【正文】 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16 位定時器 T0和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器 14. 2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 I/O 口 7 路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/, INT1/, T0/, T1/, RxD/, CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設(shè)置到 ) 16. PWM(2 路） /PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當2路 D/A 使用 也可用來 再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 ) , 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S(每秒鐘 25萬次 ) (UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標志的才有雙串口，RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到) ： 40 +85℃( 工業(yè)級 ) / 0 75℃( 商業(yè)級 )：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不夠時，可用 2 到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴展 I/O 口 , 還可用 A/D 做按鍵掃描來節(jié)省 I/O 口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。下面對該單片機作大概介紹： 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期 (1T)的單片機，是高速 /低功耗 /超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812倍。另外微控制器通過 RS232 接口芯片 U（ MAX232）可實現(xiàn)與個人電腦（ PC）的連接，即通過微控制克實現(xiàn) PC 之間的電力線載波通信。 30V 輸入電平 5 低電源電流：典型值是 8mA 6 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標準 EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標準 7 可與 Maxim 公司的 MAX232 互換 8 ESD 保護大于 MILSTD883（方法 3015）標準的 2020V 圖 23 MAX232 引腳圖 167。 MAX232 的工作溫度范圍為 0℃至 70℃， MAX232I 的工作溫度范圍為 40℃至 85℃。每個驅(qū)動器將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。這些接收器具有 的典型門限值 的典型遲滯，而且可以接收177。 方案：該模塊主要使用 MAX232 芯片，下面對該芯片做簡單介紹： MAX232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在 單 5V電源供電時提供 EIA/TIA232E 電平。 167。 167。提高載波信號功率會增加產(chǎn)品成本和體積。但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十 m。當電力線上負荷很重時，線路阻抗可達 1Ω 以下，造成對載波信號的高削減。有一種利用波形過零點的短時間內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ捎谶^零點時間短， 實際應(yīng)用與交流波形同步不好控制，現(xiàn)場通信數(shù)據(jù)幀又比較長，所以難以應(yīng)用。兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾，因此電力線上存在固定的 100Hz脈沖干擾，干擾時間約 2ms。河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 目前國內(nèi)使用的交流電頻率為 50Hz，周期為 20ms。與線 中線耦合方式相比，線 地耦合方式電力載波信號損失十幾dB，但線 地耦合方式不是所有地區(qū)電力系統(tǒng)都適用。一般電力載波信號只 能在單相電力線上傳輸。 ② 三相電力線間有很大信 號損失（ 10dB～ 30dB）。 實現(xiàn)電力線載波通信的難點 由于電力線是給用電設(shè)備傳送電能的，而不是用來傳送數(shù)據(jù)的，所以電力線對數(shù)據(jù)傳輸有許多限制，因此電力線通信具有以下特點。此外，在同一個電 力系統(tǒng)中電力線是相互連接的，要想重復(fù)使用相同頻譜，至少應(yīng)相隔兩段電力線路。這樣，在一條電力線上開設(shè)電力線載波，它的信號雖被阻波器阻塞，但還會串擾到同一母線的其他相電力線上去。電力系統(tǒng)中的電力線路是為了傳輸和分配電能而架設(shè)的，它們在發(fā)電廠和變電所內(nèi)均按電壓等級連接在同一母線上。電力線載波通信在充分利 40～ 500kHz之間的 460kHz頻帶時，和通信線載波通信在充分利用線路頻帶有著明顯的不同。在實際選擇頻帶時，必須考慮無線電廣播和無線電通信的影響。使用頻率過高線路衰減將增得很大，通信距河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 離受到限制；而 使用頻率太低，將受到 50Hz 工頻諧波的干擾，同時要求耦合電容器的電容量和阻波器的強流線圈電感量增大，而使線路設(shè)備在制造商和經(jīng)濟上造成困難。圖 中可見，電力線載波通信系統(tǒng)由電力線載波設(shè)備和高頻通道所組成。但電力線載波設(shè)備與電力線連接時，必須通過線路設(shè)備。按照相同的方式，將 B 端的語音信號通過厶 +(0． 3～ 3． 4)kHz 的高頻信號傳輸?shù)?A 端，這樣就可以實現(xiàn)雙向電力線載波通信。由于阻波器 Tl 的存在，高頻信號沿電力線傳輸?shù)?B 端，再經(jīng)過 B 端的 C F2 送入 B 端載波設(shè)備。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 22 電力線載波設(shè)備框圖 電力線載波通信在兩個方向采 用兩個不同的線路傳送頻帶在同一相電力線上來回傳送，是雙頻帶二線制雙向通信。阻波器 T 是一個調(diào)諧電路，其電感線圈時能通過很大 50Hz 電流的強流線圈，保證 50Hz 電流的傳送，而整個調(diào)諧電路諧振在高頻信號的頻率附近，阻止高頻信號通過，起到防止發(fā)電廠或者變電所母線對高頻信號的旁路作用。而對 50Hz 電流具有極大的衰減，防止 50Hz 電流進入載波設(shè)備，達到了保護人身和載波設(shè)備安 全的目的。它由耦合電容 C 和結(jié)合濾波器 F 組成。利用電力線實現(xiàn)載波通信，最重要的問題是如何把高頻信號安全地耦合到電力線上。 電力線載波 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 21 電力線原理框圖 如圖 21 所示為實現(xiàn)電力線載波通信的原理框圖。綜合考慮到以上幾種調(diào)制解調(diào)方式的優(yōu)缺點以及實際情況，我們選擇 FSK作為調(diào)制解調(diào)模式。 由于 FSK 傳輸速率相對較低，頻帶利用率不高，但其實現(xiàn)簡單，甚至可以用軟件實現(xiàn)，因此仍得到了廣泛應(yīng)用。擴頻和 OFDM 都具有抗干擾能力強、通信速率高等特點，但是 因為它們的調(diào)制原理不同，所以在實際應(yīng)用中有一定的差異。 由于 OFDM 技術(shù)可以選用 IFFT/FFT 方法來實現(xiàn)各個子信道的調(diào)制和解調(diào)，因此隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展， OFDM 技術(shù)的實現(xiàn)變得極為容易。每個信道提供一個低的數(shù)據(jù)速率，眾多信道加在一起就可以獲得較高的數(shù) 據(jù)速率和更有效的頻譜利用率。它們相互重疊，并且在空間上彼此正交。 主要是把高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成若干個子比特流，每個子比特流具有較低的傳輸速率，并用低速數(shù)據(jù)流調(diào)制若干子載波。 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 167。正是 這兩大特點，使擴頻通信有許多優(yōu)良特性， 如抗干擾性強、 抗多徑干擾、 可以實現(xiàn)碼分多址等。 目前實現(xiàn)擴頻有三種方式：直接序列擴頻、跳頻擴頻和脈沖線性擴頻 （ ChirpSS)。因此，這序列是近似隨機的，擴頻碼通常稱為偽隨機碼 (PRN)或偽隨機序列。但是，在任何情況下，他們必須保持可恢復(fù)性。其中最常用的有 m 序列（即最大長度線性反饋 移位積存器序列） 、 Gold 序列、 M 序列（結(jié)構(gòu)型非線性移位寄存器序列）等。偽隨機序列具有貌似噪聲的性質(zhì)，但它又是周期性的有規(guī)律的，既容易產(chǎn)生，又可以加工和復(fù)制的序 列。但在接收機中為了解擴應(yīng)當有一個同發(fā)送端擴譜碼同步的副本。對擴頻碼通常提出下列要求：易于產(chǎn)生；具有隨機性；擴頻碼應(yīng)具有盡可能長的周期，使干擾者難以通過擴頻碼的一小段去重建整個碼序列； 擴頻碼應(yīng)具有雙 值自相關(guān)函數(shù)和良好的互相關(guān)特性，以有利于接收時的截獲和跟蹤，以及多用戶應(yīng)用。這種偽隨機碼就叫做擴頻序列。 擴展頻譜通信系統(tǒng)是對信息數(shù)據(jù)頻譜擴展的一種通信系統(tǒng)。它是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機碼 (PN 碼 )調(diào)制，實現(xiàn)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 頻譜擴展后再傳輸，接收端 則采用同樣的 PN 碼進行相關(guān)處理及解調(diào)，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。頻帶的擴展是通過一個獨立的碼序列來完成，用編碼及調(diào)制的方法來實現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)。 167。考慮到實際通信時參考基準相位的隨機跳變是可能的且不易被發(fā)覺， 由這種因素導(dǎo)致的現(xiàn)象稱為 PSK 方式的“倒現(xiàn)象”或“反向工作”現(xiàn)象，所以在實際 應(yīng)用中必須盡量避免這種現(xiàn)象發(fā)生。 產(chǎn)生 PSK 信號一般有以下兩種方法： 1. 調(diào)相法：將基帶數(shù)字信號(雙極性 )與載波信號直接相乘的方法； 2. 選擇法：用數(shù)字基帶信號去對相位相差 180度的兩個載波進行選擇。在發(fā)生相位突變時，由于包絡(luò)不恒定會導(dǎo)致在通過帶限信道后頻譜發(fā)生擴散。通過數(shù)據(jù)信號控制開關(guān)得以選取與數(shù)據(jù)信號相對相位的數(shù)字移相信號。 167。 FSK 解調(diào)器將接收到的 FSK 信號解調(diào)并且以原來的二進制的格式進行存貯。在 2FSK 中，初始相位n?和 ?n 不代表任何信息，令為零相位。一般取采樣速率 f=T1 為 Rb 的整數(shù)倍。圖 22 中， T為碼元周期。對于二進制頻移鍵控 (2FSK)信號，可用兩個不同的載波頻率來分別表示數(shù)字信號“ 1”和“ 0” ，其表達式為： 式中 f2和 f1 代表兩個不同的載波頻率 , ， ?n 和 ?n 分別是第 n 個信號碼元的初始相位。同時，不管調(diào)制信號如何改變，載波的幅度是恒定的，所以它也是一種恒包絡(luò)調(diào)制。數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，以一定的載頻，用電壓注入方式疊加在三相交流電上。每個字符組包括 1 個起始位（低邏輯電平） ， 8 個數(shù)據(jù)位和 1 個停止位（高邏輯電平） 。 頻移鍵控方式 FSK 調(diào)制也是電力線窄帶調(diào)制中最常用的一種調(diào)制方式， 在第一代電力線芯片中得到廣泛應(yīng)用。目前，低壓電力線載波通信已經(jīng)朝著使用擴頻通信技術(shù)（ SS）、正交頻分復(fù)用（ OFDM）技術(shù)發(fā)河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 展，能在很大程度上 克服電力線的強衰減、強干擾的缺陷，大大提高通信系統(tǒng)的生存能力。但是，盡管低壓電力線載波通信存在上述所說的這些困難，我們?nèi)匀徽J為用低壓 電力線作為通信信道是可行的，只是需要采用一些特殊的技術(shù)手段。 167。 電力線通信信道具有衰減和噪聲復(fù)雜多變的特征，因此要實現(xiàn)可靠、具有較高通信速率的通信系統(tǒng)，數(shù)字 調(diào)制解調(diào)的方案應(yīng)該從多個方面考慮。分移相鍵控（ DPSK），最小移頻鍵控（ MSK），四相移相鍵控（ QPSK），正交幅值調(diào)制（ QAM）等。 傳統(tǒng)的低電壓電力線載波通信分析 傳統(tǒng)的低壓電力線載波通信 所采用的基本調(diào)制方式有幅移鍵控（ ASK），相移鍵控（ PSK），頻移鍵控（ FSK）。包括硬件設(shè)計，同時在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上 使用單片機編程軟件 keil 進行軟件編程和調(diào)試實現(xiàn)系統(tǒng)功能，最后完成畢業(yè)論文。 根據(jù)所要達到的功能確定系統(tǒng)的設(shè)計方案和各 個單元電路的設(shè)計方 2 系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計 設(shè)計完成一個 FSK 電力線載波通信系統(tǒng)的設(shè)計 。 理論聯(lián)系實際，在現(xiàn)有的系統(tǒng)板上先對要實現(xiàn)的各個模塊逐個調(diào)試成功后，畫相應(yīng)的電路原理圖。 按照 模塊化思想，把整個系統(tǒng)細分為幾個模塊，逐個弄清楚，調(diào)試通之后，才組成整個完整系統(tǒng)。 本人完成的任務(wù)如下 : 1 系統(tǒng)方案的確定 : 先掌握課題內(nèi)容方向，從圖書館及互聯(lián)網(wǎng)檢索相關(guān)信息。在完成硬件設(shè)計之后生產(chǎn)電路板，焊接完成整個河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 系統(tǒng) 電路，同時在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上進行軟件設(shè)計、調(diào)試，實現(xiàn)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線上的收發(fā)控制 功能。同時實現(xiàn)一個通過串口實現(xiàn)單片機 PC 的互聯(lián)通信 ， 來對 ST7536 芯片的控制 。 本課題的任務(wù) 完成以 ST7536 芯片 為核心的 電力線載波通信電路 的設(shè)計，研 究ST12C5A60S2 單片機應(yīng)用電路設(shè)計和串口通信的實現(xiàn)。 PLC 在末端用戶接入 (最后 100 米接入 )，即從樓內(nèi)總配電室到每個家庭及入戶后采用任意電源插座即能實現(xiàn)連接等功能，具有明顯的優(yōu)勢。 然而，由于 PLC 技術(shù)的傳輸速度和傳輸距離有一定限制，它的主要用途不是核心主干網(wǎng)絡(luò)，而 是通信網(wǎng)的外圍和末端。 PLC技術(shù)施工方便、使用靈活，能夠利用已有的電力網(wǎng)這一廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施把寬帶網(wǎng)絡(luò)接入到每個家庭，省去在接入方式上的重復(fù)建設(shè)，對于推進我國數(shù)字化進程必將產(chǎn)生積極的作用。 電力線的發(fā)展前景展望 河南科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 21