【正文】 參 考 文 獻(xiàn)[1] [M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1993.[2] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.[3] [D].安徽：合肥工業(yè)大學(xué)，2005.[4] [D].西安：西安科技大學(xué)，2006.[5] P300的小區(qū)自動(dòng)抄表系統(tǒng)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2005.[6] [J]. 應(yīng)用科技,2001, 28（1）：1718.[7] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2008. [8] [D].太原：太原理工大學(xué)，2005.[9] 劉思久，[J].電器與儀表，2003， 40（456）：3741.[10] 模擬部分（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.[11] [D].蘭州：蘭州理工大學(xué)，2006.[12] [D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2003.[13] 夏為民. 擴(kuò)頻技術(shù)在電力線載波通信中的應(yīng)用研究[M].南京:南京理工大學(xué),2002.[14] [J]. 昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2001, 17（1）：4446.[15] 劉剛，韓恒，[J].安康學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，19（2）：8386.[16] 周向紅，范偉. 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1：47.。感謝我的合作伙伴王磊同學(xué)、以及其他所有同學(xué)，他們?cè)谖艺撐木帉戇^程中給了很多幫助和很好的建議。感謝論文主審和答辯委員會(huì)的全體成員，他們辛勤的工作和誠懇的建議使得我的論文更加完善。在此，謹(jǐn)向陳老師致以我最誠摯的謝意!感謝我所有的專業(yè)課老師，感謝他們幾年來在各個(gè)方面對(duì)我們的關(guān)懷和指導(dǎo)。陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)作風(fēng)、忘我的工作熱情、不斷進(jìn)取的創(chuàng)新精神都是我學(xué)習(xí)的楷模。各種方案都有其特點(diǎn)，有其相適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境和存在的條件，不能一概而論，甚至在特殊情況下還需要將其結(jié)合在一起，揚(yáng)長避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)抄表技術(shù)這幾年發(fā)展很快，尤其是在網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)飛速進(jìn)步的強(qiáng)勁支撐下，表現(xiàn)出與燃?xì)?、水、熱量等自?dòng)抄表技術(shù)的更加緊密地結(jié)合，并明顯加快了融入現(xiàn)代綜合化網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)的步伐。這套系統(tǒng)的使用極大地減少電力部門的勞動(dòng)量，同時(shí)提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)系統(tǒng)稍加擴(kuò)充，便可完成對(duì)煤氣表、自來水表的自動(dòng)抄收，從而推進(jìn)智能化小區(qū)的建設(shè)。由于軟件設(shè)計(jì)不是本文的主要任務(wù)，在此不做詳細(xì)介紹。本章簡單介紹了集中器的軟件系統(tǒng)。經(jīng)過初始化操作以后,主控制器就可以使用寫操作發(fā)送數(shù)據(jù)包了，數(shù)據(jù)包的發(fā)送完成和數(shù)據(jù)包接收完成的通知(給處理器),需要使用讀操作來確定具體的中斷原因。這四種操作分別是初始化、寫、讀、中斷服務(wù)程序。MSM7512B的最高波特率為120ObpS，因此，設(shè)置W77E58的波特率時(shí)，最高不能超過1200bps，否則MSM7512B不能正常工作。發(fā)送完一包數(shù)據(jù)后，集中器若接收到上位機(jī)發(fā)送的“W”指令，說明發(fā)送有錯(cuò)誤，要求重發(fā)本包數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳送完成后，使MODEM從聯(lián)機(jī)狀態(tài)返回到命令狀態(tài)，延時(shí)一段時(shí)間后發(fā)送掛機(jī)命令，一次數(shù)據(jù)通信結(jié)束。集中器向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖如圖52所示。 集中器向上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸與集中器相連接的MODEM在進(jìn)行初始化設(shè)置時(shí)將自動(dòng)應(yīng)答功能開啟，這樣呼叫方MODEM撥號(hào)后，等待集中器MODEM送來的載波信號(hào)，集中器MODEM檢測(cè)到預(yù)定的響鈴次數(shù)后便自動(dòng)摘機(jī)，然后與呼叫方進(jìn)行載波連接。從抄表循環(huán)程序退出來后，系統(tǒng)還會(huì)檢查到表是否成功，若成功為1，則證明所有表都已成功讀??；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)用抄表循環(huán)程序。接著檢測(cè)集中器和電表的數(shù)據(jù)庫是否存在后，才能保證抄表工作準(zhǔn)確；若數(shù)據(jù)庫已下載，當(dāng)數(shù)據(jù)庫下載完成并退出與上位機(jī)的通信后集中器進(jìn)入抄表狀態(tài)。在所有的操作中，定時(shí)讀取各載波電表的數(shù)據(jù)是最主要的也是最復(fù)雜的，本文主要介紹集中器定時(shí)抄取載波電表數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)。(c)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊集中器會(huì)將抄收回來的電表數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)。(a)上位機(jī)下發(fā)給集中器的指令全抄指令：上位機(jī)與集中器建立通信鏈路后下發(fā)的全抄指令，應(yīng)將存儲(chǔ)在RAM中的所有電表數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)；集中器和載波電表的通信主要指集中器根據(jù)上位機(jī)下載的定時(shí)抄收電表數(shù)據(jù)；根據(jù)上位機(jī)下發(fā)指令實(shí)時(shí)抄收電表數(shù)據(jù)。利用模塊化技術(shù)，可以將錯(cuò)誤控制限在模塊內(nèi)部而不影響整體，提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性和可維護(hù)性。本文采用模塊化設(shè)計(jì)思想，將一個(gè)完整的程序分成若干個(gè)可以成某些任務(wù)的功能模塊，各模塊又分為若干子模塊，各子模塊之間立，又受主程序模塊的控制。集中器系統(tǒng)軟件使用匯編語言進(jìn)行編寫，這種語言具有功能浮點(diǎn)運(yùn)算、編程靈活和移植性好等優(yōu)點(diǎn)。本協(xié)議是參照電力部門規(guī)定的通信協(xié)議來編寫的，在某些具體的數(shù)據(jù)格式上采用了特有的組織方式。系統(tǒng)中各個(gè)單元都有對(duì)應(yīng)的軟件，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)既是一個(gè)整體，又相互獨(dú)立，其間靠通信協(xié)議相互聯(lián)系。 5 電力線載波抄表系統(tǒng)集中器軟件的設(shè)計(jì)電力線載波抄表系統(tǒng)的硬件水平由于擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展使其成為可能，而軟件中繼技術(shù)的應(yīng)用使這種可能變成了現(xiàn)實(shí)。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。 220V交流市電通過電源變壓器變換成為交流低電壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C28的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的VIN和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。本文采用典型的穩(wěn)壓電源電路，電路圖如下所示：圖415穩(wěn)壓電源電路圖[10]如圖所示電路為輸出電壓 5V、。本文設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓等四部分組成。R37/R30和R38/R31的比值即為輸入、輸出的放大倍數(shù)，可根據(jù)需要選擇不同的阻值。下屬各站點(diǎn)的反饋數(shù)據(jù)進(jìn)入有線傳輸信道后送到中央控制器中的MSM7512B的AI端進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的數(shù)據(jù)從RD端輸出，經(jīng)過W77E58的串行口RXD接收端存到對(duì)應(yīng)的RAM單元?！?】 主控器與MODEM通信接口電路 圖413 MSM7512B與主控器的連接圖414 MSM7512B與電話網(wǎng)的連接MSM7512B的工作模式選擇MOD2和MOD1均接地，使芯片工作處于模式1，即采取1200bps速率的半雙工工作方式。工作方式可設(shè)置成中斷方式或查詢方式。而要使Modem發(fā)送數(shù)據(jù)，還需要計(jì)算機(jī)置／RS腳為低電平。具有載波檢測(cè)功能，當(dāng)內(nèi)部檢測(cè)到從2腳（AI）輸入的FSK載波信號(hào)時(shí)，其10腳（CD/）輸出為低電平，否則為高電平。AO是信號(hào)輸出端，即調(diào)制器輸出端。MSM7512B主要由調(diào)制器（發(fā)送器）、解調(diào)器（接收器）、接口控制邏輯組成。由單電源（3～5V）供電，采用FSK半雙工調(diào)制解調(diào)方式，通信速率為1200bps，低功耗（典型值僅25mW），穩(wěn)定性好，具有片內(nèi)回音消除電路，模擬輸出可直接連入PSTN；并具有TTL接口，其FSK輸出信號(hào)可直接驅(qū)動(dòng)600Ω的通信電路，外圍電路簡單，可方便地與數(shù)字系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制解調(diào)器芯片主要有MSM7512B、AM7910等，本文采用MSM7512B芯片進(jìn)行通信。如果采用專用調(diào)制解調(diào)器芯片，自己設(shè)計(jì)外圍電路、電話接口不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本高、開發(fā)周期長，而且通用性差。這是因?yàn)楣秒娫捑W(wǎng)為模擬電話線路，數(shù)字信號(hào)不能直進(jìn)入這樣的信道，必須通過一個(gè)中間設(shè)備MODEM，它用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信到模擬信號(hào)和模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)通信備。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，特別是在傳輸數(shù)據(jù)量不是很大、通信數(shù)據(jù)不是很頻繁的時(shí)候，使用MODEM，并利用公用電話交換網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸不失為一種可行的方法。因?yàn)镸AX485一端接計(jì)算機(jī)，如果直接與單片機(jī)連接會(huì)引入干擾信號(hào)，所以在MAX485和單片機(jī)連接時(shí)，需要加光電隔離器，防止干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，影響系統(tǒng)正常工作。本文中的電平轉(zhuǎn)換采用MAXIM公司的MAX485芯片完成。實(shí)際中常采用RS485標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行長距離數(shù)據(jù)通信，目前常用的與TTL的電平接口是MAX485和MAX489, 其片內(nèi)含有一個(gè)發(fā)送器和一個(gè)接收器，MAX485為差分平衡型收發(fā)器。芯片的外圍電路也很簡單，只需4個(gè)電容就可正常工作。MAX232是多路RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，分別提供了兩路TTL/CMOS電平輸入，RS232電平輸出及兩路RS232電平輸入，TTL/CMOS輸出的轉(zhuǎn)換。RS232是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，完全與TTL、CMOS邏輯電平不同。我們選擇使用計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口RS232作為集中器和上位機(jī)的通訊方式。SSC P300從電力線上耦合并解調(diào)出來產(chǎn)生解調(diào)后的信號(hào)。 主處理器W77E58作為控制核心,控制通過5線的串行外圍接口(SPI)把即將發(fā)送的分組先傳輸?shù)絊SC P300內(nèi)部的DLL處理器,而DLL處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給DSP功能塊。單片機(jī)通過發(fā)送命令讀取這些數(shù)據(jù)結(jié)來判斷發(fā)生的事件及當(dāng)前狀態(tài), P300之間的傳送是通過SPI接口實(shí)現(xiàn)的。電力線媒介的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信是由SSC P300管理的,SSC P300提供的由主制器通過SPI端口管理的功能使得主處理器獲得最佳的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)W77E58是整個(gè)模塊工作的控制核心。SSC P111媒介接口和電力線耦合電路部分完成緩沖放大、低通濾波和信號(hào)耦合等功能。我們選擇使用計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口RS232和RS485作為SSPM和上位機(jī)的通訊方式。DSP可以通過使用一個(gè)300點(diǎn)的ROM查詢表來產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),此表可以驅(qū)動(dòng)8位D/A轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生SSCCH IRPS波的模擬波形。SSC P300網(wǎng)絡(luò)接口控制器,實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)鏈路層功能(包括數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收、發(fā)送字節(jié)到符號(hào)的轉(zhuǎn)換、接收符號(hào)到字節(jié)的轉(zhuǎn)換及CRC的產(chǎn)生和校驗(yàn)等)。SSPM用于將數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)耦合到電力線上,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。利用擴(kuò)頻載波技術(shù)開發(fā)多用戶環(huán)境下的電力線Modem通信網(wǎng)絡(luò)的通信模塊是由電力線數(shù)據(jù)通信接口(PDCI)和電力線調(diào)制解調(diào)器(SSPM)構(gòu)成。[17]從SSCP300輸出的信號(hào)幅度小、驅(qū)動(dòng)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(hào)調(diào)制到電力線上。DSP可產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài),通過D/A產(chǎn)生擴(kuò)頻“Chirps”模擬波形。對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理,包括一個(gè)配套的濾波相關(guān)器以檢測(cè)擴(kuò)頻“Chirps”的波形,而載體檢測(cè)和媒介狀態(tài)信息則被從DSP電路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層(DLL)的微處理器,以便于將分組解碼,協(xié)議功能和最終的分組傳輸?shù)街魈幚砥?。其中特殊的DLL服務(wù)包含了對(duì)通信分組的發(fā)送和接收,對(duì)發(fā)送的字符由字節(jié)向符號(hào)轉(zhuǎn)化,對(duì)于接收的分組由符號(hào)向節(jié)字轉(zhuǎn)化,以及發(fā)送信道的存取和CRC的產(chǎn)生與校驗(yàn),電力線模擬功能包括將信號(hào)頻率耦合到媒體上,放大信號(hào)以驅(qū)動(dòng)媒體的阻抗,對(duì)輸入信號(hào)濾波。SSCP300是Intellon公司推出的網(wǎng)絡(luò)接口控制器提供了擴(kuò)頻載波電力線的傳輸技術(shù),是符合CEBus標(biāo)準(zhǔn)的低價(jià)位產(chǎn)品,P300提供了EIA600標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)鏈路服務(wù),物理層收發(fā)器,串行外圍接口的主機(jī)接口；通訊中的數(shù)據(jù)鏈路功能的物理層的數(shù)據(jù)鏈路模式(DLL),控制模式(CON)和監(jiān)控模式(MON)。而與濾波器不匹配的信號(hào)在時(shí)間上沒有壓縮，甚至反被擴(kuò)展，從而提高信噪比。線性調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生可由一個(gè)鋸齒波信號(hào)調(diào)制壓控振蕩器來實(shí)現(xiàn)（與掃頻信號(hào)相似）。擴(kuò)頻通信具有很強(qiáng)的抗干擾性能，通過相關(guān)分析實(shí)現(xiàn)可靠的