【正文】 器/路由器模式 在 CON 模式下，SSC P300 用 CEBus 信道存協(xié)議、發(fā)送服務(wù)和分組格式，充當(dāng)一個媒介存取設(shè)備。主處理器有責(zé)任進(jìn)行地址識別，并對報頭和 NPDU(網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元)中的地址區(qū)內(nèi)容進(jìn)行重新定義。其分組接收和發(fā)送功能描述如下： 分組接收：己接收的分組無需進(jìn)行地址檢查就可以傳輸給主處理器。它只須主處理器決定分組的地址狀態(tài)，對源地址和目標(biāo)地址管理其序列數(shù)和關(guān)聯(lián)的計數(shù)器。此外，主處理器還必須為關(guān)聯(lián)計數(shù)器記錄以接收的 NPDU 事件。 分組發(fā)送：主處理器為發(fā)送設(shè)定了包括序列數(shù)的狀態(tài)和發(fā)送關(guān)聯(lián)計數(shù)器的管理等地內(nèi)的尋址信息。這些模式有各自的不同用途，一般的采集器和集中器之間的通信采用的是 DLL 模式，集中器和采集器將組成一個類似于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。集中器作為主機(jī)(Master)，而采集器作為從機(jī)(Slave)，它們之間的通信是由集中器控制，集中器通過廣播的方式向所有的采集器發(fā)送信號，而只有當(dāng)數(shù)據(jù)中的目標(biāo)地址和自身的網(wǎng)絡(luò)地址相同時，采集器才會做出反應(yīng)，以接收數(shù)據(jù)，其它情況下，采集器不作任何的反應(yīng)。而控制器/路由器模式主要用在中繼器和路由器上。當(dāng)集中器和采集器之間的距離過長，信號衰減過大，影響接收質(zhì)量，因此需要在集中器和采集器之間安裝一個中繼器。在中繼功能下，對于接到的數(shù)據(jù)，無論地址如何，中繼器都將其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)傳輸。 SSC P300 其它控制功能除了選擇不同的通信模式之外，SSC P300 還提供了豐富的控制功能，各種控制功能有 SSC P300 眾多的寄存器來實(shí)現(xiàn)。 1)接口標(biāo)志寄存器(InterfaceFlag)該寄存器為只讀寄存器。 2)節(jié)點(diǎn)控制標(biāo)志寄存器(NodeContr01)為只寫寄存器。 3)狀態(tài)信息寄存器(Statuslnfo)為只寫寄存器 4)數(shù)據(jù)鏈路的存取控制寄存器(DLLAccessContr01)為只寫寄存器。 5)數(shù)據(jù)鏈路層的鏈路狀態(tài)寄存器(DLLLinkStatus)為只讀寄存器。 這些寄存器提供了全面的通信接口控制和狀態(tài)信息，為研制開發(fā)高性能的電力載波通信系統(tǒng)提高了良好的技術(shù)保障。 SSC P300 的分組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的格式符合 EIA600 標(biāo)準(zhǔn)，并且有助于對主處理器命令協(xié)議的理解。每個分組都包含一個報頭和一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(NPDu)。 其中數(shù)據(jù)后頭包含數(shù)據(jù)鏈路層的控制信息和尋址區(qū)。數(shù)據(jù)鏈路層的控制信息包括選擇服務(wù)類別(基礎(chǔ)服務(wù)和擴(kuò)展服務(wù))和分組的類型。 基于 SSC P300 的高性能電力載波 Modem 模塊實(shí)現(xiàn) SSC P300 提供了極強(qiáng)的載波通信功能，但要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，還需要外圍電路的配合。因此，在研制遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)之前，先研制基于 SSC P300 通用的電力載波 Modem。它不但可以利用于遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，與可應(yīng)用于其它需要通過輸電線傳送數(shù)據(jù)的場合。因?yàn)樵?Modem 是基于 SSC P300，因此其也應(yīng)具有 SSC P300 所有的通信功能。 Modem 總體方案圖 Modem 原理圖 由單片機(jī)單元 MCU 和芯片 Intellon P300 組成一個網(wǎng)絡(luò)接口控制中心，負(fù)責(zé)處理來自經(jīng)過 Input Filter 處理的電力載波信號，通過 Output Circuit 向輸電線發(fā)送載波數(shù)據(jù)，并且控制命令線 CON 和串行通信線 TXD、RXD 上級應(yīng)用單元進(jìn)行通信。其具體電路設(shè)計如下： 與 P300 的連接考慮到 Modem 工作的可靠性，需要選用帶有硬件復(fù)位電力的器件，在這時選National SemIConductor 公司的 COP822CJ 作為控制芯片。圖 COP822CJ 與 P300 連接的原理圖輸入濾波電路其為一前置帶通濾波器，主要把載波信號從模塊耦合進(jìn)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。因?yàn)樾酒d波頻率處于 I00KHZ之間，不能采用變通的運(yùn)算放大器進(jìn)行濾波和放大。我們使用無源六極 LC 構(gòu)造的濾波器。 這部分電路把要發(fā)送的信號進(jìn)行功率放大，并在三態(tài)形狀打開期間，通過高壓耦合模塊耦合到輸電線上。功率放大器采用芯片 P11l，此功率放大電路將信號電壓幅度增至原來的 2 倍,然后傳輸?shù)捷旊娋€耦合電路最后送到輸電線。 這部分電路主要是將信號由輸電線進(jìn)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(jìn)來之前進(jìn)行高通濾波處理，然后通過 l：1 的線圈將信號耦合迸來。為防止瞬間過載對設(shè)備造成損害，在線圈的輸電線一邊增加防高壓元件，而在設(shè)備一側(cè)增加穩(wěn)壓電路。 軟件部分除主程序外還包括如下幾個子程序：初始化子程序、讀子程序、寫子程序串口中斷子程序(與 Host 的通信)。初始化子程序主要是根據(jù)具體要求具體應(yīng)用要求設(shè)置Modem 地址和一些特定的參數(shù)，以滿足不同應(yīng)用的需要。主程序主要是處理讀數(shù)據(jù)事務(wù)，而串口中斷子程序主要是處理從 Host 來的數(shù)據(jù)的寫事務(wù)，這里給出流程圖。圖 軟件流程圖 集中器設(shè)計 集中器主要是面向小區(qū)，它的功能是定期向采集器發(fā)出命令，抄取采集器中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于 E2PROM。然后當(dāng)接到中心控制的命令后，將數(shù)據(jù)通過公用電話網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心。 原理框圖圖 集中器原理圖 E2PROM 硬件結(jié)構(gòu)集中器自身參數(shù)存儲于開始的 16 個字節(jié)中，主要是確定自身的地址、所負(fù)責(zé)的總數(shù)、抄表狀態(tài)的標(biāo)志，各位描述如下：0、1 字節(jié)：存放集中器自身的地址，每次系統(tǒng)啟動時將該地址讀出，作為 LayConfigInfor 的設(shè)各地址和系統(tǒng)地址對電力載波 Modem 初始化。3 字節(jié)：存放該集中器所負(fù)責(zé)的表的總數(shù)。每次增加表時，總數(shù)自動加一。4 字節(jié)：存放抄表是否完成的標(biāo)志。5 字節(jié)：存放當(dāng)月的月份數(shù)據(jù)，用于確定當(dāng)前月的表讀數(shù)是否已經(jīng)開始。6 字節(jié)：開始抄表的日期7 一 15 字節(jié)：保留位。所負(fù)責(zé)表的參數(shù) 集中器中表的數(shù)據(jù)是按照寫入數(shù)據(jù)先后順序安排的。一般情況(如開始統(tǒng)一安裝)到目前為下，該順序是主要采集器號由小到大排列，同一采集器號按表號從小到大排列。如果以后在增加表，則改表數(shù)據(jù)將被存儲在最后。綜合考慮各種因素，每個表的數(shù)據(jù)占用 16 個字節(jié)，分配如下： 0、1 字節(jié)：表所在的采集器號，0 字節(jié)為設(shè)備號，1 字節(jié)為區(qū)域號 9(系統(tǒng))； 2 字節(jié)：該表讀數(shù)是否成功標(biāo)志+表號； 3 字節(jié)：采集器的狀態(tài)字，包括表的類型、后備電池的電壓狀態(tài)等；47 字節(jié)：為最近一次讀表的年、月、日、時、分等時間數(shù)據(jù)；811 字節(jié)：當(dāng)月該表讀數(shù)；1215 字節(jié)：上月該表讀數(shù)。 時鐘模塊 時鐘模塊的引入使得系統(tǒng)自動工作成為可能。它具有定時中斷請求輸出。當(dāng)每月抄表數(shù)據(jù)，時鐘模塊就向 CPU 發(fā)出一個中斷請求信號，這時 CPU 就啟動抄表的中斷程序，進(jìn)行抄表。 集中器與 Modem 接口 在與管理中心之間的通信是通過公用電話網(wǎng)絡(luò)。外置式的 Modem 具有電話線接口，可以自動撥號，自動應(yīng)答，具有電話號碼和參數(shù)配置數(shù)據(jù)存儲器，具有自動速度緩沖和流量控制，數(shù)據(jù)傳輸方式采用異步硬件方式。用戶可以方便的配置調(diào)制解調(diào)器，發(fā)起和應(yīng)答呼叫與無端系統(tǒng)通信。由于集中器是通過單片機(jī)控制 Modem 通信的，故必須采用擴(kuò)展芯片對 Modem 控制。這里我們選用了可編程異步串行接口芯片 88250 是可編程的異步串行通信口，它和 PC 機(jī)串行口相似，能夠直接控制調(diào)制解調(diào)器。具有以下的特點(diǎn)：可在較大范圍內(nèi)選擇波特率。多個中斷源合用同一中斷請求線，具有中斷允許和中斷優(yōu)先級控制功能；內(nèi)部各個寄存器都有獨(dú)立的端口地址，不會引起誤操作，可靠性高； 軟件設(shè)計集中器主要負(fù)責(zé)定期抄取各個采集器的數(shù)據(jù)，并等待來的自管理中心的命令，向管理中心傳輸各種數(shù)據(jù)；同時根據(jù)來自管理中心的命令對各采集器進(jìn)行操作。在所有的操作中，定期讀取各采集的數(shù)據(jù)的功能是最主要的，同時也是最復(fù)雜的，故這里只介紹定期抄取采集器中數(shù)據(jù)的程序。CPU 采用查詢的方式獲取時間數(shù)據(jù)，一旦時間進(jìn)入預(yù)定抄表日期，則啟動抄表程序。第一步先將各表數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志(AllDataReady)清零。抄取發(fā)出第一個表的各種信息，發(fā)完后進(jìn)入等待狀態(tài)，在預(yù)定的時間內(nèi)沒有收到特定表的正確數(shù)據(jù)，即重發(fā)命令，再等待。如果反復(fù)若干次而沒有成功，即跳過此表而進(jìn)入下一個表；如果在預(yù)定的次數(shù)內(nèi)讀數(shù)成功，即將對應(yīng)表的上月讀數(shù)往后挪，再將新讀取的數(shù)據(jù)存迸 EZPROM 中，一切操作完之后，將該表的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志(DataReadyFlag)置位，并將已成功讀取數(shù)據(jù)的表數(shù) DataReadyMetercount 一直循環(huán)到最后一個表。當(dāng)所有的表都已讀完，檢查 DataReadyMetercount，若 DataReadyMeterCount 檢 DataReadyMetercount 等于總表數(shù)(Total Meter)，說明所有表的數(shù)據(jù)都已成功讀取，將AllDataReady 置 1；若 DataReadyMetercount 小于 據(jù)沒有成功讀取，重新執(zhí)行以上操作，直到 DataReadyMetercount=TotalMeter 為止。當(dāng)然，只需對 DataReadyFlag=O 的表進(jìn)行讀數(shù)。圖 是集中器的主程序流程圖。 圖 集中器主程序無論是上電復(fù)位還是 X25045 發(fā)出 RESET 信號使系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)都重新進(jìn)行初始化工作，包括初始化電力載波 Modem 和 8接著系統(tǒng)讀取時間數(shù)據(jù)，看是否到來抄表的日期，若當(dāng)前時間數(shù)據(jù)為抄表日數(shù)據(jù)，就檢查 E2PROM 中的月數(shù)據(jù)，若當(dāng)前的月數(shù)和 E2PROM中的存儲月數(shù)據(jù)一致，說明系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行過抄表操作，抄表是否成功需要往下繼續(xù)檢查ALLDataReadyFlag 標(biāo)志再定。若當(dāng)前的月數(shù)據(jù)和 E2PROM 中的月數(shù)據(jù)不一至，則說明當(dāng)月的表讀數(shù)還沒有抄取，于是啟動定期讀表程序。從定期讀表程序退出來后，系統(tǒng)還會檢查 ALLDataReadyFlag，若 ALLDataReadyFlag 為則證明所有表都已成功讀取，若為 0，則說明系統(tǒng)曾經(jīng)進(jìn)行過抄表操作，但沒有把所有表的數(shù)據(jù)成功讀完，需重新調(diào)用讀表操作。這一步的操作為定期抄表操作中的一部分，因此可作為一個子程序進(jìn)行調(diào)用。接著讀取日期數(shù)據(jù)?？紤]到干擾的存在，我們把讀表的時間定在一個較長的時間內(nèi)，以保證各表的讀數(shù)絕對成功。然后進(jìn)入一個 dowhile 的循環(huán)，再讀取日期數(shù)據(jù)，只要現(xiàn)在讀的日期和先前讀到的日期數(shù)據(jù)相差不超過 5 天。抄表的主程序調(diào)用了抄表循環(huán)程序。其主要是完成一個從第一個表到最后一個表的讀數(shù)循環(huán)，在這一個循環(huán)中，若某一個表讀數(shù)經(jīng)過若干次嘗試還沒成功，即跳過，讀取下一個表數(shù)據(jù)，在下一個循環(huán)中在讀取末成功讀取數(shù)據(jù)的表的數(shù)據(jù)。在一個主抄表程序的基礎(chǔ)上，我們得到定時抄表程序流程圖如下圖 所示。在這里，除了調(diào)用定期抄表程序外，還可能調(diào)用抄表主程序，而定期抄表程序包含了抄表主程序，之所以這樣做，是考慮了有時在調(diào)用定期抄表程序時發(fā)生了程序的跑飛而造成系統(tǒng)復(fù)位，這時采集器只抄取了一部分，而系統(tǒng)只是檢查時間數(shù)據(jù)的話就不可能再進(jìn)入抄表程序，這時就需要系統(tǒng)主動檢查 ALLDataReadyFlag 以確定是否需要再進(jìn)入抄表程序。這就保證了無論發(fā)生什么情況，系統(tǒng)都會把所有的表采集完。當(dāng)然，為了避免系統(tǒng)在非 圖 定時抄表程序常短的時間內(nèi)把表數(shù)據(jù)采集完，這時循環(huán)檢查時間數(shù)據(jù)時，時間數(shù)據(jù)的日期還是定期讀數(shù)的日期而重新進(jìn)行抄表操作，這就需要在每次定期抄表的時候，將該次抄表的月數(shù)據(jù)寫進(jìn)相應(yīng)的 E2PROM 位置，當(dāng)系統(tǒng)檢查到日期為定期抄表的日期時，還要檢查當(dāng)前的月數(shù)據(jù)和集中器的存儲的月數(shù)據(jù)是否一樣，如不一樣才進(jìn)入定期抄表程序，否則跳過，執(zhí)行下面的程序。 集中器另外一個重要的功能就是和管理中心進(jìn)行通信，傳輸各表數(shù)據(jù)。這是通過一個中斷程序來完成的。當(dāng) Modem 接到信號后，通過 8250 向 CPU 發(fā)出中斷請求，CPU 接到中斷請求后進(jìn)入中斷程序，將相應(yīng)表的數(shù)據(jù)從 E2PROM 讀出，然后 8250 和 Modem 向管理中心傳輸。 采集器設(shè)計 采集器主要負(fù)責(zé)實(shí)時記錄各個計費(fèi)終端(即各個脈沖中斷源)的脈沖，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的計費(fèi)單位，存儲于相應(yīng)的 E2PROM 位置中。當(dāng)接到相應(yīng)集中器的讀取數(shù)據(jù)的命令，則將相應(yīng)的表數(shù)據(jù)從 EZPROM 中取出，通過電力載波模塊向上傳送。同時還檢測自身的備用電池狀態(tài)和周圍的磁場狀態(tài)。 采集器的原理框圖 采集器硬件結(jié)構(gòu) 存儲模塊 這里使用存儲模塊，存儲模塊中還應(yīng)用了 SRAM 的技術(shù)。現(xiàn)有的 E2PROM 以美國的公司產(chǎn)品性能最好，而它們的產(chǎn)品也只能擦寫 10 萬次，這對于記錄電表的脈沖源來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，當(dāng)然我們可以考慮使用 E2PROM 中多個存儲單元來為一個中斷源服務(wù)，當(dāng)一個存儲單元的存儲次數(shù)達(dá)到器件的存儲極限時，將數(shù)據(jù)存于下一個單元中。然而，這在價格、操作上的要求是比較高的。因?yàn)橄到y(tǒng)要時刻記住當(dāng)前單元已存儲的次數(shù)，還要記住當(dāng)前單元的序號，不僅如此，每次接到脈沖中斷時，都要讀出這些數(shù)，并進(jìn)行比較，將會浪費(fèi)大量的資源。經(jīng)過分析比較，決定采用一個 8RAM 和 E2PROM 進(jìn)行配合使用。平時系統(tǒng)接到脈沖時，在 SRAM 中進(jìn)行累加，當(dāng)累加到一定的數(shù)量，再寫。比如對于電表，我們可以在 SRAM 中累加到一度，再寫進(jìn)