【正文】 和微處理器技術(shù)，開發(fā)通用的電力線載波通信設(shè)備則是電力線載波抄表的重要基礎(chǔ)工作。擴(kuò)頻通信技術(shù)是將信息在載波調(diào)制的基礎(chǔ)上再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，將信號頻帶展寬成比信息帶寬大得多的寬頻信息帶進(jìn)行通信的一種信息傳輸方式。線性擴(kuò)頻是指在發(fā)送數(shù)據(jù)信號的一個(gè)周期內(nèi)，其載波的頻率作線性變化。發(fā)送時(shí)將該線性調(diào)頻波作為載波來對傳送的基帶信號（信息數(shù)據(jù)）進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后形成相當(dāng)帶寬的低功率譜密度信號，通過輸出放大器和媒介耦合電路傳輸?shù)矫浇椋唤邮諘r(shí)電力線上的線性擴(kuò)頻信號通過耦合[濾波網(wǎng)絡(luò)輸入，并可采用匹配濾波器對線性調(diào)頻信號進(jìn)行壓縮處理，使信號在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)輸出集中的能量。最后對檢出的信號進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息。圖410給出了SSCP300網(wǎng)絡(luò)接口控制器的節(jié)點(diǎn)圖，SSCP300提供了通訊中的數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層協(xié)議服務(wù),主處理器負(fù)責(zé)與SSCP300的通信及執(zhí)行特殊的應(yīng)用工作,SSCP300提供數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層的協(xié)議LinkLa服務(wù)。模擬通過信號首先從其SI腳進(jìn)入SSCP300,然后被緩存放大器(Amp)所放大,放大后的信號通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,以便于對信號實(shí)施數(shù)字信號處理。將欲發(fā)送的分組先從主處理器傳輸?shù)絻?nèi)部的DLL微處理器,而DLL微處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給DSP功能塊。當(dāng)三態(tài)信號被置為高時(shí),此波形經(jīng)緩存后從SO腳輸出,經(jīng)功率放大模塊(如P111)和變壓器耦合到電力線上,為了保障擴(kuò)頻信號能夠線性傳輸變壓器應(yīng)為1∶1,主處理器與SSCP300通過發(fā)布指令進(jìn)行通信。電力線傳來的載波信號由SSCP300接收，需一個(gè)帶通濾波器，經(jīng)過預(yù)放大再送到SSCP300的接收端，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)經(jīng)過現(xiàn)有的電話網(wǎng)傳送給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)對供配電進(jìn)行控制。PDCI用于連接計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)和嵌入式設(shè)備,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的上層(應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層)的通信協(xié)議。SSPM是由SSC P300和SSC P111構(gòu)成的,而SSPM是由主處理器W77E58控制核心控制的,SSC P111媒介接口和電力線耦合電路部分完成緩沖放大、低通濾波和信號耦合等功能。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。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，主處理通過5線的串行外圍接口SP2將從S2輸入的解調(diào)后信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)分組接收進(jìn)來，而PDCI實(shí)現(xiàn)SSPM和上位機(jī)的通信。[18]下圖為電力線載波通信模塊圖49 SSC300和SSCP111構(gòu)成的電力線載波通信模塊[5]圖410 基于SC300和SSCP111的輔助電路[5]電力線載波通信模塊是由SSC P300和SSC P111構(gòu)成的,且由主處理器W77E58控制核心控制的。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)到符號的轉(zhuǎn)換、接收符號到字節(jié)的轉(zhuǎn)換及CRC的產(chǎn)生和校驗(yàn)等)。首先解析上位機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù),根上位機(jī)的要求向電力線媒介發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，單片機(jī)對載波通信的控制是通過和SSC P300的交互來完成的。SSC P300內(nèi)部供多個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)定其運(yùn)行方式和表征其運(yùn)行狀態(tài)。關(guān)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息和令協(xié)議的詳細(xì)信息,請參見SSC P300的資料。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)。主處理器通過5線的串行外圍接口SP2將從S2輸入的解調(diào)后信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)分組接收進(jìn)來。圖411 SSCP300和單片機(jī)的通信 [5] RS232/RS485接口標(biāo)準(zhǔn)MODEM的通信接口采用的是RS232標(biāo)準(zhǔn)。 低電平規(guī)定為+3V~+l5V之間，高電平為3V~15V之間。MAX232內(nèi)部有電壓倍增電路和轉(zhuǎn)換電路，只需+5V電源便可實(shí)現(xiàn)TTL電平與RS232電平轉(zhuǎn)換，使用起來十分方便。但是RS232傳輸距離太短，只是用短距離傳輸。由MAX485芯片構(gòu)成的PC與單片機(jī)之間的通信為長距離半雙工通信，利用MAX485與PC機(jī)配置的RS232C串行接口通信，必須外配一個(gè)RS232 /RS485轉(zhuǎn)換器，可將RS232 轉(zhuǎn)換為RS485電平，而W77E58的串行通信口輸出的是TTL電平，因此必須通過電平轉(zhuǎn)換才能符合串行通信標(biāo)準(zhǔn)。其通信接口電路如下圖：圖412單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信[7]MAX485芯片的1腳R0為接收器的輸出，接TTL電平RXD信號；4腳DI為發(fā)送器輸入，接TTL電平TXD信號；3腳DE為發(fā)送使能端，接+5V；2腳RE/為接受使能端，接地。隨著當(dāng)代社會(huì)信息化的飛速發(fā)展，借用公用電話交換網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)己經(jīng)達(dá)到成熟階段。集中器與上位機(jī)之間的通信采用公用電話線，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)必須通MODEM進(jìn)行。本文直接應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的外置式調(diào)制解調(diào)器，不僅接口簡單，而且擴(kuò)展能好。 MODEM簡介MODEM是一種智能型信號轉(zhuǎn)換器，可將數(shù)據(jù)調(diào)制成音頻信號，通過電話通信網(wǎng)傳到對方的調(diào)制解調(diào)器。MSM7512是日本OKI公司生產(chǎn)的一種價(jià)格低廉、功耗低、性能良好的調(diào)制解調(diào)芯片?！?】MSM7512B其主要特點(diǎn)為：(1) 可以和單片機(jī)的串行口直接相接；(2) 低功耗、單電源供電（3V～5V）；(3) 兩個(gè)狀態(tài)位： CD/為載波檢測位（低有效）； RS/為數(shù)據(jù)發(fā)送使能位（低有效）；(4) MODMOD2工作模式選擇位；(5) AOG輸入信號電平選擇位；(6) ，可進(jìn)行1 200 bit半雙工或1 200 bit收／75 bit發(fā)兩種方式的數(shù)據(jù)傳送。AI是信號輸入端，即解調(diào)器的輸入端。通過控制MODMOD2可使MSM7512B在4種不同的工作方式下工作。該電平的變化可用來指示芯片的解調(diào)工作狀態(tài)。對單片機(jī)來說，發(fā)送、接收數(shù)據(jù)就是對串行通訊口（SBUF）進(jìn)行寫、讀。另外它的6腳X1和7腳X2之間外接晶振，芯片內(nèi)部已有接地電容，無須在外電路中接電容。需要發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在W77E58芯片內(nèi)部RAM的對應(yīng)單元，發(fā)送時(shí)從串行接口TXD端輸出，送到MSM7512B的XD端進(jìn)行調(diào)制，變成相應(yīng)頻率的音頻信號從AO輸出，送到有線傳輸線路，經(jīng)有線傳輸?shù)较聦俑髡军c(diǎn)。在MSM7512B芯片上，數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制后送出的音頻信號（AO）和接收的待解調(diào)成串行數(shù)據(jù)的音頻信號（AI）是分開的，而且不平衡的信號，因此必須配合外部接口電路變成平衡的信號再送到公用電話通信網(wǎng)的有線系統(tǒng)中。通常電子電路都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。其中，電源變壓器將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)殡娐匪璧碾妷?，本文中?V電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C2C10，防止自激電容C2C30和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C30的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。要使這種建立在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層面上的通信系統(tǒng)得以正確實(shí)施，優(yōu)秀的軟件和良好的協(xié)議是必不可少的。本章首先介紹集中器與上位機(jī)以及集中器與載波電表之間的通信協(xié)議，然后介紹集中器的軟件設(shè)計(jì)。協(xié)議的規(guī)定是為了使用方便、系統(tǒng)可靠。(1) 軟件設(shè)計(jì)思想在設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：(a) 程序承擔(dān)的任務(wù)：任何一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都有其具體的應(yīng)和明確的工藝要求，程序設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是確定程序承擔(dān)的任務(wù)；(b) 程序的時(shí)序性:單片機(jī)是按時(shí)序運(yùn)行的，所以程序設(shè)計(jì)到抄表任務(wù)的執(zhí)行順序和時(shí)間要求；(c) 程序的適應(yīng)性：所謂適應(yīng)性，就是要求設(shè)計(jì)出來的程序靈活性，主要考慮將來系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)必要的修改，增加通用性。使整個(gè)系統(tǒng)層次分明，邏輯清楚，便的編制、調(diào)試、修改和查錯(cuò)。(2) 軟件設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)集中器要完成的功能，軟件結(jié)構(gòu)主要包括：主程序模塊(集中器接收上位機(jī)的命令、集中器抄收下位載波電表的數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)塊、時(shí)鐘模塊等。(b)時(shí)鐘模塊當(dāng)上位機(jī)下發(fā)校時(shí)指令時(shí)，MCU可對時(shí)鐘進(jìn)行寫操作，在定時(shí)抄表程序中，MCU要讀取時(shí)間數(shù)據(jù)，與上位機(jī)下載時(shí)間相比較，從而執(zhí)行相應(yīng)的程序。當(dāng)上位機(jī)下發(fā)抄表指令后，集中器便將存儲(chǔ)在RAM的所有電表數(shù)據(jù)讀出并發(fā)送至上位機(jī)。上電復(fù)位信號使系統(tǒng)復(fù)位，系統(tǒng)都將重新進(jìn)行初始化，包括串口初始化等。圖51 抄表循環(huán)程序流程圖【8】MCU采用查詢的方式獲取時(shí)間數(shù)據(jù)，當(dāng)讀取到的時(shí)間數(shù)據(jù)為設(shè)定抄表時(shí)間數(shù)據(jù)時(shí)，先判斷數(shù)據(jù)庫是否下載，接著判斷所有表已抄標(biāo)志，若為1，說明系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行過抄表操作；若為0，說明當(dāng)月的電表讀數(shù)還沒有抄取，于是啟動(dòng)抄表循環(huán)程序。在集中器的主程序中要不斷的查詢是否有上位機(jī)下發(fā)的命令，如果有則先根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的命令，執(zhí)行相應(yīng)的程序，抄表循環(huán)程序流程圖如圖51所示。如果雙方在預(yù)定時(shí)間沒有檢測到載波信號MODEM會(huì)自動(dòng)釋放線路，同時(shí)返回結(jié)果碼，一旦載波建立成功后，MODEM便會(huì)返回結(jié)果碼，表明雙方連接成功，可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。圖52 集中器向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖【8】如果串口接收到數(shù)據(jù)則開始計(jì)時(shí)，并繼續(xù)查詢串口，若在10秒內(nèi)串口接收到數(shù)據(jù)，表示載波建立成功保持集中器與上位機(jī)的連接，開始與上位機(jī)進(jìn)行通信。若第一次響鈴10秒后還未接收到結(jié)果碼l，則表示載波無效，上次響鈴為有人打電話或者是連接出現(xiàn)錯(cuò)誤，集中器不與上位機(jī)連接而繼續(xù)運(yùn)行其他程序。調(diào)制電路的工作過程是這樣的:從終端到中心的鏈路建立之后，先控制MOD2和MOD1使MSM7512B工作在接收狀態(tài)，使能“MODEM狀態(tài)中斷”，等待數(shù)據(jù)采集中心的應(yīng)答信號；當(dāng)有應(yīng)答信號時(shí)，MSM7512B的CD/引腳變的有效，觸發(fā)W77E58的“MODEM狀態(tài)中斷”，在中斷過程中，查詢是否為正確的應(yīng)答信號，如果是，則禁止“MODEM狀態(tài)中斷”，使能“發(fā)送數(shù)據(jù)空中斷”，控制DTRB和DTRA引腳使MSM7512B切換到發(fā)送模式，控制RTSB/引腳使能MSM7512B的發(fā)送，控制RTSB/引腳選擇M7512B的發(fā)送幅度為4dBm，然后就可以從存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)通過PSTN向數(shù)據(jù)采集中心發(fā)送數(shù)據(jù)，如果不是正確的應(yīng)答信號，則繼續(xù)等待應(yīng)答信號。[12]編程序的時(shí)候,主處理器和SSC P300之間的交互歸結(jié)為4個(gè)基本的子程序,就可以完成命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。 圖53 SSCP300初始化流程圖【18】圖54 SSCP300讀事務(wù)子程序圖55 SSCP300寫事務(wù)子程序 主控制器在每次上電時(shí)必須初始化SSC P300系統(tǒng)信息,因?yàn)橄到y(tǒng)信息是掉電丟失的，系統(tǒng)信息是通過一個(gè)寫操作寫入SSC P300的。數(shù)據(jù)包的獲取是通過讀操作來完成的。包括集中器與上位機(jī)以及集中器與載波電表之間的通信協(xié)議、集中器主程序的流程圖、集中器向上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸流程圖和單片機(jī)與擴(kuò)頻芯片SSCP300的數(shù)據(jù)傳輸流程圖。6 結(jié)論本系統(tǒng)具有技術(shù)水平高、可靠性好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)、功能全、模塊體積小、功耗低，系統(tǒng)操作界面簡單易懂、安裝維護(hù)方便。但在運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如與集中器連網(wǎng)的電話線有時(shí)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的抄表成功率有時(shí)不高，這還有待改進(jìn)。二十一世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，在計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展下抄表方案也層出不窮。相信自動(dòng)抄表系統(tǒng)會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景!致 謝感謝我的輔導(dǎo)老師陳興，本論文是在陳老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題到最后完稿無不滲透著陳老師的心血和智慧。在我論文的撰寫過程中給了我很多幫助和很好的建議。他們所講授的知識，開闊了我的思路，培養(yǎng)了我與他人在學(xué)習(xí)和工作中的協(xié)作能力，使我受益匪淺。感謝我的家人，是他們的支持和生活上無微不至地關(guān)心和幫助使我能夠順利完成學(xué)業(yè)。感謝給予我關(guān)心和幫助的所有親人和朋