【文章內(nèi)容簡介】 CSP300與主處理器一起構(gòu)造的與CE Bus兼容的產(chǎn)品，在各種低廉的電力線網(wǎng)絡應用中，充當著基本的通訊單元。SSCP30O的特性如下:(a) 有符合EIA600標準的物理層收發(fā)器(b) 具有集成化的DLL處理器，滿足與EIA600標準兼容的信道存取特征(c) 提供針對電力線(LP)擴頻載波(SSC)的通訊技術(d) 具有串行外圍接口(SPI)與主處理器的接口(e) 可以在低壓下進行操作(f) 需要最少的外部元件?？蛇M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用設計的產(chǎn)品，它內(nèi)嵌直接序列擴頻單元。其擴頻通信單元是專門針對我國電力網(wǎng)絡惡劣的信道環(huán)境所研制開發(fā)的。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術，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)研制的專用擴頻調(diào)制解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術，因此該電路應用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴頻/解擴、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、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MUC)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應用系統(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)總體設計圖31是基于電力線調(diào)制解調(diào)器的自動抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)以供電局的計算機抄表中心為主站，以電力變壓器10KV/380V供電的每個小區(qū)為相對獨立的子系統(tǒng)，在這些子系統(tǒng)中，集中器又相當于主站，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)傳送到供電局的計算機抄表中心。 由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖可知，自動抄表系統(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)實際情況的需要進行數(shù)據(jù)雙向傳輸，該系統(tǒng)可分為五個主要組成部分：(1) 電能用戶表；(2) 數(shù)據(jù)采集器；(3) 電力線Modem；(4) 集中器；(5) 計算機抄表中心。 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供電局計算機抄表中心電能表 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)采集器實際上是計一費終端和數(shù)據(jù)集中器中間的一個橋梁，它的主要功能在于同時采集多個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。并且當接收到上層的命令時，數(shù)據(jù)采集器能夠向計費終端發(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)進行調(diào)制和解調(diào)，增強對低壓電網(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，抄收計費終端的數(shù)據(jù)，然后再通過公用電話網(wǎng)絡傳送給遠方的數(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)集中器還可以定時抄收計費終端的數(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) 計算機抄表中心通過通信網(wǎng)對集中器送來的電量數(shù)據(jù)進行分類和儲存、校對抄錄時間、設置用戶編號和抄表時間、發(fā)布抄錄命令以及統(tǒng)計和計價、為收取電費、線損計算、負荷控制提供服務。(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)絡作為通訊媒介，自動抄表系統(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計中，我們利用單片機進行兩地間的數(shù)據(jù)通信，通過單片機及對應的控制電路和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進行傳輸，來實現(xiàn)兩地之間的數(shù)據(jù)通信功能。PCMODEMRS232/TTL轉(zhuǎn)換電話網(wǎng)接口單片機電話線接口MODEM圖32 集中器與上位機的通信框圖【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中，進行數(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計集中器是集中下屬的數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，并發(fā)給中心服務器，集中器有兩個通信對象，面對不同對象時，需要采取不同的通信方式，在于數(shù)據(jù)采集器通信時，使用電力線載波通信，并通過電話線與中心服務器實現(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行存儲器的擴展。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)，是整個系統(tǒng)的核心，是連接機與用戶電表之間的樞紐。[8]設計任何一個產(chǎn)品之前明確它的功能和技術指標是非常必要的。集中器作為電力線載波抄表的一部分，起著上傳下達的作用。集中器的主要功能有：(1) 抄收功能根據(jù)設置的抄收方式采集抄收電表的數(shù)據(jù)。集中器可根據(jù)上位機下載的定時抄表，在每月一次按時啟動月凍結(jié)抄表；具有實時抄表和對某些特定表進行抄表的功能。(2) 設置功能可通過上位機對集中器進行設置，包括抄表時間設置、固定中繼設置等。(3) 通信功能集中器接收上位機下載數(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) 校時功能集中器可通過上位機進行系統(tǒng)校時，調(diào)整時間誤差。集中器本身是由主控單元、數(shù)據(jù)庫存儲單元、時鐘單元、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的從機，又是載波電表的主機，其軟、硬件的設計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行的，外部擴展數(shù)據(jù)存儲模塊和時鐘模塊。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)、所負責電表的參數(shù)以及電表電量等；實時時鐘為集中器定時抄表提供時間標準；上行通道即集中器與上位機之間的通信線路，采用公用電話網(wǎng)絡作為通信介質(zhì)，上位機與集中器進行通信時要設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)是一個與時間記錄有很大關系的系統(tǒng)，上位機不但要從集中器采集電表數(shù)據(jù)，還要知道固定時刻電表數(shù)據(jù)的值，因此實時時鐘是必不可少的。將時鐘放在集中器上，既可以滿足系統(tǒng)對時間信息的基本要求，也不會給系統(tǒng)增加過多的負擔。當平時運行抄收命令時，集中器會每抄收一塊電表就加上當時的時間。將時鐘放在集中器上還有利于上位機對時鐘進行精確校時。 時鐘模塊的選擇[15]本文選用的DS12887是DALLAS半導體公司新推出的實時時鐘芯片,可直接取代DS1287,該芯片引腳少、體小、使用方便、價格便宜，功能豐富，應用廣泛。它在工業(yè)控制及智能儀器儀表中有廣泛用途,一般PC機內(nèi)的時鐘信號就是由DS12887提供的。DS12887的特點：(1)可作為個人計算機的時鐘和日歷；(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)可計算到2100年前的秒、分、小時、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補償；(6)用二進制碼或BCD碼來表示日歷和鬧鐘信息；(7)并有128字節(jié)帶掉電保護的RAM。DS12887的管腳圖如下：AD0AD7：地址/數(shù)據(jù)，應接P0口；MOT：總線類型選擇，與89C51連接時接地； CS：片選 ；AS：地址選通，與89C51連接時接ALE；R/W：讀/寫控制，與89C51連接時接WD； DS：數(shù)據(jù)選通，與89C51連接時接RD； RESET：復位，接+5V；圖45 DS12887的管腳圖 IRQ：中斷請求輸出。 時鐘模塊與單片機的連接[14]時鐘芯片在智能電量測量儀的設計中有著廣泛的應用，顯示積累值及當前時間。DS12887芯片在為系統(tǒng)提供時間信息的同時，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 ，對時間的讀取可以采用查詢方式，即查詢到位IRQ/為0時讀時間，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芯片與單片機的接口電路如圖所示,因為與51系列單片機連接，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鐘參數(shù)，當允許DS12887向單片機申請中斷，SQW端輸出為500ns的方波；數(shù)據(jù)模式為BCD碼，時間采取24h模式。由于DS12887內(nèi)部帶有鋰電池，可保證其正常工作達十年之久。所以不管外部供電電壓如何，一旦啟動DS12887的計時功能，它將自動地進行年、月、日、星期、時、分、秒的計時。并能保證在25℃環(huán)境溫度的情況下，計時精度在177。1min/月的范圍內(nèi)。圖46 單片機與時鐘芯片DS12887的連接電路電力線載波電路是負責與載波電表的通信，能同時接收多路電力載通信，每一路電力載波均有獨立的收發(fā)系統(tǒng)。載波電路是整個系統(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計優(yōu)劣、功率小等密切相關。從SSCP300輸出的信號幅度小、驅(qū)動能力弱，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，需一個帶通濾波器，經(jīng)過預放大再送到SSCP300的接收端，再送給單片機進行處理，單片機中存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計算機，控制計算機根據(jù)數(shù)據(jù)對供配電進行控制。低壓擴頻載波模塊主要由SSCP300低壓電力線擴頻載波網(wǎng)絡控制器、前置功放和電力線藕合電路構(gòu)成，負責對單片機送來的數(shù)據(jù)進行線性掃頻調(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行掃頻解調(diào)后送給單片機。這種數(shù)據(jù)通信采用了收發(fā)分時控制的半雙工通訊。該模塊與配變集中器的設計通信距離為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，采用先進的載波調(diào)制原理，充分利用電子技術和微處理器技術，開發(fā)通用的電力線載波通信設備則是電力線載波抄表的重要基礎工作。本文將以SSC