【文章內(nèi)容簡介】 由耦合電容C和結(jié)合濾波器F組成。耦合電容器和結(jié)合濾波器構(gòu)成一只高通濾波器，它使高頻信號(hào)順利通過，達(dá)到了將高頻信號(hào)耦合到電力線的目的。而對(duì)50Hz電流具有極大的衰減，防止50Hz電流進(jìn)入載波設(shè)備，達(dá)到了保護(hù)人身和載波設(shè)備安全的目的。圖中電力線上很高的50Hz電壓，由于頻率低，電壓幾乎都降落到耐壓很高的高壓耦合電容器兩端，結(jié)合濾波器的變量器線圈上所降電壓無幾，這樣的耦合是非常安全的。阻波器T是一個(gè)調(diào)諧電路，其電感線圈時(shí)能通過很大50Hz電流的強(qiáng)流線圈，保證50Hz電流的傳送，而整個(gè)調(diào)諧電路諧振在高頻信號(hào)的頻率附近，阻止高頻信號(hào)通過，起到防止發(fā)電廠或者變電所母線對(duì)高頻信號(hào)的旁路作用?？傊?，利用這些線路設(shè)備，耦合問題得到了解決。 圖22 電力線載波設(shè)備框圖電力線載波通信在兩個(gè)方向采用兩個(gè)不同的線路傳送頻帶在同一相電力線上來回傳送，是雙頻帶二線制雙向通信。其具體過程為：A端的語音信號(hào)(O．3—3．4kHz)經(jīng)差接系統(tǒng)，與頻率為斤的載波進(jìn)行調(diào)制，并取其上邊帶，將語音信號(hào)頻譜搬移到高頻，成為f+(O．3～3．4)kHz的高頻信號(hào)，通過放大和帶通濾波器濾除諧波成分，經(jīng)結(jié)合濾波器Fl、耦合電容器C1送到電力線的耦合相線上。由于阻波器Tl的存在，高頻信號(hào)沿電力線傳輸?shù)紹端，再經(jīng)過B端的CF2送入B端載波設(shè)備。中心頻率為f1的收信帶通濾波器濾出斤+(0．3—3．4)kHz的高頻信號(hào)，經(jīng)過放大、解調(diào)以后得到A端的語音信號(hào)。按照相同的方式，將B端的語音信號(hào)通過厶+(0．3～3．4)kHz的高頻信號(hào)傳輸?shù)紸端，這樣就可以實(shí)現(xiàn)雙向電力線載波通信。電力線載波設(shè)備和通信線載波設(shè)備沒有原理上的區(qū)別。但電力線載波設(shè)備與電力線連接時(shí)，必須通過線路設(shè)備。實(shí)際上，線路設(shè)備中的阻波器和耦合電容器、結(jié)合電容器的作用，同通信線載波設(shè)備中的線路濾波器的作用完全相同。，電力線載波通信系統(tǒng)由電力線載波設(shè)備和高頻通道所組成。它所使用的頻帶主要由高頻通道的特性所決定。使用頻率過高線路衰減將增得很大，通信距離受到限制；而使用頻率太低，將受到50Hz工頻諧波的干擾，同時(shí)要求耦合電容器的電容量和阻波器的強(qiáng)流線圈電感量增大，而使線路設(shè)備在制造商和經(jīng)濟(jì)上造成困難。國際電工委員會(huì)(IEC)建議使用頻帶一般為30～500kHz。在實(shí)際選擇頻帶時(shí)，必須考慮無線電廣播和無線電通信的影響。國內(nèi)統(tǒng)一的使用頻帶為40～500kHz。電力線載波通信在充分利40～500kHz之間的460kHz頻帶時(shí)，和通信線載波通信在充分利用線路頻帶有著明顯的不同。通信線是專門為開設(shè)載波通信而架設(shè)的，為了充分利用這條線路，根據(jù)其傳輸特性的限制，在其可使用的頻帶內(nèi)開設(shè)多路通信，達(dá)到全頻帶都能合理的利用。電力系統(tǒng)中的電力線路是為了傳輸和分配電能而架設(shè)的，它們?cè)诎l(fā)電廠和變電所內(nèi)均按電壓等級(jí)連接在同一母線上。同一發(fā)電廠、變電所種不同電壓等級(jí)的電力線也均在同一高壓區(qū)內(nèi)，并由電力變壓器將其相互耦合。這樣，在一條電力線上開設(shè)電力線載波，它的信號(hào)雖被阻波器阻塞，但還會(huì)串?dāng)_到同一母線的其他相電力線上去。由于同母線上的不同相電力線之間的跨越衰減不大，因此使每條電力線上開設(shè)電力線載波的頻譜不能重復(fù)使用，使得同母線的各條電力線上只能限制在共同使用的40～500kHz的頻帶。此外，在同一個(gè)電力系統(tǒng)中電力線是相互連接的，要想重復(fù)使用相同頻譜，至少應(yīng)相隔兩段電力線路。這就使得同母線的各條電力線上所能共同利用的頻譜，還要比40～500kHz窄167。 實(shí)現(xiàn)電力線載波通信的難點(diǎn) 由于電力線是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對(duì)數(shù)據(jù)傳輸有許多限制，因此電力線通信具有以下特點(diǎn)。①配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。②三相電力線間有很大信號(hào)損失（10dB～30dB）。通信距離很近時(shí)，不同相間可能會(huì)收到信號(hào)。一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸。③不同信號(hào)耦合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同，耦合方式有線地耦合和線中線耦合。與線中線耦合方式相比，線地耦合方式電力載波信號(hào)損失十幾dB，但線地耦合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用。④電力線存在脈沖干擾。目前國內(nèi)使用的交流電頻率為50Hz，周期為20ms。在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值。兩次峰值會(huì)帶來兩次脈沖干擾，因此電力線上存在固定的100Hz脈沖干擾，干擾時(shí)間約2ms。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，必須加以處理。有一種利用波形過零點(diǎn)的短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，但由于過零點(diǎn)時(shí)間短，實(shí)際應(yīng)用與交流波形同步不好控制，現(xiàn)場通信數(shù)據(jù)幀又比較長，所以難以應(yīng)用。⑤電力線對(duì)載波信號(hào)造成高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1Ω以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆譳m。但當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十m。因此，只有通過進(jìn)一步提高載波信號(hào)功率來滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。提高載波信號(hào)功率會(huì)增加產(chǎn)品成本和體積。因此電力線上的高削減、高噪聲、高變形，使電力線成為一個(gè)不理想的通信媒介；但由于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，使電力線載波通信已成為可能。167。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的構(gòu)成根據(jù)FSK電力線載波通信系統(tǒng)基本硬件功能模塊和設(shè)計(jì)的要求，完成主要有串口通信模塊，微控制器模塊、FSK調(diào)制解調(diào)器模塊、電力線耦合模塊和其他外圍模塊組成。167。 串口通信模塊設(shè)計(jì)方案的確定串口通信模塊是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)PC機(jī)通信的核心模塊,主要用來通過與PC機(jī)互聯(lián)通信下載程序到微控制器芯片STC12C5A60S2以達(dá)到對(duì)FSK調(diào)制解調(diào)模塊的控制。方案：該模塊主要使用MAX232芯片，下面對(duì)該芯片做簡單介紹：MAX232是一種雙組驅(qū)動(dòng)器/接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時(shí)提供EIA/TIA232E電平。每個(gè)接收器EIA/TIA232E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。，而且可以接收177。30V的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA232E電平。所有的驅(qū)動(dòng)器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。MAX232的工作溫度范圍為0℃至70℃，MAX232I的工作溫度范圍為40℃至85℃。芯片特點(diǎn)：1 單5V電源工作2 LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4 177。30V輸入電平5 低電源電流：典型值是8mA6 符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/7 可與Maxim公司的MAX232互換8 ESD保護(hù)大于MILSTD883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V 圖23 MAX232引腳圖167。 單片機(jī)控制模塊該模塊主要功能是完成對(duì)FSK調(diào)制解調(diào)芯片ST7536的收發(fā)狀態(tài)的控制、發(fā)送數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、接收數(shù)據(jù)的處理及電力線接口（PLI）中功放電源的開啟及關(guān)閉等功能。另外微控制器通過RS232接口芯片U（MAX232）可實(shí)現(xiàn)與個(gè)人電腦（PC）的連接，即通過微控制克實(shí)現(xiàn)PC之間的電力線載波通信。方案：該模塊主要使用ST12C5A60S2單片機(jī)，它控制ST7536芯片的工作。下面對(duì)該單片機(jī)作大概介紹： STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051：STC12C5A60S2系列工作電壓： （5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓： （3V單片機(jī)）：0 35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)......（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏 每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55mA7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)9. 看門狗（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）: ，誤差為+/5%,，誤差為+/3%：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內(nèi)) 1用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘 常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：：11MHz～ ： 8MHz～12MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn) 兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器14. 2個(gè)時(shí)鐘輸出口，,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒， INT0/, INT1/, T0/, T1/, RxD/, CCP0/( ), CCP1/ ()16. PWM(2路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,2路） 也可用來當(dāng)2路D/A使用 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持), 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬次)(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/()，TxD2/()：40 +85℃(工業(yè)級(jí)) / 0 75℃(商業(yè)級(jí))：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O口線外接 74HC164/165/595（均可級(jí)聯(lián)）來擴(kuò)展I/O口, 還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。167。 FSK調(diào)制解調(diào)器模塊該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要功能是電力線傳輸數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，將所接收到得數(shù)據(jù)經(jīng)過FSK調(diào)制解調(diào)后發(fā)送出去，并通過外接網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與電力線的耦合通信。方案：該模塊主要使用ST7536芯片，她是設(shè)計(jì)用于電力線載波通信的半雙工同步FSK調(diào)制解調(diào)器（MODWM）。ST7536是一款功能強(qiáng)大、集成度很高的電力載波芯片，它為家庭和工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，因此采取了多種抗干擾技術(shù)。雖然它采用FSK調(diào)制技術(shù)，而沒有采用擴(kuò)頻技術(shù)，沒有擴(kuò)展通信的優(yōu)點(diǎn)，但是，正因?yàn)槿绱耍梢栽谠肼曨l帶很寬的信道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠通信。如果能夠很好地利用它的多頻段性，將可以克服窄帶通信的缺點(diǎn)。下面對(duì)該芯片做簡單介紹：ST7536芯片是ST公司生產(chǎn)的Power Line Modem集成電路，符合歐洲CENELEC(EN500651)和美國FCC標(biāo)準(zhǔn)。ST7536的傳送速率有600bps和1200bps兩種，雖不能與電話線Modem的傳送速率(可達(dá)28．8kbps)相比，但與采用無線電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)的傳送速率(可達(dá)2400bps)卻相差無幾。1 芯片的主要特點(diǎn)：工作電壓177。5V；波特率可選：600bps／1 200bps；半雙工同步FSK調(diào)制解調(diào)器；發(fā)送載波頻率通過外接晶振合成；發(fā)送信號(hào)失真低，并可進(jìn)行自動(dòng)電平控制，接收靈敏度為：2mVrms(600bps)、3mVrms(1200bps)；可提取出接收時(shí)鐘信號(hào)；采用28引腳的PLCC封裝。2 芯片內(nèi)部電路框圖及引腳圖： 圖24 ST7536內(nèi)部電路框圖 圖25 芯片引腳圖4 管腳說明及功能描述見表21表21：管腳名稱管腳號(hào)碼 功能描述 Rx/1接收和發(fā)送模式選擇輸入端2邏輯復(fù)位和低功耗模式選擇端，低電平有效TEST43測試輸入選擇端。高電平時(shí)選擇發(fā)信濾器的輸入為TxF1端TEST34測試輸入端，當(dāng)TEST1為高電平時(shí)，選擇本腳為時(shí)鐘恢復(fù)電路的輸入端RxD5同步接收數(shù)據(jù)輸出端CLR/T6接收或發(fā)送時(shí)鐘RxDEM7解調(diào)數(shù)據(jù)輸出端DGND8數(shù)字地DVDD9數(shù)字正電源：5V+5%/5V5%TEST110測試輸入選擇端，高電平時(shí)取消發(fā)送至接收模式的自動(dòng)切換功能，并使TEST3輸入有效TEST211測試輸入選擇端，高電平時(shí)壓縮發(fā)送至接收模式的自動(dòng)切換時(shí)間TxD12發(fā)送數(shù)據(jù)輸入XTAL213晶振輸出XTAL114晶振輸入CHS15信道選擇輸入BRS16波特率選擇輸入AFCF17可用于相連補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)頻率控制信號(hào)輸出DVSS18數(shù)字負(fù)電源：5V+5%/5V5%IFO19中頻濾波輸出DEMI20FSK解調(diào)輸入AVSS21模擬負(fù)電源。5V+5%/55%AGND22模擬地AVDD23模擬正電源：5V+5%/5V5%RAI24模擬信號(hào)接收輸入RxFo25接收濾波器輸出TxFI26發(fā)送濾波器輸入ALCI27自動(dòng)電平控制輸入ATO28模擬信號(hào)發(fā)送輸出 167。 電力線耦合模塊 該部分主要有若干個(gè)三級(jí)管，放大器，一個(gè)