【文章內(nèi)容簡介】 用中，充當(dāng)著基本的通訊單元。SSCP30O的特性如下:(a) 有符合EIA600標(biāo)準(zhǔn)的物理層收發(fā)器(b) 具有集成化的DLL處理器，滿足與EIA600標(biāo)準(zhǔn)兼容的信道存取特征(c) 提供針對電力線(LP)擴(kuò)頻載波(SSC)的通訊技術(shù)(d) 具有串行外圍接口(SPI)與主處理器的接口(e) 可以在低壓下進(jìn)行操作(f) 需要最少的外部元件。可進(jìn)行即插即用(g) 為20腳的S0IC封裝， X (3) PL3105芯片PL3105芯片是北京福星曉程公司為智能儀表應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它內(nèi)嵌直接序列擴(kuò)頻單元。其擴(kuò)頻通信單元是專門針對我國電力網(wǎng)絡(luò)惡劣的信道環(huán)境所研制開發(fā)的。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，所以在抗干擾、抗衰落性能以及國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能價(jià)格比等方面有著更加出眾的表現(xiàn)。(4) SCll28芯片SCll28芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻/解擴(kuò)、調(diào)制解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動(dòng)、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(jī)(MUC)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。 3 電力載波抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖31是基于電力線調(diào)制解調(diào)器的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)以供電局的計(jì)算機(jī)抄表中心為主站，以電力變壓器10KV/380V供電的每個(gè)小區(qū)為相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，在這些子系統(tǒng)中，集中器又相當(dāng)于主站，電能表以及數(shù)據(jù)采集器為從站。采集器的作用是采集多個(gè)用戶的電表數(shù)據(jù)，通過電力Modem的調(diào)制解調(diào)，并經(jīng)22OV低壓電力網(wǎng)用載波方式送到集中器，集中器再通過公用電話網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)(如光纖或無線電通信等)把數(shù)據(jù)傳送到供電局的計(jì)算機(jī)抄表中心。 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖可知，自動(dòng)抄表系統(tǒng)是將電表數(shù)據(jù)從下而上逐級傳送完成，也可以根據(jù)實(shí)際情況的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，該系統(tǒng)可分為五個(gè)主要組成部分：(1) 電能用戶表；(2) 數(shù)據(jù)采集器；(3) 電力線Modem；(4) 集中器；(5) 計(jì)算機(jī)抄表中心。 ModemModem電話網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)電力線Modem采集器集中器低壓/電力網(wǎng)電力線Modem供電局計(jì)算機(jī)抄表中心電能表 圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[4]抄表系統(tǒng)各組成部分的功能是:(1) 電能用戶表對于電磁式電能表，需在表內(nèi)加裝一只傳感器或光電模塊，將電能表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號輸出；對于電子式電能表，則可以直接利用表的電脈沖輸出。(2) 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器實(shí)際上是計(jì)一費(fèi)終端和數(shù)據(jù)集中器中間的一個(gè)橋梁，它的主要功能在于同時(shí)采集多個(gè)用戶電能表的電量脈沖信息，并經(jīng)過處理和存儲，通過電力線Modem沿低壓電網(wǎng)送到集中器上。并且當(dāng)接收到上層的命令時(shí)，數(shù)據(jù)采集器能夠向計(jì)費(fèi)終端發(fā)出抄表或者斷電的命令。(3) 電力線Modem主要是對采集器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，增強(qiáng)對低壓電網(wǎng)的抗干擾性和減低信道傳輸?shù)恼`碼率。(4) 數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器是安裝在小區(qū)的配電站區(qū)的，它的功能是向采集器發(fā)出命令，抄收計(jì)費(fèi)終端的數(shù)據(jù)，然后再通過公用電話網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)集中器能夠接收的數(shù)據(jù)中心的命令，并把相關(guān)命令再轉(zhuǎn)發(fā)給轄區(qū)內(nèi)的指定的數(shù)據(jù)采集器。此外，數(shù)據(jù)集中器還可以定時(shí)抄收計(jì)費(fèi)終端的數(shù)據(jù)，并把抄收到的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器中。(5) 計(jì)算機(jī)抄表中心通過通信網(wǎng)對集中器送來的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和儲存、校對抄錄時(shí)間、設(shè)置用戶編號和抄表時(shí)間、發(fā)布抄錄命令以及統(tǒng)計(jì)和計(jì)價(jià)、為收取電費(fèi)、線損計(jì)算、負(fù)荷控制提供服務(wù)。(6) 集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通信數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通訊采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通訊媒介，自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)集中器之間的通訊主要是電話線Modem模塊之間的通訊，在電力線載波集中抄表器的設(shè)計(jì)中，我們利用單片機(jī)進(jìn)行兩地間的數(shù)據(jù)通信，通過單片機(jī)及對應(yīng)的控制電路和FSK(移頻鍵控)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）相結(jié)合，借助現(xiàn)有的公用電話交換網(wǎng)（PSTN進(jìn)行傳輸，來實(shí)現(xiàn)兩地之間的數(shù)據(jù)通信功能。PCMODEMRS232/TTL轉(zhuǎn)換電話網(wǎng)接口單片機(jī)電話線接口MODEM圖32 集中器與上位機(jī)的通信框圖【7】發(fā)送端從PC的RS232口出來，經(jīng)RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換芯片將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平送到調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻信號，通過電話通信網(wǎng)傳到對方的調(diào)制解調(diào)器，對方的調(diào)制解調(diào)器將音頻信號解調(diào)成數(shù)據(jù)，再送到對方的單片機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。反之亦然(7) 數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)集中器之間的通信低壓電力線載波數(shù)據(jù)不能夠跨越變壓器，所以數(shù)據(jù)集中器基本上是被設(shè)置在住宅小區(qū)配電站以內(nèi)，數(shù)據(jù)采集器與集中器之間的通訊采用低壓電力線載波通信方式。 4 電力載波抄表集中器的硬件設(shè)計(jì)集中器是集中下屬的數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，并發(fā)給中心服務(wù)器，集中器有兩個(gè)通信對象，面對不同對象時(shí)，需要采取不同的通信方式，在于數(shù)據(jù)采集器通信時(shí)，使用電力線載波通信，并通過電話線與中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信。集中器的信息存儲和處理量較大，我們需采用處理速率較高的處理器并進(jìn)行存儲器的擴(kuò)展。集中器是安裝在小區(qū)供電變壓器低壓側(cè)，作為載波抄表系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是連接機(jī)與用戶電表之間的樞紐。[8]設(shè)計(jì)任何一個(gè)產(chǎn)品之前明確它的功能和技術(shù)指標(biāo)是非常必要的。集中器作為電力線載波抄表的一部分，起著上傳下達(dá)的作用。集中器的主要功能有：(1) 抄收功能根據(jù)設(shè)置的抄收方式采集抄收電表的數(shù)據(jù)。集中器可根據(jù)上位機(jī)下載的定時(shí)抄表，在每月一次按時(shí)啟動(dòng)月凍結(jié)抄表；具有實(shí)時(shí)抄表和對某些特定表進(jìn)行抄表的功能。(2) 設(shè)置功能可通過上位機(jī)對集中器進(jìn)行設(shè)置，包括抄表時(shí)間設(shè)置、固定中繼設(shè)置等。(3) 通信功能集中器接收上位機(jī)下載數(shù)據(jù)，包括電表數(shù)量、表號、抄表參數(shù)以及中繼管理需要的信息，可根據(jù)設(shè)置抄收載波電表的數(shù)據(jù)。(4) 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的存儲、凍結(jié)等。(5) 校時(shí)功能集中器可通過上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，調(diào)整時(shí)間誤差。集中器本身是由主控單元、數(shù)據(jù)庫存儲單元、時(shí)鐘單元、載波通信單元、數(shù)據(jù)傳送通信單元等部分組成。集中器既要做上位機(jī)的從機(jī)，又是載波電表的主機(jī)，其軟、硬件的設(shè)計(jì)要求從根本上保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。主控器是集中器的核心，數(shù)據(jù)的采集、處理與傳送都是在主控器的控制下進(jìn)行的，外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲模塊和時(shí)鐘模塊。數(shù)據(jù)存儲器主要用于存儲參數(shù)、變量、集中器自身的參數(shù)、所負(fù)責(zé)電表的參數(shù)以及電表電量等；實(shí)時(shí)時(shí)鐘為集中器定時(shí)抄表提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；上行通道即集中器與上位機(jī)之間的通信線路，采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，上位機(jī)與集中器進(jìn)行通信時(shí)要設(shè)置集中器連線所連接的電話號碼；下行通道即集中器與載波電表之間的通信，采用以SSC P300為核心的電力載波方式進(jìn)行抄表通信。集中器的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖41所示。電力載波收發(fā)電路時(shí)鐘模塊數(shù)據(jù)存儲模塊主控單元Modem接口電路公用電話網(wǎng)低壓電力網(wǎng)圖4l 集中器組成結(jié)構(gòu)框圖電力線載波抄表系統(tǒng)是一個(gè)與時(shí)間記錄有很大關(guān)系的系統(tǒng)，上位機(jī)不但要從集中器采集電表數(shù)據(jù)，還要知道固定時(shí)刻電表數(shù)據(jù)的值，因此實(shí)時(shí)時(shí)鐘是必不可少的。將時(shí)鐘放在集中器上，既可以滿足系統(tǒng)對時(shí)間信息的基本要求，也不會(huì)給系統(tǒng)增加過多的負(fù)擔(dān)。當(dāng)平時(shí)運(yùn)行抄收命令時(shí)，集中器會(huì)每抄收一塊電表就加上當(dāng)時(shí)的時(shí)間。將時(shí)鐘放在集中器上還有利于上位機(jī)對時(shí)鐘進(jìn)行精確校時(shí)。 時(shí)鐘模塊的選擇[15]本文選用的DS12887是DALLAS半導(dǎo)體公司新推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,可直接取代DS1287,該芯片引腳少、體小、使用方便、價(jià)格便宜，功能豐富，應(yīng)用廣泛。它在工業(yè)控制及智能儀器儀表中有廣泛用途,一般PC機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘信號就是由DS12887提供的。DS12887的特點(diǎn)：(1)可作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；(2)與MCl46818B和DS1287的管腳兼容；(3)在沒有外部電源的情況下可工作10年；(4)自帶晶體振蕩器及鋰電池；(5)可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；(6)用二進(jìn)制碼或BCD碼來表示日歷和鬧鐘信息；(7)并有128字節(jié)帶掉電保護(hù)的RAM。DS12887的管腳圖如下：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)，應(yīng)接P0口；MOT：總線類型選擇，與89C51連接時(shí)接地； CS：片選 ；AS：地址選通，與89C51連接時(shí)接ALE；R/W：讀/寫控制，與89C51連接時(shí)接WD； DS：數(shù)據(jù)選通，與89C51連接時(shí)接RD； RESET：復(fù)位，接+5V；圖45 DS12887的管腳圖 IRQ：中斷請求輸出。 時(shí)鐘模塊與單片機(jī)的連接[14]時(shí)鐘芯片在智能電量測量儀的設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，顯示積累值及當(dāng)前時(shí)間。DS12887芯片在為系統(tǒng)提供時(shí)間信息的同時(shí)，還保證了積累值及其它重要數(shù)據(jù)在掉電情況下不致丟失 ，對時(shí)間的讀取可以采用查詢方式，即查詢到位IRQ/為0時(shí)讀時(shí)間，也可以采用中斷方式使芯片每秒鐘中斷一次，在中斷程序中讀時(shí)間，為了提高工作效率 通常采用中斷方式。[16]DS12887芯片與單片機(jī)的接口電路如圖所示,因?yàn)榕c51系列單片機(jī)連接，所以MOT接地；片選CS接138譯碼器的Y2端；IRQ端接一上拉電阻連到W77E58的中斷INT1端，即采用中斷方式讀取時(shí)鐘參數(shù)，當(dāng)允許DS12887向單片機(jī)申請中斷，SQW端輸出為500ns的方波；數(shù)據(jù)模式為BCD碼，時(shí)間采取24h模式。由于DS12887內(nèi)部帶有鋰電池，可保證其正常工作達(dá)十年之久。所以不管外部供電電壓如何，一旦啟動(dòng)DS12887的計(jì)時(shí)功能，它將自動(dòng)地進(jìn)行年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。并能保證在25℃環(huán)境溫度的情況下，計(jì)時(shí)精度在177。1min/月的范圍內(nèi)。圖46 單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS12887的連接電路電力線載波電路是負(fù)責(zé)與載波電表的通信，能同時(shí)接收多路電力載通信，每一路電力載波均有獨(dú)立的收發(fā)系統(tǒng)。載波電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，本文采用SSC P300作為電力線載波專用調(diào)制解調(diào)芯片。需要配合外圍功率放大電路和接收回路才能工作，載波通信的距離與外圍電路設(shè)計(jì)優(yōu)劣、功率小等密切相關(guān)。從SSCP300輸出的信號幅度小、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調(diào)制到電力線上。電力線傳來的載波信號由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)對供配電進(jìn)行控制。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，負(fù)責(zé)對單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性掃頻調(diào)制，放大后藕合到電力線上，對通過電力線送來的載波信號進(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4 7所示。 SSCP300緩沖器濾波器功率放大器前級放大器帶通濾波器載波耦合低壓電力線圖47 低壓電力線載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖電力線載波通信是電力線載波抄表集中器的核心任務(wù)，采用先進(jìn)的載波調(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。本文將以SSC P300為核心器件，就其工作原理、電路設(shè)計(jì)開發(fā)展開