智能抄表硬件設(shè)計方案(編輯修改稿)
2025-03-12 04:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 送載波數(shù)據(jù)。并控制命令線 CON 和串行通信線 TXD、 RXD 與上級應(yīng)用單元進行通信。 MCU 作為控制核心，完成分組的發(fā)送和接收、 發(fā)送字節(jié)到符號的轉(zhuǎn)換、接收符號到字節(jié)的轉(zhuǎn)換以及循環(huán)校驗碼的產(chǎn)生和校驗等。即將要發(fā)送的數(shù)據(jù)先由 MCU轉(zhuǎn)換成符合 EIA600CEBus 的符號，組成分組傳送到 P300，由其進一步處理后發(fā)送出去。而由 P300 處理后得到的分組傳送到 MCU，由其轉(zhuǎn)換成原始數(shù)據(jù)，并判別是何指令，從而指示用戶用表完成相應(yīng)的操作，如接通、斷開等。 P300 與主處理器的接口是通過一個 5 線的串行外圍接口 (SPI)及復(fù)位信號RST 來完成的， SPI 的數(shù)據(jù)輸入 (SDI)和數(shù)據(jù)輸出 (SDO)線允許數(shù)據(jù)由 P300 傳出或傳至 P300 時對其進行計時。 P300 還提供了 SPI 數(shù)據(jù)時鐘 (SCLK)來對數(shù)據(jù)傳輸提供時序信號。而 P300 的服務(wù)請求是由低電平有效的中斷信號 (INT)來完成的。P300 低電平有效的片選信號（ CS）可將 SPI 接口置為有效或是無效。 要發(fā)送的分組首先傳到 P300 的數(shù)據(jù)鏈路層 (DLL)的微處理器，它再將之傳送給其數(shù)字信號處理模塊。數(shù)字信號處理模塊使用一個 300 點的片內(nèi) ROM 查詢表來產(chǎn)生擴頻載波 (SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài)，此表可驅(qū)動片內(nèi) 8 位 DAC 產(chǎn)生線性掃頻的模擬波形。當(dāng)三態(tài)信號 TS 被置高時，此波形經(jīng)緩沖后從 SO 管腳輸出。以上即為調(diào)制過程，解調(diào)過程是相反的過程，模擬通信信號首先從其 SI 管腳進入P300，然后由緩沖放大器放大，放大后的信號通過一個一位的模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ A/D），轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便于對信號進行數(shù)字信號處理（ DSP），對輸入信號的數(shù)字信號處理使用一個匹配相關(guān)濾波器以檢測擴頻載波波形。然后載波監(jiān)測信息和媒介狀態(tài)信息從 DSP 部分傳輸?shù)?DLL 的微處理器，以便于將分組解碼，協(xié)議功能和最終的分組傳輸?shù)街魈幚砥鳌? P300 與電力線的接口由輸出濾波、放大電路和輸入濾波、放大電路及電力線耦合電路構(gòu)成。模擬信號是通過 信號入（ SI）和信號出（ SO）管腳在 P300 與交流電力線之間進行傳輸?shù)摹? 在發(fā)送模式下，擴頻載波“ chirps”從 P300 的 SO 管腳傳輸?shù)捷敵鰹V波器，然后輸入到輸出放大器，此放大器由 P300 的三態(tài)信號 (TS)來決定其是否工作。一旦信號被放大，則輸出信號通過媒介耦合電路傳輸?shù)矫浇橹腥?。在接收模式下，模擬通訊信號通過外部媒介耦合電路傳輸?shù)捷斎霝V波器，此帶通濾波器可通過頻率為 100KHz 到 400KHz 的信號，經(jīng)放大后傳輸?shù)?P300 的 SI 管腳。 電力線耦合電路 此電路主要是將信號由電力線接進來。由于電力 輸送工作在 50Hz，相對于載波頻率來說是低頻率，故先將在信號進來之前進行高通濾波處理，然后通過12:12 的線圈將信號耦合進來。為防止瞬間過載對設(shè)備造成損害，在線圈的電力線一側(cè)增加防高壓元件，而在設(shè)備一側(cè)增加穩(wěn)壓電路。 圖 43電力線耦合電路 變壓器 T1 為 100KHz～ 400KHz 的擴頻載波信號提供了一個線性的傳輸功能；電容 C1 限制了變壓器電流以免變壓器鐵心的飽和；電阻 R1 在設(shè)備與電力線斷接以后可對 C1 進行放電，因而減輕了 C1 中存儲的高壓而帶來的對設(shè)備的損壞和破壞；穩(wěn)壓二級管 W1 和 W2 可用來鉗制加在 SSC P300 模擬支持電路上的電壓；而金屬氧化壓敏電阻 M1 則可以在電力線瞬間高壓下提供保護。 輸入濾波電路 輸入濾波電路是一前置帶通濾波器，主要是把載波信號從耦合電路進來的較寬的信號中，按特定的帶寬范圍提取出來，送往后級電路處理。 圖 44輸入濾波電路 輸入緩存和瞬間高壓保護電路 經(jīng)過濾波后的輸入信號要經(jīng)由下圖中 Q R4～ R7 組成的晶體管放大器進行緩存。此放大器的信號增益為 20dB，之所以定位這個值是因為它可以提供峰 —峰值為 1mV 的靈敏電壓。而其它的增益值盡管可以提高接收的靈敏度，但同時降低了抗噪聲干擾的能力。圖中 R3， R4 兩個電阻為放大器設(shè)置了直流工作點，將SSC P300 的 SI 管腳輸入的直流電壓設(shè)置為電源電壓的一半。二極管 D3 用來做溫度補償以穩(wěn)定放大器的直流工作點。而二極管 D D2 將加在 SSC P300 SI 管腳的信 號鉗制在電源提供的電壓范圍內(nèi)，這也為 SSC P300 提供了額外的瞬間高壓保護。 圖 45輸入緩存和瞬間高壓保護電路 輸出電路 這部分電路主要是把要發(fā)送的信號進行功率放大，并在三態(tài)開關(guān)打開期間，通過高壓耦合電路耦合到電力線上。在發(fā)送模式下， P300 內(nèi)部產(chǎn)生的“ chirps”波形的信號輸出到 SO 管腳，在進行功率放大之前先對信號進行預(yù)濾波。 圖 46輸出電路 SSC P111 功率放大電路 成功發(fā)送的距離取決于功率放大器的驅(qū)動能力、電力線特性和接收機的靈敏度。由于電力線特性 無法控制，而要提高接收機的靈敏度代價又很高，因此通常都是靠提高發(fā)送功率來完成的。故我們采用了 Intellon 公司的 P111 專用芯片把要發(fā)送到電力線上的 SSC 信號進行放大。 P111 電力線媒介接口芯片為電力線的收發(fā)器提供了輸出功率放大器和輸出三態(tài)開關(guān)的功能。其中，輸出功率放大器滿足 EIA600 CEBus 標準中關(guān)于輸出到普通阻抗和低阻抗電力線時所指定的電壓值，而且它還提供了過溫保護裝置以提高系統(tǒng)的可靠性。 圖 47 SSC P111 功率放大電路 SSC P300 其它接口電路 （ 1）時鐘 接口 SSC P300 的晶振輸出管腳 (XOUT)和晶振輸入管腳 (XIN)將片上振蕩器與外部 12MHz 的晶振相連。另外，還需要一
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