【正文】 數(shù)據(jù)傳輸。本文將以SSC P300為核心器件，就其工作原理、電路設(shè)計(jì)開發(fā)展開討論。低壓電力線載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖4 7所示。該模塊與配變集中器的設(shè)計(jì)通信距離為1000米。低壓擴(kuò)頻載波模塊主要由SSCP300低壓電力線擴(kuò)頻載波網(wǎng)絡(luò)控制器、前置功放和電力線藕合電路構(gòu)成，負(fù)責(zé)對(duì)單片機(jī)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性掃頻調(diào)制，放大后藕合到電力線上，對(duì)通過電力線送來的載波信號(hào)進(jìn)行掃頻解調(diào)后送給單片機(jī)。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。載波電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心，本文采用SSC P300作為電力線載波專用調(diào)制解調(diào)芯片。1min/月的范圍內(nèi)。所以不管外部供電電壓如何，一旦啟動(dòng)DS12887的計(jì)時(shí)功能，它將自動(dòng)地進(jìn)行年、月、日、星期、時(shí)、分、秒的計(jì)時(shí)。[16]DS12887芯片與單片機(jī)的接口電路如圖所示,因?yàn)榕c51系列單片機(jī)連接，所以MOT接地；片選CS接138譯碼器的Y2端；IRQ端接一上拉電阻連到W77E58的中斷INT1端，即采用中斷方式讀取時(shí)鐘參數(shù)，當(dāng)允許DS12887向單片機(jī)申請(qǐng)中斷，SQW端輸出為500ns的方波；數(shù)據(jù)模式為BCD碼，時(shí)間采取24h模式。 時(shí)鐘模塊與單片機(jī)的連接[14]時(shí)鐘芯片在智能電量測量儀的設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，顯示積累值及當(dāng)前時(shí)間。DS12887的特點(diǎn)：(1)可作為個(gè)人計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘和日歷；(2)與MCl46818B和DS1287的管腳兼容；(3)在沒有外部電源的情況下可工作10年；(4)自帶晶體振蕩器及鋰電池；(5)可計(jì)算到2100年前的秒、分、小時(shí)、星期、日、月、年七種日歷信息并帶閏年補(bǔ)償；(6)用二進(jìn)制碼或BCD碼來表示日歷和鬧鐘信息；(7)并有128字節(jié)帶掉電保護(hù)的RAM。 時(shí)鐘模塊的選擇[15]本文選用的DS12887是DALLAS半導(dǎo)體公司新推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片,可直接取代DS1287,該芯片引腳少、體小、使用方便、價(jià)格便宜，功能豐富，應(yīng)用廣泛。當(dāng)平時(shí)運(yùn)行抄收命令時(shí)，集中器會(huì)每抄收一塊電表就加上當(dāng)時(shí)的時(shí)間。電力載波收發(fā)電路時(shí)鐘模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主控單元Modem接口電路公用電話網(wǎng)低壓電力網(wǎng)圖4l 集中器組成結(jié)構(gòu)框圖電力線載波抄表系統(tǒng)是一個(gè)與時(shí)間記錄有很大關(guān)系的系統(tǒng)，上位機(jī)不但要從集中器采集電表數(shù)據(jù)，還要知道固定時(shí)刻電表數(shù)據(jù)的值，因此實(shí)時(shí)時(shí)鐘是必不可少的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)參數(shù)、變量、集中器自身的參數(shù)、所負(fù)責(zé)電表的參數(shù)以及電表電量等；實(shí)時(shí)時(shí)鐘為集中器定時(shí)抄表提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；上行通道即集中器與上位機(jī)之間的通信線路，采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通信介質(zhì)，上位機(jī)與集中器進(jìn)行通信時(shí)要設(shè)置集中器連線所連接的電話號(hào)碼；下行通道即集中器與載波電表之間的通信，采用以SSC P300為核心的電力載波方式進(jìn)行抄表通信。集中器既要做上位機(jī)的從機(jī)，又是載波電表的主機(jī)，其軟、硬件的設(shè)計(jì)要求從根本上保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。(5) 校時(shí)功能集中器可通過上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，調(diào)整時(shí)間誤差。(3) 通信功能集中器接收上位機(jī)下載數(shù)據(jù)，包括電表數(shù)量、表號(hào)、抄表參數(shù)以及中繼管理需要的信息，可根據(jù)設(shè)置抄收載波電表的數(shù)據(jù)。集中器可根據(jù)上位機(jī)下載的定時(shí)抄表，在每月一次按時(shí)啟動(dòng)月凍結(jié)抄表；具有實(shí)時(shí)抄表和對(duì)某些特定表進(jìn)行抄表的功能。集中器作為電力線載波抄表的一部分，起著上傳下達(dá)的作用。集中器是安裝在小區(qū)供電變壓器低壓側(cè)，作為載波抄表系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是連接機(jī)與用戶電表之間的樞紐。 4 電力載波抄表集中器的硬件設(shè)計(jì)集中器是集中下屬的數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)，并發(fā)給中心服務(wù)器，集中器有兩個(gè)通信對(duì)象，面對(duì)不同對(duì)象時(shí)，需要采取不同的通信方式，在于數(shù)據(jù)采集器通信時(shí)，使用電力線載波通信，并通過電話線與中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信。PCMODEMRS232/TTL轉(zhuǎn)換電話網(wǎng)接口單片機(jī)電話線接口MODEM圖32 集中器與上位機(jī)的通信框圖【7】發(fā)送端從PC的RS232口出來，經(jīng)RS232/TTL電平轉(zhuǎn)換芯片將RS232電平轉(zhuǎn)換成TTL電平送到調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻信號(hào)，通過電話通信網(wǎng)傳到對(duì)方的調(diào)制解調(diào)器，對(duì)方的調(diào)制解調(diào)器將音頻信號(hào)解調(diào)成數(shù)據(jù)，再送到對(duì)方的單片機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(5) 計(jì)算機(jī)抄表中心通過通信網(wǎng)對(duì)集中器送來的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和儲(chǔ)存、校對(duì)抄錄時(shí)間、設(shè)置用戶編號(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)。(4) 數(shù)據(jù)集中器數(shù)據(jù)集中器是安裝在小區(qū)的配電站區(qū)的，它的功能是向采集器發(fā)出命令，抄收計(jì)費(fèi)終端的數(shù)據(jù)，然后再通過公用電話網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)方的數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)集中器能夠接收的數(shù)據(jù)中心的命令，并把相關(guān)命令再轉(zhuǎn)發(fā)給轄區(qū)內(nèi)的指定的數(shù)據(jù)采集器。并且當(dāng)接收到上層的命令時(shí)，數(shù)據(jù)采集器能夠向計(jì)費(fèi)終端發(fā)出抄表或者斷電的命令。 ModemModem電話網(wǎng)專業(yè)網(wǎng)電力線Modem采集器集中器低壓/電力網(wǎng)電力線Modem供電局計(jì)算機(jī)抄表中心電能表 圖31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[4]抄表系統(tǒng)各組成部分的功能是:(1) 電能用戶表對(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。采集器的作用是采集多個(gè)用戶的電表數(shù)據(jù)，通過電力Modem的調(diào)制解調(diào)，并經(jīng)22OV低壓電力網(wǎng)用載波方式送到集中器，集中器再通過公用電話網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)(如光纖或無線電通信等)把數(shù)據(jù)傳送到供電局的計(jì)算機(jī)抄表中心。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，所以在抗干擾、抗衰落性能以及國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能價(jià)格比等方面有著更加出眾的表現(xiàn)。可進(jìn)行即插即用(g) 為20腳的S0IC封裝， X (3) PL3105芯片PL3105芯片是北京福星曉程公司為智能儀表應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它內(nèi)嵌直接序列擴(kuò)頻單元。SCSP300與主處理器一起構(gòu)造的與CE Bus兼容的產(chǎn)品，在各種低廉的電力線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，充當(dāng)著基本的通訊單元。SSC P300提供了數(shù)據(jù)鏈接層的控制邏輯，符合EIA600標(biāo)準(zhǔn)的通道訪問及通信服務(wù)提供與SPI兼容的主處理器接口。(2) SSCP300芯片SSCP300是INTELLON公司采用現(xiàn)代最新通訊技術(shù)設(shè)計(jì)的電力線載波Modem芯片,利用網(wǎng)絡(luò)接口控制器將擴(kuò)頻通訊收發(fā)器和媒介存取接口高度集成化，是用于低廉的電能抄表系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口控制器，為一個(gè)高度集成化的電力線收發(fā)器和信道存取接口。另外它無CSMA（網(wǎng)絡(luò)載波偵聽）功能，這些限制了它的應(yīng)用。目前，在國內(nèi)電力線載波抄表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，只是各公司應(yīng)用水平不同。下面簡單介紹幾種常見的Modem芯片：(1)ST7536芯片　　ST7536是SGSTHOMSON公司專為電力線載波通訊而設(shè)計(jì)的Modem芯片。因此電力線載波通信的關(guān)鍵就是選用一種功能強(qiáng)大的電力線載波專用MODEM芯片。采用擴(kuò)頻通信技術(shù)，能在很大程度上克服電力線上強(qiáng)衰減、強(qiáng)干擾的缺陷，大大提高通信系統(tǒng)的生存能力。此外，擴(kuò)頻通信還具有信號(hào)功率譜密度低，有利于信號(hào)隱蔽，實(shí)現(xiàn)多擴(kuò)頻系統(tǒng)具有一系列其它系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了強(qiáng)干擾環(huán)境中的通信問題。擴(kuò)頻系統(tǒng)將多徑反射信號(hào)作為干擾噪聲處理。只有當(dāng)多徑時(shí)延小于碼元寬度時(shí)，才發(fā)生輕度衰落。故具有抗頻率選擇性衰落的能力。這樣，用不同的編碼序列去調(diào)制發(fā)射機(jī)，就能實(shí)現(xiàn)選擇地址的目的。因此，抗干擾能力將是擴(kuò)頻通信的最基本特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的通信方式相比較，它具有如下的特點(diǎn):(1) 抗干擾能力強(qiáng)擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力是其它所有通信方式無法比擬的。再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。擴(kuò)頻信號(hào)具有較寬的頻譜，因而分散了噪聲功率，使干擾程度減小，提高了通信的可靠性。接收端使用相關(guān)處理方法，把要接收的寬帶擴(kuò)頻信號(hào)恢復(fù)成基帶信號(hào)。本文的低壓電力線載波通信方式采用的就是擴(kuò)頻通信技術(shù)。擴(kuò)頻通信技術(shù)在90年代才開始應(yīng)用到民用上，目前己經(jīng)在低壓電力線通信上得到廣泛應(yīng)用，并已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，成為電力線載波通信的熱點(diǎn)。由于各載波之間的正交性，完全消除了彼此之間的串?dāng)_，同時(shí)利用相同的正交載波組在接收端恢復(fù)原始信號(hào)。(2) 多載波調(diào)制方式多載波調(diào)制是一種多載頻并傳體制，其基本原理是將輸入信息轉(zhuǎn)換成多路并行信號(hào)，對(duì)相互完全正交的一組載波進(jìn)行調(diào)制。但窄帶技術(shù)的缺點(diǎn)是抗干擾能力較差，盡管窄帶通信中的接收器具有較窄的通帶，使得僅有一小部分噪聲能進(jìn)入接收器，但由于此類接收裝置中的濾波器具有高品質(zhì)因數(shù)，瞬間的脈沖噪聲會(huì)使其發(fā)生自干擾，引起它對(duì)傳輸來的信號(hào)產(chǎn)生誤操作。盡管低壓電力線載波通信存在上述所說的這些困難，用低壓電力線作為通信信道仍然是可行的，只是需要采用一些特殊的技術(shù)手段。但同時(shí)，出于實(shí)用的角度，為了獲得合理的性價(jià)比，又要求其成本要限制在一定的范圍內(nèi)。即使有些學(xué)者提出了一些模型，但是這些模型也往往是附加了許多假設(shè)和限制，因而也是不精確的或適用面很窄。通常情況下，前兩類干擾更為突出。人為干擾則是由連接在電力線上的用電設(shè)備產(chǎn)生的，并對(duì)數(shù)據(jù)通信有嚴(yán)重的影響。電力線上的干擾可分為:非人為干擾和人為干擾。這種現(xiàn)象有時(shí)就表現(xiàn)為雖然接收端和發(fā)送端的位置不變，但接在不同的相上，通信的誤碼率不同。這些復(fù)雜現(xiàn)象的組合，使信號(hào)的衰減隨距離的變化關(guān)系變得非常復(fù)雜，有可能出現(xiàn)近距離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)還大的現(xiàn)象?？偟膩碚f，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減就越厲害。因此，高頻信號(hào)在低壓電力線上的傳輸必然存在衰減。(2) 低壓電力上高頻信號(hào)的衰減及其變化高頻信號(hào)在低壓電力線上的衰減是低壓電力線載波通信遇到的又一個(gè)實(shí)際困難。但是，由于負(fù)載類型的不同，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，甚至使輸入阻抗的變化不可預(yù)測。由于分布電感和分布電容的影響，輸入阻抗會(huì)隨著頻率的增大而減小。理論和實(shí)驗(yàn)表明低壓電力線上的輸入阻抗不僅與傳輸信號(hào)的頻率有關(guān)系，而且與低壓電力線上所連接的負(fù)載有關(guān)系。前兩者制約信號(hào)的傳輸距離，后者決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。[8]由于電力線并不是專為傳輸信號(hào)而設(shè)計(jì)的，所以有必要分析高頻信號(hào)在電力線中的傳輸特性。但在220V/380V低壓電力線上進(jìn)行信號(hào)傳輸，與高壓電力線載波通信有很大區(qū)別，突出表現(xiàn)在工作環(huán)境惡劣、線路阻抗大、信號(hào)衰減強(qiáng)、干擾大且時(shí)變大等特點(diǎn)。和其他通信方式相比，具有投資少、施工期短、設(shè)備簡單、通信安全、實(shí)時(shí)性好、無中繼和通信距離長等一系列優(yōu)點(diǎn)。它根據(jù)頻率搬移、頻率分割原理，將原始信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，搬移到不同的線路傳輸頻帶，送到電力線上進(jìn)行傳輸。本課題是在總結(jié)前人的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的自動(dòng)抄表系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)實(shí)用性方面，本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中所采用的通訊媒介是低壓電力線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)，不需要另外再鋪設(shè)通訊設(shè)施，因此在經(jīng)濟(jì)實(shí)用性方面也是完全可行的。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要的難點(diǎn)是解決低壓電力線載波通訊技術(shù)和電話網(wǎng)通訊技術(shù)，隨著擴(kuò)頻載波技術(shù)被應(yīng)用到在低壓電力線載波通訊中，在規(guī)定的通信距離中，其抄表的成功率高達(dá)100%，在我國已經(jīng)開發(fā)研制成功；而電話網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的發(fā)展，己經(jīng)被實(shí)踐所檢驗(yàn)，基本上不存在任何問題。實(shí)踐證明用進(jìn)口通用通信芯片不可能實(shí)現(xiàn)我國民用電力網(wǎng)的可靠載波通信。到目前為止，國內(nèi)外己有一些企業(yè)開發(fā)出了用于電力線載波通信的產(chǎn)品:如開發(fā)的電力線載波抄表系統(tǒng)在技術(shù)上取得了可喜的進(jìn)步和成功，但尚未能符合用戶使用要求，由于專用芯片的原因，抄表系統(tǒng)的抄到率最高僅能達(dá)到90%左右。隨著電價(jià)的改革，供電部門為迅速出賬，需要從用戶處盡快獲取更多