【正文】 經(jīng)過(guò)分析比較，決定采用一個(gè) 8RAM 和 E2PROM 進(jìn)行配合使用。 采集器的原理框圖 采集器硬件結(jié)構(gòu) 存儲(chǔ)模塊 這里使用存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊中還應(yīng)用了 SRAM 的技術(shù)。當(dāng) Modem 接到信號(hào)后，通過(guò) 8250 向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU 接到中斷請(qǐng)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。這就保證了無(wú)論發(fā)生什么情況，系統(tǒng)都會(huì)把所有的表采集完。抄表的主程序調(diào)用了抄表循環(huán)程序。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(gè)子程序進(jìn)行調(diào)用。 圖 集中器主程序無(wú)論是上電復(fù)位還是 X25045 發(fā)出 RESET 信號(hào)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如果反復(fù)若干次而沒(méi)有成功，即跳過(guò)此表而進(jìn)入下一個(gè)表；如果在預(yù)定的次數(shù)內(nèi)讀數(shù)成功，即將對(duì)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(gè)表。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(shí)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。這里我們選用了可編程異步串行接口芯片 8 集中器與 Modem 接口 在與管理中心之間的通信是通過(guò)公用電話網(wǎng)絡(luò)。綜合考慮各種因素，每個(gè)表的數(shù)據(jù)占用 16 個(gè)字節(jié)，分配如下： 0、1 字節(jié)：表所在的采集器號(hào)，0 字節(jié)為設(shè)備號(hào)，1 字節(jié)為區(qū)域號(hào) 9(系統(tǒng))； 2 字節(jié)：該表讀數(shù)是否成功標(biāo)志+表號(hào)； 3 字節(jié)：采集器的狀態(tài)字，包括表的類(lèi)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(shí)、分等時(shí)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)。6 字節(jié)：開(kāi)始抄表的日期7 一 15 字節(jié)：保留位。3 字節(jié)：存放該集中器所負(fù)責(zé)的表的總數(shù)。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(lái)的數(shù)據(jù)的寫(xiě)事務(wù)，這里給出流程圖。由于電力輸送工作在 50HZ，相對(duì)于載波頻率來(lái)說(shuō)是低頻率，故先將在信號(hào)進(jìn)來(lái)之前進(jìn)行高通濾波處理，然后通過(guò) l：1 的線圈將信號(hào)耦合迸來(lái)。我們使用無(wú)源六極 LC 構(gòu)造的濾波器。 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(gè)網(wǎng)絡(luò)接口控制中心，負(fù)責(zé)處理來(lái)自經(jīng)過(guò) Input Filter 處理的電力載波信號(hào)，通過(guò) 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(jí)應(yīng)用單元進(jìn)行通信。 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(shì)，還需要外圍電路的配合。 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(duì)主處理器命令協(xié)議的理解。 2)節(jié)點(diǎn)控制標(biāo)志寄存器(NodeContr01)為只寫(xiě)寄存器。當(dāng)集中器和采集器之間的距離過(guò)長(zhǎng)，信號(hào)衰減過(guò)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(gè)中繼器。 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(jì)數(shù)器的管理等地內(nèi)的尋址信息。主處理器有責(zé)任進(jìn)行地址識(shí)別，并對(duì)報(bào)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。任何在 MON 模式下發(fā)送的分組由于不對(duì)類(lèi)型進(jìn)行檢查，因而都認(rèn)為 UNACK 分組而發(fā)送。監(jiān)控(MON)模式SSC P30 將接收信道上的所有分組，并將所有分組轉(zhuǎn)發(fā)給主處理器。 SSC P300 所提供了多種方便靈活的通信模式，適應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，使得就SSCP300 的通信系統(tǒng)能最大限度的滿足不同場(chǎng)合的需求。這些 Chirps 覆蓋了 10400KHz 的頻帶，并總是以200400KHz 的頻率開(kāi)始，繼而以 100200KHz 的頻率結(jié)束。關(guān)鍵在于集中器與采集器之間高效和可靠的通信。 硬件設(shè)計(jì) 電力載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 這里主要介紹系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，也就是集中器和采集器的硬件設(shè)計(jì)。窄帶擴(kuò)頻是一種比較經(jīng)濟(jì)的方法。 調(diào)制解調(diào)方法由于輸電線信道中存在著大量的無(wú)規(guī)律干擾源，有窄帶的，也有寬帶的，且輸電線的阻抗隨機(jī)變化，對(duì)載波信號(hào)的衰減很大。 (2)多費(fèi)率和管理的需要：比如校時(shí)、修改時(shí)段、斷電等功能，要求通信必須是雙向的。對(duì)實(shí)際使用來(lái)講，從300bps～2400bps都是可行的，但如果太低，僅僅用于抄表尚可以使用，但如果系統(tǒng)具備較強(qiáng)的管理功能，比如：多費(fèi)率數(shù)據(jù)、相位平衡數(shù)據(jù)、線損數(shù)據(jù)和頻繁抄表等，太低的傳輸速率就無(wú)法滿足了。 傳輸速率 載波通信的傳輸速率是自動(dòng)抄表系統(tǒng)的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，也是載波通信技術(shù)水平的一項(xiàng)重要標(biāo)志。 當(dāng)今的技術(shù)發(fā)展日新月異，低壓輸電線作為一種新的通信載體，將在未來(lái)家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面發(fā)揮出不可替代的作用。 :能通過(guò)通信網(wǎng)對(duì)集中器送來(lái)的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)和儲(chǔ)存、校對(duì)抄錄時(shí)間、設(shè)置用戶(hù)編號(hào)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)。 抄表系統(tǒng)各組成部分的功能如下：系統(tǒng)項(xiàng)目本系統(tǒng) 傳統(tǒng)系統(tǒng)I、抄表方式 全電腦自動(dòng)抄表 人工抄表2，供電布線 匯流排方式共用雙線 集中電表房后專(zhuān)線到用戶(hù)與供電局?jǐn)?shù)據(jù)交換 通過(guò)公用線路電話網(wǎng)INTERNET 人工傳送數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率 無(wú)誤傳輸 受人為因素制約管理中心計(jì)算機(jī)電力載波集中器電力Modem電力載波集中器電力Modem 電力Modem 電力Modem數(shù)據(jù)采集器 數(shù)據(jù)采集器 數(shù)據(jù)采集器 數(shù)據(jù)采集器用戶(hù)電能表 用戶(hù)電能表用戶(hù)電能表用戶(hù)電能表 :對(duì)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(hào)輸出；對(duì)于電子式電能表，則可以直接利用表的電脈沖輸出。 2)通過(guò)系統(tǒng)隨意呼叫，每戶(hù)人家當(dāng)前用電量值、最大平均功率出現(xiàn)的時(shí)間，甚至整幢樓每小時(shí)、日、月、年的用電量、最大平均功率及出現(xiàn)時(shí)間，停電時(shí)間和次數(shù)，以及日、月的線損量和線損率都能清晰地顯示。采取無(wú)線的方式雖然是一種很成熟的方案；但因所需發(fā)射功率大而且現(xiàn)在無(wú)線信道環(huán)境惡劣，從而誤碼率較高，可靠性下降，仍難逃脫如何處理強(qiáng)噪聲干擾的問(wèn)題，此外還需遵守有關(guān)法律的規(guī)定，申請(qǐng)使用頻率：使用專(zhuān)線當(dāng)然也是一種方法，但要進(jìn)行大范圍的布線，這需要大量的資金，是電力部門(mén)難以承受的；采用電話線也不失為一種可行的方法，不過(guò)由于電話線并非廣泛分布，仍然需要局部布線，增加額外投資；為此科技人員設(shè)想采用輸電線載波的方式來(lái)達(dá)到此目的，用戶(hù)在哪，輸電線也在哪，這是其他的方法所無(wú)法比擬的，針對(duì)輸電線載波的應(yīng)用已有很長(zhǎng)的研究時(shí)間了，先前的應(yīng)用研究主要在窄帶方面。為了解決抄表的技術(shù)問(wèn)題，已有不少科技人員做過(guò)這方面的研究，并已經(jīng)取得了一些階段性的成果。它是衡量系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，關(guān)系到系統(tǒng)的實(shí)用性。 1)集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與通信信道的關(guān)系 很多人認(rèn)為輸電線通信信道不穩(wěn)定、干擾多、衰減大，因此，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸容易使數(shù)據(jù)出錯(cuò)，其實(shí)這是一種誤解。目前衡量輸電線載波集抄系統(tǒng)的先進(jìn)與否，關(guān)鍵是看它能否進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，也就是能否每時(shí)每刻都保持很高的通信成功率。所謂電能表自動(dòng)抄表，是指供電部門(mén)將安裝在用戶(hù)的電能表所記錄的用電量等數(shù)據(jù)通過(guò)遙測(cè)、傳輸和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)匯總到管理部門(mén)。 基于輸電線載波通信的自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性、可行性 低壓輸電線集中抄表的必要性 當(dāng)前，電力抄表基本上都是人工來(lái)完成，即由抄表人員挨家逐戶(hù)查抄電表。相對(duì)于用電話撥號(hào)上網(wǎng)和ADSL來(lái)講大多數(shù)家庭電話線路不多，限制了可連結(jié) 帶接入原圖上網(wǎng)的電腦數(shù)，而PLC則不受這方面影響，在家庭各個(gè)插頭處都可以連接電腦。兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，可大大提高網(wǎng)絡(luò)性能。這實(shí)際上限制了CEBus網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大便不實(shí)用了。在用戶(hù)通信設(shè)備入口端上也安裝阻波器，把家庭內(nèi)部的輸電線通信網(wǎng)(PL)與外面相隔離。在目前的CEBus標(biāo)準(zhǔn)中只有一個(gè)信道，將來(lái)可能要增加1個(gè)或幾個(gè)data channel，屆時(shí)資源分配將復(fù)雜起來(lái)。跨媒體傳輸提高了網(wǎng)絡(luò)的健壯性和靈活性，同時(shí)也使生活空前方便。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，所以它有“路橋”的概念。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)路由、路橋、確定網(wǎng)址、流量控制、給數(shù)據(jù)分段、丟棄無(wú)線媒體收到的重復(fù)包等。有時(shí)MAC還承擔(dān)查錯(cuò)任務(wù)。CEBus使用csMA/cD方法來(lái)控制其節(jié)點(diǎn)對(duì)輸電線媒介的訪問(wèn)。 CEBus(消費(fèi)電子總線、家庭總線)包括兩標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)用于低速(低于lOkbps)控制，另一個(gè)用于高速數(shù)據(jù)信號(hào)，如數(shù)字視頻傳輸。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)輸電線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠铩Ｒ话汶娏d波信號(hào)只能在單相輸電線上傳輸； 4)不同信號(hào)藕合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同，藕合方式有線～地藕合和線～中線藕合。特點(diǎn)： 1)“電網(wǎng)在線”所產(chǎn)生的輻射問(wèn)題不易解決。高速率輸電線通信設(shè)備理論上可以組成輸電線局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，為了克服低壓網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的困難，人們正試圖將先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)引入到PLC中。在PN碼平衡調(diào)制器中，高碼率PN碼脈沖序列調(diào)制通信信號(hào)、輸出展寬的擴(kuò)展頻譜。為了與高速率數(shù)據(jù)通信兼容，其帶外頻譜功率小于lmVrms。每個(gè)字符組包括一個(gè)啟始位(地邏輯電平)，8個(gè)數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位(高邏輯電平)。其使用中有以下特征：一是以一個(gè)變壓器為一個(gè)集中通信單元；二是采用一些有效的通信規(guī)程，使其具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力；三是必須能在不同相線上進(jìn)行有效的通信。 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求更高 現(xiàn)代通信對(duì)輸電線載波的要求也更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)方面，需要將原先僅限于通道的概念擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)概念。有時(shí)在中壓或低壓配電網(wǎng)載波通道的衰減大到難以實(shí)現(xiàn)通信的狀況時(shí)，設(shè)計(jì)人員不得不采用特殊的通信方式或設(shè)計(jì)多通道電路來(lái)自動(dòng)進(jìn)行選擇。 線路衰減大且具有時(shí)變性 高壓輸電線載波通道衰減與頻率的平方根成正比，且具有時(shí)變性。因此，在這樣惡劣的噪聲環(huán)境下，輸電線載波機(jī)一般都采用較大的輸出功率電平(37～49dBm)來(lái)獲得必要的信噪比。 2)脈沖噪聲，由開(kāi)關(guān)操作引起，這種噪聲與電站操作活動(dòng)的關(guān)系較大。目前大多數(shù)高壓及中壓輸電線載波機(jī)生產(chǎn)企業(yè)己按照生產(chǎn)許可證的要求建立了較為完善的質(zhì)量體系。近來(lái)隨著光纖通信的發(fā)展和全數(shù)字輸電線載波機(jī)的出現(xiàn)，稍微緩解了載波頻譜的緊張程度。在中壓配電網(wǎng)載波和低壓用戶(hù)電網(wǎng)載波中，節(jié)省線路建設(shè)費(fèi)用，無(wú)須考慮破壞家庭己裝修環(huán)境，也仍然是載波通信的優(yōu)勢(shì)。在不同的時(shí)間段、不同的地點(diǎn)，衰減幅度也不同，有時(shí)變化會(huì)很大。但在某些頻率，由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線效應(yīng)的影響，衰減會(huì)出現(xiàn)突然的迅速增加。而且大多數(shù)的開(kāi)關(guān)電源都在一次側(cè)接有補(bǔ)償電容，雖然電容量較小，但是由于數(shù)量較多，所以其影響不容忽視。而且高頻信號(hào)在低電壓輸電線上傳輸時(shí)，其衰減隨工頻電源的相位而變化。但是，由于輸電線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上面的負(fù)載的阻抗也不匹配，所以信號(hào)會(huì)遇到反射、駐波等復(fù)雜現(xiàn)象。對(duì)高頻信號(hào)而言，低壓輸電線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的負(fù)載在這根線上的任意位置隨機(jī)地連接或斷開(kāi)。前者是因?yàn)樵诓煌碾娋W(wǎng)之間，連接的負(fù)載、線路情況、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等都不同，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的各種參數(shù)都不同，則必然會(huì)影響干擾的分布。強(qiáng)度都各不相同。 再次，來(lái)看低壓輸電線上的多變性干擾。而在離接收機(jī)近距離的范圍內(nèi)；某些中小功率的負(fù)載，如日光燈、計(jì)算機(jī)等的開(kāi)關(guān)也會(huì)產(chǎn)生較大的突發(fā)脈干擾而影響通信。雷電波沿線路侵入變電站，并通過(guò)一、二次系統(tǒng)間的各種耦合或接地網(wǎng)進(jìn)入二次回路。除了上述的周期性和連續(xù)性的干擾外，輸電線上還存在許多隨機(jī)發(fā)生的干擾。幅值較低的連續(xù)干擾就屬于這種干擾。 另外，有許多大功率的用電設(shè)備，如電機(jī)等，會(huì)在電網(wǎng)上產(chǎn)生很多的高次諧波。因此，這種周期干擾主要是由大量的高頻干擾組合而成的。 首先說(shuō)明低壓輸電線上的周期性干擾。非人為干擾指的是一些自然現(xiàn)象，如雷電在輸電線上引起的干擾。但是，由于負(fù)載類(lèi)型的不同，使不同頻率的阻抗變化也不同，所以實(shí)際情況非常復(fù)雜，甚至使傳輸阻抗的變化不可預(yù)測(cè)。 但研究表明低壓輸電線上的輸入阻抗與所傳輸?shù)男盘?hào)頻率密切相關(guān)。 輸入阻抗是表征低壓輸電線傳輸特性的重要參數(shù)。在我們使用輸電線作為信號(hào)傳輸媒介之前，需要輸電線的這些信道特性進(jìn)行分析。3 輸電線載波通信可行性分析 低壓輸電線載波信道分析 要在干擾嚴(yán)重的低壓輸電線上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)通信并非易事，因此在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前有必要分析輸電線載波的可行性，認(rèn)識(shí)輸電線載波方式區(qū)別于其他通信方式的特殊性，了解低壓輸電線信道特性。 2)中速率通信(150KB/S)，主要應(yīng)用于固定小區(qū)間、樓宇間的數(shù)字通信。電力公司能夠以低廉的價(jià)格為用戶(hù)提供電信服務(wù)，在電信市場(chǎng)上更具競(jìng)爭(zhēng)力。 7)利用PLC的永久在線連接構(gòu)建防火、防盜、防有毒氣體泄漏等的保安監(jiān)控系統(tǒng)，讓上班族高枕無(wú)憂；構(gòu)建醫(yī)療急救系統(tǒng)，讓家有老人、孩子和病人的家庭倍感方便。 3)利用輸電線載波進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制以及雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于資源省、成本低、靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、輸出功率大、載波頻率寬，具有廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。利用這些基礎(chǔ)設(shè)施，加上高速PLC解決家庭網(wǎng)絡(luò)方案，電力公司投入的費(fèi)用是很少的，但產(chǎn)生的利潤(rùn)卻是極為可觀的。 利用已經(jīng)存在的電力網(wǎng)和電力通信網(wǎng)設(shè)施，電力公司僅需