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1、电力载波通信抄表集中器硬件的设计摘要随着我国电力事业的迅速开展，传统的用电抄收管理方式己经不能满足市场需求。 本文在大量收集查阅国内外有关远程抄表系统资料、深入用户及用电管理部门广泛调研 的根基上，提出了一种采用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统。该系统具有 三层网络构造，即上位机管理系统、集中器和载波电表。重点分析研究了集中器及其与 各组成局部的通信。由于我国低压电力线上存在的高削减、高噪声、高变形，必须采用 特殊的通信技术。本文首先分析了高频信号在电力线中的传输特性；重点讨论了扩频通信技术在电力 线载波通信中的应用；深入研究了以扩频调制解调技术通信技术为根基的、高性能的电 力线载波专
2、用MODEM芯片SSC P300的内部工作原理。在此根基上，采用SSC P300 实现了远程抄表系统中集中器与终端载波电表之间可靠的数据传输。集中器是连接上位 机与终端载波电表之间的枢纽，起着上传下达的作用。根据中华人民共和国电力行业标 准规定的集中器的主要功能及性能指标要求，本文重点研究设计了集中器的硬件系统。 其中硬件系统主要包括主控制器、外部扩展数据存储器、时钟模块、看门狗模块、上位 机通信接口电路以及电力线载波通信电路及其外围电路等。关键词：电力线载波，扩频通信技术，集中器，抄表系统Hardware Design ofPower Line CommunicationMeter Read
3、ing ConcentratorABSTRACT 开展，成为电力线载波通信的热点。扩频通信方式是一种简便、易实现、价格低廉的方 式。本文的低压电力线载波通信方式采用的就是扩频通信技术。2.3 扩频通信技术扩频通信是目前应用广泛的通信技术，它相对于窄带通信系统来说有一定的优势， 主要表现在扩频通信具有优越的抗干扰性能，它能够很好的抑制电力线上的噪声和干 扰，扩频通信用伪随机码把基带信号(信息数据窄带信号)的频谱进展扩展，形成相当带 宽的低功率谱密度信号发射。接收端使用相关处理方法，把要接收的宽带扩频信号恢复 成基带信号。这些特征使扩频通信信号不易受干扰，也不容易干扰他人。扩频信号具有 较宽的频谱
4、，因而分散了噪声功率，使干扰程度减小，提高了通信的可靠性。231扩频通信的工作原理在发送端输入的信息先经信息调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频 码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱。展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接 收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发送端一样的扩频码序列 去相关解扩。再经信息解调，恢复成原始信息输出。扩频通信的特点扩频通信是一种新型的通信体制，是通信领域中一个重要的开展方向。与传统的通 信方式相比较，它具有如下的特点：(1)抗干扰能力强扩频系统的抗干扰能力是其它所有通信方式无法比较的。特别是在干扰的环境下， 采用扩频通信技术是提高通信设备
5、抗干扰能力最有效的措施。因此，抗干扰能力将是扩 频通信的最基本特点。(2)具有选址能力由于采用编码信号形式，对一个或一组接收机分配规定的码组作为地址，而对其它 的接收机分配不同的码组。这样，用不同的编码序列去调制发射机，就能实现选择地址 的目的。(3)抗多径干扰能力强扩展频谱信号占据的频带很高，当由于某种原因引起衰落时，只会使小局部频谱衰 落，而不会使整个信号产生严重畸变。故具有抗频率选择性衰落的能力。此外，在存在 多径干扰的场合，由于伪随机码锋利的相关特性使多径射束完全独立。只有当多径时延 小于码元宽度时，才发生轻度衰落。而当码元很窄，伪随机码长度很长时，多径反射信 号不会同时到达接收点。扩
6、频系统将多径反射信号作为干扰噪声处理。故具有很强的抗多径干扰能力。止匕外，扩频通信还具有信号功率谱密度低，有利于信号隐蔽，实现多扩 频系统具有一系列其它系统无法比较的优点，有效地解决了强干扰环境中的通信问题。2.4 电力线载波通信的实现目前，低压电力线载波通信已经朝着使用扩频通信技术的方向开展。采用扩频通信 技术，能在很大程度上抑制电力线上强衰减、强干扰的缺陷，大大提高通信系统的存在 能力。鉴于电力线的恶劣的通道特性，必须采用专用的电力线载波专用MODEM芯片, 这也成为电力载波抄表系统的关键技术。因此电力线载波通信的关键就是选用一种功能 强大的电力线载波专用MODEM芯片。2.4.1 国外的
7、电力线载波专用Modem芯片国外在电力线载波通信技术方面开展较早，多家国外公司陆续推出了自己的电力线 载波Modem芯片。下面简单介绍几种常见的Modem芯片：(1) ST7536芯片ST7536是SGS-THOMSON公司专为电力线载波通讯而设计的Modem 芯片。由于它是专用Modem芯片，所以除有一般Modem芯片的信号调制解调功能外, 还针对电力线应用参加了许多特别的信号处理手段。目前，在国内电力线载波抄表领域 应用广泛，只是各公司应用水平不同。ST7536也是较早的电力线载波Modem芯片，调 制解调技术是较落后的FSK方式，加上三字节容错，它最高波特率只能到达400 bps。 另外
8、它无CSMA (网络载波侦听)功能，这些限制了它的应用。它通讯距离不是很理想; 需要作中继器时，通讯速度太慢。(2) SSCP300 芯片SSCP300是INTELLON公司采用现代最新通讯技术设计的电力线载波Modem芯 片,利用网络接口控制器将扩频通讯收发器和媒介存取接口高度集成化，是用于低廉的 电能抄表系统的网络接口控制器，为一个高度集成化的电力线收发器和信道存取接口。 它采用了扩频(Chirp方式)调制解调技术、现代DSP技术、CSMA技术以及标准的 CEBUS协议，可以称为智能MODEM芯片，表达了 Modem芯片的开展趋势。SSC P300 提供了数据链接层的控制逻辑，符合EIA-
9、600标准的通道访问及通信服务提供与SPI 兼容的主处理器接口。另外，P300应用时，需要接到电力线上所需的外部电路是非常 少。SCSP300与主处理器一起构造的与CEBus兼容的产品，在各种低廉的电力线网络 应用中，充当着 基本的通讯单元。SSCP30O的特性如下：(a)有符合EIA-600标准的物理层收发器(b)具有集成化的DLL处理器，满足与EIA-600标准兼容的信道存取特征(c)提供针对电力线(LP)扩频载波(SSC)的通讯技术(d)具有串行外围接口 (SPI)与主处理器的接口(e)可以在低压下进展操作需要最少的外部元件;可进展即插即用(g)为20脚的S0IC封装,大小约为1.3CM
10、 X 1.0CMPL3105芯片PL3105芯片是北京福星晓程公司为智能仪表应用设计的产品，它内嵌直接序列扩 频单元。其扩频通信单元是专门针对我国电力网络恶劣的信道环境所研制开发的。由于 采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，所以在抗干扰、抗 衰落性能以及国内外同类产品性能价格比等方面有着更加出众的表现。(4) SC1128 芯片SC1128芯片是面向电力线载波通信市场而开发研制的专用扩频调制解调器电路。由 于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，因此该电路应用 在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频/解扩、 调
11、制解调、D/A和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作 电压检测以及与单片机(MUC)串口通信等功能。该芯片在小型多功能应用系统中可以起 到降低系统成本并提高系统功能的作用。3电力载波抄表系统总体设计3.1自动抄表系统的组成图3-1是基于电力线调制解调器的自动抄表系统的构造示意图，系统以供电局的计 算机抄表中心为主站，以电力变压器10KV/380V供电的每个小区为相对独立的子系统, 在这些子系统中，集中器又相当于主站，电能表以及数据采集器为从站。采集器的作用 是采集多个用户的电表数据，通过电力Modem的调制解调，并经22OV低压电力网用 载波方式送到集中器，集中器再通过
12、公用 网或专用通信网(如光纤或无线电通信等) 把数据传送到供电局的计算机抄表中心。由系统构造示意图可知，自动抄表系统是将电表数据从下而上逐级传送完成，也可图3-1系统构造不意图 抄表系统各组成局部的功能是：(1)电能用户表对于电磁式电能表，需在表内加装一只传感器或光电模块，将电能表的数据转换成 电信号输出；对于电子式电能表，则可以直接利用表的电脉冲输出。(2)数据采集器数据采集器实际上是计一费终端和数据集中器中间的一个桥梁，它的主要功能在于 同时采集多个用户电能表的电量脉冲信息，并经过处理和存储，通过电力线Modem沿 低压电网送到集中器上。并且当接收到上层的命令时，数据采集器能够向计费终端发
13、出 抄表或者断电的命令。(3)电力线Modem主要是对采集器送来的数据进展调制和解调，增强对低压电网的抗干扰性和减低信 道传输的误码率。(4)数据集中器数据集中器是安装在小区的配电站区的，它的功能是向采集器发出命令，抄收计费 终端的数据，然后再通过公用 网络传送给远方的数据中心；数据集中器能够接收的 数据中心的命令，并把相关命令再转发给辖区内的指定的数据采集器。此外，数据集中 器还可以定时抄收计费终端的数据，并把抄收到的数据存储到数据存储器中。(5)计算机抄表中心通过通信网对集中器送来的电量数据进展分类和储存、校对抄录时间、设置用户编 号和抄表时间、发布抄录命令以及统计和计价、为收取电费、线损
14、计算、负荷控制提供 服务。图3-2集中器与上位机的通信框图发送端从PC的RS-232 口出来，经RS-232/TTL电平转换芯片将RS-232电平转换 成TTL电平送到调制解调器，调制解调器将数据调制成音频信号，通过 通信网传到 对方的调制解调器,对方的调制解调器将音频信号解调成数据，再送到对方的单片机中, 进展数据处理。反之亦然(7)数据采集器与数据集中器之间的通信低压电力线载波数据不能够跨越变压器，所以数据集中器基本上是被设置在住宅小区配电站以内，数据采集器与集中器之间的通讯采用低压电力线载波通信方式。4电力载波抄表集中器的硬件设计4.1 电力线载波远程抄表系统集中器的硬件设计集中器是集中
15、下属的数据采集器的数据，并发给中心服务器，集中器有两个通信对 象，面对不同对象时，需要采取不同的通信方式，在于数据采集器通信时，使用电力线 载波通信，并通过 线与中心服务器实现通信。集中器的信息存储和处理量较大，我 们需采用处理速率较高的处理器并进展存储器的扩展。集中器是安装在小区供电变压器 低压侧，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是连接机与用户电表之间 的枢纽。4.1.1 集中器的功能及技术指标设计任何一个产品之前明确它的功能和技术指标是非常必要的。集中器作为电力线 载波抄表的一局部，起着上传下达的作用。集中器的主要功能有： 抄收功能根据设置的抄收方式采集抄收电表的数据。集中器
16、可根据上位机下载的定时抄表， 在每月一次按时启动月冻结抄表；具有实时抄表和对某些特定表进展抄表的功能。 设置功能可通过上位机对集中器进展设置，包括抄表时间设置、固定中继设置等。通信功能集中器接收上位机下载数据，包括电表数量、表号、抄表参数以及中继管理需要的 信息，可根据设置抄收载波电表的数据。(4)数据处理数据处理包括数据的存储、冻结等。校时功能集中器可通过上位机进展系统校时，调整时间误差。4.1.2 集中器的构造框图集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送 通信单元等局部组成。集中器既要做上位机的从机，又是载波电表的主机，其软、硬件 的设计要求从基本上保证系统
17、可靠、稳定。主控器是集中器的核心，数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进展的， 外部扩展数据存储模块和时钟模块。数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身 的参数、所负责电表的参数以及电表电量等；实时时钟为集中器定时抄表提供时间标准;图4-1集中器组成构造框图4.2 集中器主控器的设计4.2.1 主控器的作用山集中器是通信的枢纽，它负责中心计算机和采集终端之间的联系。一方面接收来自 计算机的各种操作命令并下传采集终端；另一方面，将采集终端的各种信息回传管理中 心计算机，同时还存储所辖表计的数据和有关参数，并具有定时和实时抄收采集终端（智 能表）数据，实时监视采集终端（智能表）的工作状态
18、等功能。集中器上行通信采取 MODME通过 线与中心基站联系，或是通过串口直接与计算机联系。所以选择主控 器时必须考虑它的处理速度、存储空间和驱动能力。主控器是集中器的核心部件，选择时一般从以下几个指标：价格、速度、位数、电 压、功耗、系统扩展与驱动能力等。另外，件开发的难易也会在很大程度上影响用户的 选择。51系列单片机有极多的器件可供选择，并且数量还在日益增多，价格廉价，技术 成熟，扩展力强。因此，对于各种各样的工程而言，51系列单片机是一种较好的选择。4.2.2 主控器的选型在集中器的设计中，单片机既要与上位机通信，又要和网进展通信，所以需要两个串口。本文采用W77E58作为主控制器，在
19、它的控制下进展数据的传送与接收。在 它内部20kB的程序存储器，而且扩展能力强，完全能满足系统的要求。W77E58是一 个快速8051兼容微控制器；它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周 期速度。经过这种改良以后，在一样的时钟频率下，它的指令执行速度比标准8051要 快许多。一般说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准8051的1.5-3倍。 整体来看,W77E58的速度比标准的8051快2.5倍。在一样的吞吐量及低频时钟情况下， 电源消耗也降低。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运行。 W77E58内含32KB Flash EPROM,工作电压
20、为4.5V-5.5V,具有1KB片上外部数据存 储器，当用户应用时使用片上SRAM代替外部SRAM,可节省更多I/O 口。其主要性 能参数：（1）8位CMOS微控制器每4个时钟周期为一个机器周期的高速构造，最大外部时钟频率为40MHZ(3)与标准80C52管脚兼容(4)指令与MCS-51兼容(5)4 个 8 位 I/O 口(6)3个16位定时/计数器(7)12个中断源，2级中断能力 (8)片上振荡器及时钟电路 (9)二个增强型全双工串行口 (10)32KB, Flash EPROM (11)256字节片内暂存RAM (12)片内1KB外部数据存储器用MOVX指令访问) (13)可编程看门狗定时
21、器，软件复位，2个16位数据指针 (14)对外部RAM及外设的访问周期可以进展软件编程 (15)封装：DIP 40: W77E58-40 , PLCC 44：W77E58P-40 , QFP44： W77E58F-404.2.3 单片机W77E58的简单介绍W77E58与8052在管脚及指令集上兼容。它具有8052的资源如：4个双向8位I/O口， 3个16位定时器/计数器，全双工串行和假设干中断源。W77E58中建有一个更加快速， 性能更好的8位CPU,它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。 性能的提高不仅仅在于使用高频的振荡器，还在于W77E58将多数标准的8052指令的
22、机 器周期从12个时钟减少至4个时钟。这样性能就提高了 1.5-3倍。另外W77E58还可调整 MOVX指令的周期，范围为2个机器周期、9个机器周期。这种设计使得W77E58能够更 有效的访问慢速或快速外部RAM及外设。W77E58内含1KB用MOVX指令访问的数据存 储器，地址范围为0000H-03FFH。它只能用MOVX指令来访问，可由软件来选择是否使 用这个片上SRAM。W77E58是与8052兼容的，因此具有8052的特性；相比8052它的速度提高，耗电量减 少。他的指令集 基本与8051一样；多了一条DEC DPTR (操作码A5H, DPTR减1)指令。 8051每12个时钟周期为
23、一个机器周期，而W77E58每4个时钟周期为一个机器周期。这样 提高了W77E58的指令执行速度。因此与8052相比即使在时钟频率一样的情况下W77E58 也可以以更高速度运行。由于采用全静态CMOS设计，W77E58能够在低时钟频率下运 行，在一样指令吞吐量的情况下，电源消耗也降低。机器周期缩短至4个时钟周期，是 W77E58速度提高的主要原因。W77E58具有所有8052的特性，同时也具有一些新的外设 及特性。(1)1/0 口W77E58有4个8位I/O口，及一个附加的4位I/O口。当处理器用MOVC或MOVX指令 执行外部程序、访问外部设备/存储器时，P0口可用作地址/数据总线。此时它内
24、部有强 上拉或下拉功能，无须再使用外部上拉。P2口主要提供16位地址的高8位。当用作地址 线时它同样具有强上拉或下拉功能。Pl、P3是I/O口同时具有不同的功能。P4口 限 PLCC/QFP封装)是和Pl、P3一样的通用I/O口。P4.0WCP/RL2的复用功能是等待状态 中的控制信号。当等待状态控制信号使能后，P4.0是输入口。(2)串行口W77E58有2个增强型串行口，功能与标准8052串行口相似。W77E58的串行口能以 不同的方式运行，以获得时序相似。注意串行口0可以用定时器1或2做波特率发生器， 但串行口1只能用定时器1做波特率发生器。串行口有自动地址识别和错误检测的增强 能。(3)
25、定时器W77E58有3个16位定时器，其功能与8052体系中的定时器类似。当作为定时器使用 时，可将它们设置为每4个时钟周期进展一次计数，或者每12个时钟周期进展一次计数。 这位用户提供了模拟8052时钟运行的一种方式。W77E58具有特殊的功能，看门狗定时 器。该定时器可用作系统监控器，或超长周期定时器。(4)中断W77E58的中断系统与标准8052之中断系统有细微的差异。由于存在新增功能和外 设，中断源的数量和中断向量都相应得增加。W77E58提供12个中断源2级中断能力，包 括6个外部中断，定时器中断及串行I/O中断。(5)电源管理类似于标准80c52, W77E58有空闲和掉电2种节电
26、方式。另外W77E58还提供一个新 的称为经济模式的节电方式，它允许用户将时钟频率进展4、64或1024的分频。在空闲 模式下，CPU核心停顿工作，而定时器、串行口、中断时钟继续运行。在掉电模式下， 所有时钟停顿工作，芯片运行完全停顿，是最省电的运行模式。(6)程序存储器W77E58提供32KB大小的程序存储器，这些ROM区与8052的ROM区功能类似，所 有指令都从这些区域中取出执行。MOVC指令同样也访问这些区域，超过片上ROM最大 地址范围后，系统将访问外部存储器。(7)数据存储器W77E58最多可以访问64KB的外部数据存储器。这个存储器区域用MOVX指令来访 问。不同于其他8051的
27、衍生产品，W77E58还内建一个1KB字节的MOVXSRAM数据存 储器。这1KB的数据存储器的地址范围为0000H-03FFH。对该数据存储器的访问是受软 件控制的。当软件允许访问该区域时，访问地址范围为0000H-03FFH的MOVX指令将读 写MOVXSRAM数据存储器的内容。当地址范围超过03FFH后，系统将自动访问外部数 据存储器。当软件制止访问该区域时，该区域将被映射为外部数据存储器。任何访问地 址为OOOOH-FFFFH的MOVX指令都将访问到外部数据存储器。这是W77E58默认的运行 环境。另外W77E58还有标准的256字节暂存数据存储器。这片区域可以间接或直接访问。 由于这
28、片区域只有256字节，因此仅适用于数据量较小的场合。当数据量较多时，可以 考虑同时使用2个数据存储器。片上MOVXSRAM,同外部RAM一样只可由MOVX指令 来访问，但是片上MOVX SRAM拥有最快的访问速度。看门狗定时器看门狗定时器是一个自行运行定时器，用户可通过编程将其设置为系统监控器，时 基发生器或事件定时器。该定时器基于一组分频器，对系统时钟频率进展分割。分频器 输出可选，并决定溢出时间。溢出时，如果看门狗有效（且看门狗定时器复位翻开）， 将引起系统复位。看门狗溢出中断以及看门狗复位功能可由软件设置，将2者的功能合 并或别离（即看门狗定时器溢出并使系统复位以及看门狗定时器仅溢出，而
29、不会引发系 统复位。看门狗定时器主要用作一个系统监控器，在实时控制的应用中尤为重要。如果出现 电源脉冲干扰或电磁干扰，处理器将会运行不确定的代码。如果不及时检查，整个系统 可能会崩溃。用户可以在软件中使用看门狗定时器来防止程序运行的错误；用户在软件 中适当的地方安排看门狗定时器复位程序，每当运行到看门狗定时器复位程序时就将看 门狗定时器复位防止看门狗定时器复位的产生。如果系统受到干扰，程序运行发生异常, 系统就可能不会运行看门狗定时器的复位代码，此时系统就会被看门狗定时器复位。对 于不同的时钟速率，看门狗定时器将会产生不同的溢出时间。当使能看门狗定时器复位 后，这个复位会在其溢出并经过512个
30、时钟周期后完毕。4.3 数据存储器的扩展W77E58片内数据存储器为1KB的SRAM。集中器要管理电表，对其进展数据集、 处理、存储，仅片内1KB数据存储器是不够的，需要扩展外部数据存储器。SRAM的 典型芯片有2KB的6116、8KB的6264以及32KB的62256,其中6264芯片应用最为 广泛。4.3.1 数据存储器RAM的选择本文采用6264作为扩展的数据存储器。6264是28脚双列直插式8KB X 8位静态 随机读取RAM,它具有容量大、功耗低、价格廉价、集成度高、速度快、设计和使用 方便等特点。在系统中参加掉电保护电路，保护数据有很高的可靠性，可以和EEPROM 相媲美。6264
31、的技术特性：(a)使用单一的+5V电源供电；(b)最大存取时间为200ns；(c)额定功耗200mW；(d)采用CMOS工艺制造；(e)输入和输出引脚均与TTL电平直接兼容；*Ao父 22-.“父器4得CS为片选信号OE为输出允许信号WE为写信号A0-A12为13根地址线D0-D7为8位数据线4-2 6264电路原理图逻辑符号川硬件电路设计图4-3单片机存储器的扩展电路W77E58单片机由于受管脚的限制，在扩展存储器时，数据线和地址线是复用的。 P2 口的P2.0- P2.4作为高5位地址线，P0 口作为低8位地址/数据总线，P0、P2 口的 共同组成13位地址，寻址范围为:0000H-3FF
32、FH。扩展的数据存储器6264为 8KB,需13根地址线，寻址范围为:0000H-lFFFH。扩展的程序存储器2764为8KB,需 13根地址线，寻址范围为:1000H-2FFFH。W77E58的P0、P2 和6264的A0-A12地址 线相连接，P0 口 双向数据线相连；RD/是用于访问外部数据的读选通，连接 6264的输出允许端OE/； WR/是用于访问外部数据的写选通信号，连接6264的输入使 能端。当WR/为低电平，片选端CE/为低电平时，将P0 和P2 的上的数 据写到A0A13选中的存储单元中。在扩展了外部数据存储器后，PO和P2 口 P2.0- P2.4 不能再用于其它功能。由于
33、W77E58的低8位地址和数据分时复用，因此需要外部地址 锁存器74LS373和ALE锁存信号来锁存低8位地址，它在下降沿锁存地址。存储器的掉电保护在单片机系统中，当主电源DC5V失去时，我们称之为掉电。掉电之后，单片时 机停顿工作，时钟会停顿往前走，存储器的数据容易丧失，这种结果在许多场合往往是 不希望的，为了保证单片机在主电压失去时仍然能够保持运行，人们就利用干电池对单 片机系统继续进展供电。单片机允许在电压低至2V甚至更加小一些的电压供电时， 仍然可以保证其最基本的运行。电池在主电源失去时，对单片机存储器的继续运行提 供能源，此时的电池能源是非常珍贵的，而且随着保护时间的延长，电池的电量
34、也会用 完的。所以，保护电路有一个最长保护时间的参数，使用中不能超过，否则，保护就会With the rapid development of power undertaking of our country, the traditional ways of meter reading can not satisfy the demand of market any more.Based on the vast collecting and consulting of the concerned information of the remote meter reading system of
35、 the home and abroad and going deep into the consumers and power consumption administrative departments to investigate and research widely, a remote meter reading system adopting carrier communication technology of the low-voltage power linecommunication (PLC) had been proposed in this paper. It had
36、 networkstructure ofthreelayers, i.e.the computer administrativesystem , concentratorand carrier meter. And thefunctionsandcharacteristicsofthewholesystemtogetherwithitsevery componenthadbeenanalyzed.Becausehighattenuation，highnoiseandhighdistortionexistinthelow-voltagepower! inesofourcountry,specia
37、lcommunication technology must be adopted.First of all, the transmissioncharacteristic whenhigh-frequencysignal was transmittedthroughpowerlineswasanalyzed.Secondly, the applicationofspread spectrum communicationtechnologytocarriercommunicationofthepowerlinewasemphaticallydiscussed.Thirdly ，theinter
38、ior principleofthespecialMODEMIC SSCP300 adoptingSpread-spectrum modem communication technologywas deeply studied.Basedonthis,SSCP300wasselectedtothereliabledatatransmissionbetweentheconcentratorofthelong-distancemeterreadingsysteman dtheterminalsignalcarrierammeter.Beingtheheartoftheautomatic meter
39、readingsystem , the concentrator connected the computer with the terminal carrier meter. The hardware system of the concentrator was emphatically designed according to the main functions and the demands for performance targets of the concentrator stated in the power trade standard of PRC. It was mai
40、nly composed of MCU externalexpandedRAM, clockmodule, watchdogmodule, thecomputercommunication interface circuitandthePLC communication circuittogetherwithits peripheral circuits-KEYWORDS：carrier power line, spread spectrum communication technology, concentrator, meter reading system失效。当电池经过保护时间的使用之
41、后，就需要补充电能，以便下一次保护时能够正常 投入保护工作。所以在系统正常工作时应该给电池充电。电池在主电源正常供电时，需 要由主电源对其进展充电；当主电源失去时，又由电池放电以保持单片机系统的运行。 图4-4数据存储器的掉电保护电路在本系统中，采集的用户电表数据都存储在外部扩展的数据存储器中，存储器一旦 掉电，将失去所有数据，所以必须给数据存储器加掉电保护，防止数据的丧失。正常工 作时，由VCC5V电源供电，此时，VCC5V电源通过D1和R1 ,对保护用电池进展 充电，以保证电池电量的充足。适中选择R1的大小，可以保证充电电流和充电时间 都比较合理。当主电源失去后，电池通过R1+R2 ,对存
42、储器供电端口进展供电，供电 电流通过R1+R2之后，会有压降，到达存储器的VCC端口时，电压就会比3.6低, 一般会在2V-2.5左右，但可以防止存储器中的数据丧失。4.4 时钟模块4.4.1 设计思想电力线载波抄表系统是一个与时间记录有很大关系的系统，上位机不但要从集中器 采集电表数据，还要知道固定时刻电表数据的值，因此实时时钟是必不可少的。将时钟 放在集中器上，既可以满足系统对时间信息的 基本要求，也不会给系统增加过多的负 担。当平时运行抄收命令时，集中器会每抄收一块电表就加上当时的时间。将时钟放在 集中器上还有利于上位机对时钟进展准确校时。4.4.2 时钟模块的选择本文选用的DS1288
43、7是DALLAS半导体公司新推出的实时时钟芯片，可直接取代 DS1287,该芯片引脚少、体小、使用方便、价格廉价，功能丰富，应用广泛。它在工业 控制及智能仪器仪表中有广泛用途，一般PC机内的时钟信号就是由DS12887提供的。 DS12887的特点：（1）可作为个人计算机的时钟和日历；（2）与MC146818B和DS1287的 管脚兼容；（3）在没有外部电源的情况下可工作10年；（4）自带晶体振荡器及锂电池；（5） 可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日、月、年七种日历信息并带闰年补偿； （6）用二进制码或BCD码来表示日历和闹钟信息；并有128字节带掉电保护的RAM。 DS12887的
44、管脚图如下：AD0-AD7：地址/数据，应接P0D；MOT：总线类型选择，与89c51连接时接地；CS：片选;AS：地址选通，与89c51连接时接ALE；RAV：读/写控制，与89c51连接时接WD；DS：数据选通，与89c51连接时接RD；RESET：复位，接+5V；图4-5DS12887的管脚图IRQ：中断请求输出。4.4.3 时钟模块与单片机的连接I时钟芯片在智能电量测量仪的设计中有着广泛的应用，显示积累值及当前时间。 DS12887芯片在为系统提供时间信息的同时，还保证了积累值及其它重要数据在掉电情 况下不致丧失，对时间的读取可以采用查询方式，即查询到位IRQ/为0时读时间，也 可以采
45、用中断方式使芯片每秒钟中断一次，在中断程序中读时间，为了提高工作效率通 常采用中断方式。DS12887芯片与单片机的接口电路如以以下列图,因为与51系列单 片机连接，所以MOT接地；片选CS接138译码器的Y2端；IRQ端接一上拉电阻连 到W77E58的中断INT1端，即采用中断方式读取时钟参数，当允许DS12887向单片机 申请中断，SQW端输出为500ns的方波；数据模式为BCD码，时间采取24h模式。由 于DS12887内部带有锂电池，可保证其正常工作达十年之久。所以不管外部供电电压 若何，一旦启动DS12887的计时功能，它将自动地进展年、月、日、星期、时一、分、 秒的计时。并能保证在
46、25环境温度的情况下，计时精度在lmin/月的范围内。图4-6单片机与时钟芯片DS12887的连接电路4.5 电力线载波通信电路设计电力线载波电路是负责与载波电表的通信，能同时接收多路电力载通信，每一路电 力载波均有独立的收发系统。载波电路是整个系统的核心，本文采用SSCP300作为电 力线载波专用调制解调芯片。需要配合外围功率放大电路和接收回路才能工作，载波通 信的距离与外围电路设计优劣、功率小等密切相关。从SSCP300输出的信号幅度小、 驱动能力弱，而且有各种谐波，因此要放大滤波，然后通过耦合电路将信号调制到电力 线上。电力线传来的载波信号由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放
47、大再送 到SSCP300的接收端，再送给单片机进展处理，单片机中存储的数据经过现有的 网 传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进展控制。低压扩频载波模块主要由SSCP300低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和 电力线藕合电路构成，负责对单片机送来的数据进展线性扫频调制，放大后藕合到电力 线上，对通过电力线送来的载波信号进展扫频解调后送给单片机。这种数据通信采用了 收发分时控制的半双工通讯。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000米。在信道 特性最恶劣的情况下，也要保证不小于600米。低压电力线载波通信的原理构造框图如图4- 7所示。图4-7低压电力线载波通信的原理构造框图电力线载
48、波通信是电力线载波抄表集中器的核心任务，采用先进的载波调制原理， 充分利用电子技术和微处理器技术，开发通用的电力线载波通信设备则是电力线载波抄 表的重要根基工作。本文将以SSCP300为核心器件，就其工作原理、电路设计开开展 开讨论。扩频通信技术是将信息在载波调制的根基上再进展扩频调制，将信号频带展宽成比 信息带宽大得多的宽频信息带进展通信的一种信息传输方式。扩频通信具有很强的抗干 扰性能，通过相关分析实现可靠的数据传输。线性扩频是指在发送数据信号的一个周期 内，其载波的频率作线性变化。线性调频信号的产生可由一个锯齿波信号调制压控振荡 器来实现(与扫频信号相似)。发送时将该线性调频波作为载波来对传送的基带信号(信 息数据进展扩频调制，实现频谱扩展后形成相当带宽的低功率谱密度信号，通过输出 放大器和媒介耦合电路传输到媒介；接收时电力线上的线性扩频信号通过耦合滤波网 络输入，并可采用匹配滤波器对线性调频信号进展压缩处理，使信号在一个很短的时间 内输出集中的能量。而与滤波器不匹配的信号在时间上没有压缩，甚至反被扩展，从而 提高信噪比。最后对检出的信号进展解调及相关处理，恢复原始信息。4.5.1 载波通信芯片SSCP300的发送与接收原理