【導(dǎo)讀】隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電力線通信技術(shù)日益引起人們的。為通信媒介的一種通信方式。該方法可避免新的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和投資，因而。故在系統(tǒng)開發(fā)中軟件設(shè)計(jì)、器件的選擇及電力線接口的設(shè)計(jì)。本文主要介紹一個(gè)電力線載波芯片ST7536和一個(gè)可下載程序的。本文著重論證了系統(tǒng)及各個(gè)單元電路的實(shí)現(xiàn)方案，研究了以ST7536單片。機(jī)為核心的核心系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括復(fù)位、晶振電路、收發(fā)電路及接口電路設(shè)計(jì)。線載波通信方式,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。具有不用布線、覆蓋范圍廣、連

　　

【正文】 圖 31 系統(tǒng)框圖 167。 串口電路設(shè)計(jì) 串口電路是 實(shí)現(xiàn)單片機(jī) PC 機(jī)通信的 連接 模塊 ,主要用來(lái) 將 RS232 電平與TTL 電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得 PC 機(jī)可以與單片機(jī)進(jìn)行通信， 將 PC 機(jī)發(fā)送的指令送給 單片機(jī) STC12C5A60S2，然后將收到的信息送到 FSK 調(diào)制解調(diào)模塊 調(diào)制并發(fā)送到電力線上。在電線的接收端， FSK 調(diào)制解調(diào)模塊檢測(cè)到 FSK 信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)，將接收到的信息還原成發(fā)送的源信息，然后送到與之相連的單片機(jī)，河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 單片機(jī)在對(duì)接收到的信息進(jìn)行處理，再將信息通過(guò) RS232 總線轉(zhuǎn)交給接受的PC 機(jī)。如此實(shí)現(xiàn)電力線信息交換。 圖 32 串口電路原理圖 通過(guò) P1 串口與 PC 機(jī)互聯(lián)，通過(guò) MAX232 的發(fā)送端 12 引腳 R1OUT 將信息發(fā)送給 單片機(jī) ST12C5A60S2,通過(guò) 接收端 11引腳 R1IN接收 經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理過(guò)的 來(lái)自電力線解調(diào)后的 數(shù)據(jù)，通過(guò) 9 引腳 R2OUT 發(fā)送給 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信。串口電路的具體原理圖如圖 31 所示。 167。 單片機(jī) 電路設(shè)計(jì) 該模塊 電路 主要功能是 接收 PC 機(jī)通過(guò)串口 電路 發(fā)送的信息 .將信息送給調(diào)制解調(diào)芯片 ST7536 進(jìn)行調(diào)制 。同 時(shí) 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 、接收來(lái)自 ST7536 解調(diào)后的電力線數(shù)據(jù)并通過(guò)串口發(fā)送給 PC 機(jī) 等 。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 33 單片機(jī)電路 原理圖 單片機(jī)通過(guò) 接收端 RxD 接收來(lái)自 PC 機(jī)的信息 ，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部處理后，由 I/O 口 ST7536芯片進(jìn)行 FSK調(diào)制 。同時(shí)通過(guò) I/O口 接收經(jīng)過(guò) ST7536 解調(diào)處理過(guò) 的 來(lái)自電力線的信息 ，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理過(guò)后，由發(fā)送端口 TxD 將處理 過(guò)的信息發(fā)送給串口電路。 單片機(jī)的 I/O 口 通過(guò)提供高低電平來(lái)控制芯片 ST7536 的發(fā)送和接收模式的選擇，單片機(jī)的 和 口用來(lái)控制芯片 ST7536 的測(cè)試特性 。這部分的主要原理圖如圖 32所示。 同時(shí)通過(guò) 口來(lái)為微控制器的外接電路提供高低電平 ，來(lái)控制耦合變壓器模塊 工作狀態(tài) 。從而控制 ST7536 芯片是處于發(fā)送數(shù)據(jù)到電力線狀態(tài)，還是處于從電力線讀數(shù)據(jù)的狀態(tài)，原理圖如圖 33 所示。 167。 FSK 調(diào)制解調(diào)器模塊 電路設(shè)計(jì) 該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，主要功能將接收到的來(lái)自單片機(jī) 的 數(shù)據(jù)調(diào)制 后發(fā)送的電力線上，將來(lái)自電力線上數(shù)據(jù)解調(diào)后發(fā)送給單片機(jī) 從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線上的傳輸。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 該模塊使用的是 專門用于電力線載波通信的半雙工同步 FSK 調(diào)制解調(diào)芯片 ST7536。 ST7536 的波特率和信道的選擇由撥動(dòng)開關(guān) SW2 控制，如下表 31所示： 表 31： SW21 (CHS) SW22 (BRS) 波特率 發(fā)送頻率（ KHZ） TxD=1TxD=0 OFF OFF 600 ON OFF 600 OFF ON 1200 ON ON 1200 發(fā)送模式： 置 芯片 ST7536 的 1 號(hào)引腳 Rx/Tx =0 時(shí)芯片為發(fā)送模式，當(dāng)Rx/Tx 保持低電平超過(guò) 3ms 時(shí)，芯片自動(dòng)進(jìn)入發(fā)送工作模式。再次激活發(fā)送模式時(shí)需要 Rx/Tx 回到高電平并至少保持 3ms 的時(shí)間，然后再置 Rx/Tx 為 0電平 。 圖 34 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入定時(shí) 此時(shí)通過(guò) CLR/T 端設(shè)置單片機(jī)的中斷口 0INT 在下降沿觸發(fā)，在下降沿開始往寄存器中寫數(shù)據(jù)， 發(fā)送數(shù)據(jù)（ TXD）在決定波特率的時(shí)鐘信號(hào) CLR/T 的上升沿被采樣。 由于這些同步于 的晶振，頻率精度與晶振的頻率精度一樣。為了限制頻譜和降低信號(hào)中的諧波成分，來(lái)自 FSK 調(diào)制解調(diào)器的已調(diào)信號(hào)再由開關(guān)電容帶通濾波器（發(fā)送帶通濾波器 ,即 TX BANDPASS）進(jìn)行濾波。 發(fā)送通路的輸出級(jí)包括一自動(dòng)電平控制（ ALC）系統(tǒng) ，它使得模擬發(fā)送輸出信號(hào) (ATO)的幅度與線路的阻抗的變化無(wú)關(guān)。本 ALC 系統(tǒng)是帶有 32 個(gè)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 離散增益值的可變?cè)鲆婵刂葡到y(tǒng)，由模擬反饋信號(hào) ALCI 控制（見圖 27）。 ALC 的增益范圍為 0dB 至 26dB，增益變化同步于 7200HZ 的時(shí)鐘，變化步長(zhǎng)的典型值為 ，每個(gè)時(shí)鐘周期可分為 的增益設(shè)置延時(shí)時(shí)間和 的峰值檢測(cè)時(shí)間。增益改變的依據(jù)是 ALCI 在檢測(cè)期間的所得的最大值與二個(gè)門限電平和 V12 的比較結(jié)果。 max（ VALCI） =V11下一步增益增加 V11=max（ VALCI） =V12下一步增益不改變 V12=max(VALCI)下一步增益降低 圖 35 接收部分： 置 Rx/Tx=1 時(shí)芯片工作于接收模式。波特率和信道的選擇同樣也也由表1 決定。 通過(guò) CLR/T 設(shè)置單片機(jī)的中斷口 1INT 為上升沿觸發(fā)。 圖 36 發(fā)送數(shù)據(jù)輸出定時(shí) 加于 RAI 與公共端 0V 間的接收信號(hào)經(jīng)開關(guān)電容帶通濾波器（接收帶通河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 濾波器， Rx bandpass）濾波，濾波器的中心 頻率為接收信號(hào)的中心頻率，其帶寬約為 6KHZ。 RAI 的輸入電壓范圍為 2mVrms 至 2Vrms. 接收濾波器的輸出經(jīng)一增益為 20dB 的放大器放大，該級(jí)放大器還同時(shí)對(duì)大信號(hào)提供限幅作用。經(jīng)放大限幅后的信號(hào)送人混頻器進(jìn)行下變頻，混頻器的同步本振信號(hào)由 FSK 調(diào)制功能提供。最后，混頻器的輸出經(jīng)一中頻帶通濾波器（ IFbandpass）濾波，以提高解調(diào)器前信號(hào)的信噪比。中頻帶通濾波器的中心頻率與 BRS 有關(guān)。當(dāng) BRS=0 時(shí)，其中心頻率為 ，當(dāng) BRS=1時(shí)，其中心頻率為 。中頻帶通濾波器的輸出（ IFO） 通過(guò)一外接耦合 電容耦合到 FSK 解調(diào)器的輸入（ DEMI），以消除接收通道的偏置電壓。 時(shí)鐘恢復(fù)電路從解調(diào)器輸出（ RxDEM）提取接收時(shí)鐘（ CLR/T），并在CLR/T 的上升沿送出解調(diào)輸出同步數(shù)據(jù)。 附加的數(shù)字和模擬功能 。 當(dāng)復(fù)位輸入（ RESET ）來(lái)初始化芯片。當(dāng) RESET =0 時(shí)，置芯片于低功耗模式并復(fù)位內(nèi)部邏輯，當(dāng) RESET =1 時(shí)激活芯片。 時(shí)基部分通過(guò)晶振（ ）產(chǎn)生內(nèi)部所需的各種時(shí)鐘。晶振接于管腳 XTAL1 和 XTAL2 之間，并需要外接 2 電容以保證晶振正常工作。電容值與晶振特性有關(guān)，典型值為 22pF+10%/22pF10%,也可將時(shí)鐘直接加于管腳XTAL1 上。 自動(dòng)頻率控制（ AFC）模塊調(diào)節(jié)接收和發(fā)送濾波器的中心頻率到載波工作頻率。 AFC 環(huán)路的穩(wěn)定性由連接于管腳 AFCF 上的 C1（ 470nF,10V）、C2(47Nf,10V)和 R2(? )構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證。 圖 38 自動(dòng)頻率環(huán)路濾波器 測(cè)試特性： 1 附加的放大器允許在管腳 RxFO 上觀察接收帶通濾波器的輸出 2 當(dāng) TEST4=1 時(shí)，腳 RxFO 直接輸入發(fā)送帶通濾波器被選擇和允許 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 3 當(dāng) TEST2=1 時(shí)，發(fā)送到接收的自動(dòng)轉(zhuǎn)換延時(shí)由 3s 縮至 4 當(dāng) TEST1=1 時(shí)，發(fā)送到接收的自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式無(wú)效，電路的功能模式由Rx/Tx 控制，方式如下：當(dāng) Rx/ Tx =0 時(shí)，電路連續(xù)發(fā)送，當(dāng) Rx/Tx =1 時(shí)，為便于測(cè)試時(shí)鐘恢復(fù)模塊與 FSK 解調(diào)模塊的連接斷開，此時(shí) TEST3 為時(shí)鐘的恢復(fù)模塊的輸入端， RXDEM 跟隨 TEST3,RxD 送出重新同步數(shù)據(jù)。 圖 39 FSK 調(diào)制解調(diào)模塊原理圖 圖 310 芯片外接電路 芯片 ST7536 的 RX/TX 端口接收 來(lái)自上位機(jī)的指令來(lái)選擇接收和發(fā)送模式， 通過(guò) CLR/T 端口來(lái)設(shè)置中斷源 0INT 和 1INT 的工作狀態(tài)。芯片 12 管腳河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 TxD 接收來(lái)自 單片 機(jī)的數(shù)據(jù)， 5 管腳 RxD 將 調(diào)制后的信息通過(guò)外接電路發(fā)送到電力線上。 通過(guò) RAI 端接收來(lái)自電力線的信號(hào)， 具體電路如圖 39 和 310所示。 167。 電力線耦合模塊 電路 設(shè)計(jì) 該模塊是整個(gè)系統(tǒng) 輸入輸出的關(guān)鍵部分，它的主要功能是 載波信號(hào)的輸出 、 輸入通路 和濾波， 并起隔離 220V/50Hz 工頻的作用 ，同時(shí) 通過(guò)小串口P2 實(shí)現(xiàn)電力線上信號(hào)的接收和發(fā)送 . 該電路設(shè)計(jì)時(shí)需考慮電力線路側(cè)的阻抗特性 ， ， 圖 35 中 TR1為信號(hào)耦合變壓器，電力線路側(cè)阻抗一般取 3～ 30Ω 。然后確定線 圈初次級(jí)的匝數(shù)比或阻抗比，本設(shè)計(jì)取 12/21，最后設(shè)計(jì)功率放大器的輸出匹配電阻。 輸入通道接 2個(gè) 浪涌保護(hù)二極管 Z1,Z2，經(jīng)電阻隔離后接二極管鉗位電路輸出給接收電路部分的前級(jí)濾波器。 變壓器 TR1 實(shí)現(xiàn)了高壓與低壓的隔離。因?yàn)檩d波的頻率比較高（ 100～ 400kHz），遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電網(wǎng)的頻率，這樣就使載波信號(hào)暢通無(wú)阻，而能夠隔斷高壓。 在耦合電路部分高壓保護(hù)措施是至關(guān)重要的， 除了電力線上會(huì)產(chǎn)生高壓脈沖破壞器件以外，當(dāng)設(shè)備剛剛接上電源時(shí)，如果電力線剛好處于電壓的最大值，而此時(shí)電容上的電壓為 0，會(huì)有 300V（ 220V 有效值 ，最大值 311V）的高壓直接加在變壓器兩端，引起很大的電流，從而在次級(jí)產(chǎn)生尖峰脈沖。這個(gè)脈沖的電流相當(dāng)大，可達(dá)幾十安培到上百安培，采用一般的穩(wěn)壓管無(wú)法消除這個(gè)脈沖。壓敏電阻的響應(yīng)比較緩慢，在出現(xiàn)脈沖的 1μs 之內(nèi)仍然有幾十伏的電源，足以燒壞放大電路。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 37 電力線耦合電路原理圖 本章小結(jié)：本章主要完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。第一節(jié)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體描述，接下來(lái)再通過(guò)對(duì)系統(tǒng)模塊化分析，在每一節(jié)中對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)，完成接口設(shè)計(jì)。系統(tǒng)化和模塊化的完成了硬件設(shè)計(jì)。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件 采用 了 模塊化的方法來(lái)設(shè)計(jì) ， 先設(shè)計(jì)主程序，然后根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能分別設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的程序。模塊程序主要包括： 主程序， ST7536 的發(fā)送中斷， ST7536 的接收中斷 和 PC 口的接收 和發(fā)送 中斷 等。 167。 主程序軟件設(shè)計(jì) 主程序主要完成系統(tǒng)初始化和中斷 的調(diào)用。主控端主程序軟件流程圖 41所示： 開 始串 口 初 始 化串 口 中 斷 允 許中 斷 1 初 始 化P C F L A G = = 0S T F L A G = = 0發(fā) 送 P C R B U F 中數(shù) 到 S T R B U FS T R B U F 到 P C返 回NNYY 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 41 主程序軟件流程圖 167。 ST7536 發(fā)送和接收模塊軟件設(shè)計(jì) 開 始S T 7 5 3 6 發(fā) 送 中斷現(xiàn) 場(chǎng) 保 護(hù)T D amp。 0 x 1 = 1P 0 . 5 = 1 P 0 . 5 = 0T D + +T C T C = 0T D 指 向 指 針 * P* P + +T B C T B C = 0關(guān) 中 斷中 斷 返 回NNYYYN 開 始P指 向 TBUF首地 址*P指 向 TDP++TC=8=0開 0中 斷返 回 圖 42 ST7536 發(fā)送軟件流程圖 圖 43 ST7536 發(fā)送啟動(dòng)流程圖 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 開 始S T 7 5 3 6 接 收 中斷讀 P 1 . 3 口 數(shù) 據(jù)P 1 . 2 = 1R D 1 , R D ! 0 x 8 0R D 1 , R D amp。 0 x 7 FS T A T ER D = = 0 x 5 5R D = = 0 x 5 5R C + +R D = = 0 x A A R D = = 0 x A AS T A T E = 1 S T A T E = 2R C + +R C = 8R C = 0R B U F [ i ] = R Pi + +Y中 斷 返 回YNNNYYNNYY012YN 圖 44 ST7536 接收程序流程圖 河南科技