畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）電力載波通信抄表集中器硬件設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要------------------------------------------------------------------------------1</p><p>　　1緒論----------------------------------------------------------

2、------------------1</p><p>　　1.1電力線載波通信的意義及發(fā)展?fàn)顩r----------------------------------------------1</p><p>　　1.2低壓電力線通信的特點(diǎn)--------------------------------------------------------1</p><p>

3、;　　1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)--------------------------------------------------------2</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)電力載波抄表集中器的目的和意義------------------------------------------2</p><p>　　1.5課題的可行性分析---------------------------

4、---------------------------------2</p><p>　　1.6本文的主要任務(wù)--------------------------------------------------------------3</p><p>　　2電力載波通信技術(shù)----------------------------------------------------------

5、------3</p><p>　　2.1電力線載波通信中信號(hào)傳輸特征分析--------------------------------------------3</p><p>　　2.2常用低壓電力線載波通信技術(shù)--------------------------------------------------4</p><p>　　2.3擴(kuò)頻通信技術(shù)----

6、------------------------------------------------------------4</p><p>　　2.3.1擴(kuò)頻通信的工作原理-------------------------------------------------------4</p><p>　　2.3.2擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)-------------------------------

7、----------------------------4</p><p>　　2.4電力線載波通信的實(shí)現(xiàn)--------------------------------------------------------5</p><p>　　2.4.1國(guó)外的電力線載波專用mode芯片-------------------------------------------5</p>

8、<p>　　3電力載波抄表系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------5</p><p>　　3.1自動(dòng)抄表系統(tǒng)的組成---------------------------------------------------------6</p><p>　　4電力載波抄表集中器的硬件設(shè)計(jì)-------

9、--------------------------------------------6</p><p>　　4.1電力線載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)集中器的硬件設(shè)計(jì)-------------------------------------6</p><p>　　4.1.1集中器的功能及技術(shù)指標(biāo)--------------------------------------------------8&l

10、t;/p><p>　　4.1.2集中器的結(jié)構(gòu)框圖--------------------------------------------------------8</p><p>　　4.2集中器主控器的設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------8</p><p>　　4.2.1主控器的作用

11、------------------------------------------------------------9</p><p>　　4.2.2主控器的選型------------------------------------------------------------9</p><p>　　4.2.3單片機(jī)w77e58的簡(jiǎn)單介紹----------------------

12、---------------------------10</p><p>　　4.3數(shù)椐存儲(chǔ)器的擴(kuò)展-------------------------------------------------------------10</p><p>　　4.3.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram的選擇----------------------------------------------------12&

13、lt;/p><p>　　4.3.2硬件電路設(shè)計(jì)------------------------------------------------------------12</p><p>　　4.3.3存儲(chǔ)器的掉電保護(hù)--------------------------------------------------------13</p><p>　　4.4時(shí)鐘模塊-

14、--------------------------------------------------------------------13</p><p>　　4.4.1設(shè)計(jì)思想----------------------------------------------------------------13</p><p>　　4.4.2時(shí)鐘模塊的選擇-----------------

15、-----------------------------------------14</p><p>　　4.4.3時(shí)鐘模塊與單片機(jī)的鏈接--------------------------------------------------14</p><p>　　4.5電力線載波通信電路的設(shè)計(jì)------------------------------------------------

16、-----15</p><p>　　4.5.1載波通信芯片sscp300的發(fā)送與接收原理------------------------------------16</p><p>　　4.5.2單片機(jī)與sscp300通信的控制工作過(guò)程--------------------------------------18</p><p>　　4.6主控器與mode通信接口

17、--------------------------------------------------------19</p><p>　　4.6.1mode的簡(jiǎn)介---------------------------------------------------------------20</p><p>　　4.6.2主控器與modem通信接口電路-------------------

18、----------------------------21</p><p>　　4.7電源電路--------------------------------------------------------------------22</p><p>　　4.8本章小結(jié)------------------------------------------------------------

19、--------23</p><p>　　5結(jié)論--------------------------------------------------------------------------23</p><p>　　5.1總結(jié)------------------------------------------------------------------------23</p

20、><p>　　5.2結(jié)束語(yǔ)----------------------------------------------------------------------23</p><p>　　參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------------24</p><p>　　電

21、力載波通信抄表集中器硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國(guó)電力事業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的用電抄收管理方式己經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需求。本文在大量收集查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)資料、深入用戶及用電管理部門廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了一種采用低壓電力線載波通信技術(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即上位機(jī)管理系統(tǒng)、集中器和載波電表。重

22、點(diǎn)分析研究了集中器及其與各組成部分的通信。由于我國(guó)低壓電力線上存在的高削減、高噪聲、高變形，必須采用特殊的通信技術(shù)。</p><p>　　本文首先分析了高頻信號(hào)在電力線中的傳輸特性；重點(diǎn)討論了擴(kuò)頻通信技術(shù)在電力線載波通信中的應(yīng)用；深入研究了以擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的、高性能的電力線載波專用MODEM芯片SSC P300的內(nèi)部工作原理。在此基礎(chǔ)上，采用SSC P300實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中集中器與終端載波電表

23、之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸。集中器是連接上位機(jī)與終端載波電表之間的樞紐，起著上傳下達(dá)的作用。根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的集中器的主要功能及性能指標(biāo)要求，本文重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)了集中器的硬件系統(tǒng)。其中硬件系統(tǒng)主要包括主控制器、外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘模塊、看門狗模塊、上位機(jī)通信接口電路以及電力線載波通信電路及其外圍電路等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電力線載波，擴(kuò)頻通信技術(shù)，集中器，抄表系統(tǒng)</p>&l

24、t;p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1電力線載波通信的意義及發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　當(dāng)今世界，作為輸送能源的電力線是一個(gè)近乎天然、入戶率絕對(duì)第一的物理網(wǎng)絡(luò)。而電力線現(xiàn)在的功能僅僅是傳送電能，如何利用網(wǎng)絡(luò)資源潛力，在不影響傳輸電能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)窄帶通信或?qū)拵ㄐ?，使之成為繼電信、電話、無(wú)線通信和衛(wèi)星通信之后的又一通信網(wǎng)，是多年來(lái)國(guó)內(nèi)外

25、科技人員的又一目標(biāo)。要使電力網(wǎng)成為一個(gè)新的通信網(wǎng)，技術(shù)手段只有載波通信。電力線載波通信就是以電力網(wǎng)作為信道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換。因?yàn)殡娫淳€路是每個(gè)家庭最為普通也是覆蓋最為寬廣的一種物理媒介，其覆蓋面超過(guò)有線電視網(wǎng)絡(luò)甚至電話線路，同時(shí)由于利用現(xiàn)有的電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，可以大大減少通信網(wǎng)建設(shè)的費(fèi)用，因而利用電源線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)有著可觀的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。</p><p>　　電力線載波通信又分為35KV以

26、上的高壓載波通信、10KV配電網(wǎng)的載波通信和民用（400V以下）電力線載波通信。在技術(shù)上高壓載波通信主要為業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)通信，由于網(wǎng)絡(luò)專一性，其簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信在國(guó)內(nèi)外基本成熟，進(jìn)入千家萬(wàn)戶的民用電力網(wǎng)才是最大的通信物理網(wǎng)絡(luò)。但在該網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)通信一直是全世界科技工作者的研究課題。由于低壓電力線上實(shí)現(xiàn)通信又很多技術(shù)難點(diǎn)，如網(wǎng)絡(luò)不規(guī)范、節(jié)點(diǎn)多、隔離多、隨機(jī)干擾等。也可以說(shuō)民用電力網(wǎng)對(duì)通信而言是一個(gè)不確定、無(wú)規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)特性呈拓?fù)涮匦缘姆菢?biāo)準(zhǔn)通信網(wǎng)，是

27、通信網(wǎng)絡(luò)的一大挑戰(zhàn)課題。本文研究的對(duì)象正是低壓電力線通信。</p><p>　　1.2低壓電力線通信的特點(diǎn)</p><p>　　總的說(shuō)來(lái)，低壓電力線信道的特點(diǎn)主要包括下面幾個(gè)方面的內(nèi)容：</p><p>　　(1) 噪聲和干擾大</p><p>　　低壓電力線網(wǎng)絡(luò)中，各式各樣的家用電器和辦公設(shè)備產(chǎn)生的噪聲和干擾嚴(yán)重污染著電力線通信環(huán)境。己有的

28、研究結(jié)果表明，噪聲的大量存在是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在低壓電力線上優(yōu)質(zhì)傳輸?shù)闹饕系K之一?，F(xiàn)在把各種噪聲干擾主要來(lái)源歸納為4個(gè)方面：</p><p>　　(a) 可控硅器件和一些電源電路產(chǎn)生的60Hz的倍頻諧波(注:美國(guó)電力線頻率為60Hz)； </p><p>　　(b) 平滑頻譜噪聲，其頻譜平坦，可以看作有限帶寬的白噪聲，家電中的小電機(jī)是產(chǎn)生這類噪音的根源；</p><p>

29、　　(c) 單脈沖干擾，通常由開關(guān)切換、閃電、溫度調(diào)節(jié)器或電容充放電引起；</p><p>　　(d) 非同步周期噪聲，如電視的行掃描頻率對(duì)電網(wǎng)的干擾。</p><p><b>　　(2) 信號(hào)衰減大</b></p><p>　　信號(hào)在電力線上傳輸過(guò)程中的衰減是低壓載波通信遇到的另一難點(diǎn)。同時(shí)，由于低壓配電網(wǎng)直接面向用戶，負(fù)荷情況復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)阻

30、抗不匹配，所以信號(hào)會(huì)產(chǎn)生反射、諧振等現(xiàn)象，使得信號(hào)的衰減變得極其復(fù)雜。信號(hào)的衰減隨著傳輸距離的增加而增加，同時(shí)，信號(hào)的衰減與頻率、工頻電源的相位有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，隨著頻率的增加，信號(hào)的衰減也將增加，而在某些特殊的頻段，由于反射、諧振及傳輸線效應(yīng)等的影響，衰減會(huì)出現(xiàn)突然劇增。在100-- 400kHz頻帶內(nèi)，信號(hào)的平均衰減為40dB，標(biāo)準(zhǔn)偏差為20dB。</p><p>　　(3) 隨機(jī)性和時(shí)變性</p>

31、<p>　　低壓電力線直接面向用戶的特點(diǎn)導(dǎo)致其干擾具有隨機(jī)性和時(shí)變性，這是低壓載波通信面臨的又一挑戰(zhàn)。由于用戶負(fù)荷的隨機(jī)接入和切除，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化以及不可抗拒的自然因素，如雷電等的影響，使得其干擾表現(xiàn)出很強(qiáng)的隨機(jī)性和時(shí)變性，從而難以找到一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型來(lái)加以描述。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和動(dòng)態(tài)</p><p>　　在國(guó)外，自動(dòng)抄表系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展比較早，歐美

32、等國(guó)在上個(gè)世紀(jì)七、八十年代就開始試驗(yàn)探索自動(dòng)抄表技術(shù)，70年代美國(guó)引進(jìn)歐洲音頻電力負(fù)荷控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)研制了負(fù)荷監(jiān)控及抄表系統(tǒng)，80年代，以色列研制成功低壓電力線載波集中抄表技術(shù)，九十年代初自動(dòng)抄表技術(shù)逐漸成熟，在世界各地得到了迅猛的發(fā)展。近年來(lái)，美國(guó)、以色列、德國(guó)和英國(guó)的科技人員一直從事這方面的技術(shù)研究與開發(fā)。90年代初，自動(dòng)抄表技術(shù)被引進(jìn)到中國(guó)，早期的AMR系統(tǒng)主要用于大電網(wǎng)的電能量考核結(jié)算。中國(guó)電力科學(xué)研究院自1997年開始研

33、究電力線載波通信PLC(Power Line Carrier)技術(shù)，主要考慮PLC技術(shù)用于低壓抄表系統(tǒng)，1998年開發(fā)出樣機(jī)，并通過(guò)了試驗(yàn)室功能測(cè)試，1999年在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試運(yùn)行，獲得了產(chǎn)品登記許可。1999年5月開始進(jìn)行PLC系統(tǒng)的研究開發(fā)工作。主要對(duì)我國(guó)低壓配電網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理和分析，基本取得了我國(guó)低壓配電網(wǎng)傳輸特性和參數(shù)，為進(jìn)行深入研究和系統(tǒng)開發(fā)提供依據(jù)。采用低壓電力線載波則具有它的先天優(yōu)勢(shì)，只要

34、解決相關(guān)的技術(shù)性問(wèn)題，它的成本將是最低的。它的研究成功不僅可以替代人工日常抄表</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)雖然出現(xiàn)了一些自動(dòng)抄表系統(tǒng)，但是安裝量并不大，而且技術(shù)并不成熟，成功率低，所以自動(dòng)抄表系統(tǒng)的研究還是有較大的發(fā)展空間。本課題就是在這種情況下，將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、低壓電力線載波通訊技術(shù)和電話通訊技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中式抄表系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化。</p><p>　　1.4設(shè)計(jì)電力

35、載波抄表集中器的目的和意義</p><p>　　自動(dòng)抄表系統(tǒng)是指采用通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理表計(jì)數(shù)據(jù)的一項(xiàng)新技術(shù)。發(fā)展自動(dòng)抄表技術(shù)是提高物業(yè)管理水平的需要，也是網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展的必然需要。采用自動(dòng)抄表技術(shù)，不僅能節(jié)約人力資源，而且可提高抄表的準(zhǔn)確性，減少因估計(jì)或謄寫而造成賬單出錯(cuò)，使相關(guān)管理部門能及時(shí)準(zhǔn)確獲得數(shù)據(jù)信息，由于用戶不再需要與抄表者預(yù)約上門抄表時(shí)間，還能迅速查詢賬單，故這種技術(shù)越來(lái)越

36、受到用戶的歡迎。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的數(shù)據(jù)信息，如電能需量、分時(shí)電量和負(fù)荷曲線等，自動(dòng)抄表為實(shí)現(xiàn)上述需求提供了切實(shí)可行的技術(shù)手段。</p><p>　　近10年來(lái)，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、以色列、中國(guó)等國(guó)的科技人員一直從事這方面的技術(shù)研究與開發(fā)。到目前為止，國(guó)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

37、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。盡管如此，目前我國(guó)在該方面的技術(shù)屬先進(jìn)行列。實(shí)踐證明用進(jìn)口通用通信芯片不可能實(shí)現(xiàn)我國(guó)民用電力網(wǎng)的可靠載波通信。但是隨著市場(chǎng)需求和技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)的民用電力線載波通信必將成為一個(gè)很大的通信網(wǎng)。</p><p>　　1.5課題的可行性分析</p><p>　　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)

38、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(guó)已經(jīng)開發(fā)研制成功；而電話網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)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(wèn)題。因此，本自動(dòng)抄表系統(tǒng)在技術(shù)層面來(lái)講是可行的。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。綜合以上

39、兩個(gè)方面，可見(jiàn)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)是完全切實(shí)可行的。</p><p>　　1.6本文的主要任務(wù)</p><p>　　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(guó)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)。該系統(tǒng)底層通訊方式采用低壓電力線載波通信的方式，載波芯片使用Intel Lon公司的SSCP300擴(kuò)頻載波芯片；上層通訊采用電話網(wǎng)絡(luò)</p><p>

40、　　圖1-1 載波接口電路</p><p>　　2 電力線載波通信技術(shù)</p><p>　　電力線載波通信是利用電力線作為傳輸通道的載波通信，是電力系統(tǒng)特有的一種通信方式。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。由于通信所使用的頻率一般在幾百KHZ以上，因此可以避開50HZ工頻電流的干擾。和其他通信方式相比，具有投資少、施工期

41、短、設(shè)備簡(jiǎn)單、通信安全、實(shí)時(shí)性好、無(wú)中繼和通信距離長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　從六七十年代以來(lái)，利用10kV以上中高壓電力線作為信號(hào)傳輸通道的電力線載波電話已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，對(duì)高壓電力線進(jìn)行高頻信號(hào)傳輸?shù)难芯恳呀?jīng)非常深入和成熟。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)。因此，在使用電力線作為信號(hào)傳

42、輸媒介之前，需要對(duì)它的信道特性進(jìn)行分析。</p><p>　　2.1電力線載波通信中信號(hào)傳輸特性分析</p><p>　　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。影響電力線載波傳輸質(zhì)量的主要因素有:電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性、衰減特性及噪聲的干擾。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。</p><p>　　(1) 低壓電

43、力線上輸入阻抗及其變化</p><p>　　輸入阻抗是表征低壓電力線傳輸特性的重要參數(shù)，研究輸入阻抗對(duì)于提高發(fā)送機(jī)的效率，增加網(wǎng)絡(luò)的輸入功率有重大意義。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。在理想情況下，當(dāng)沒(méi)有負(fù)載時(shí)，電力線相當(dāng)于一根均勻分布的傳輸線。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。當(dāng)電力線上有負(fù)載時(shí)，所有頻率的輸入阻抗

44、都會(huì)減小。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(cè)。由于低壓電力線輸入阻抗的劇烈變化，使發(fā)送機(jī)功率放大器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗難以與之保持匹配，因而給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的困難。</p><p>　　(2) 低壓電力上高頻信號(hào)的衰減及其變化</p><p>　　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

45、困難。對(duì)高頻信號(hào)而言，低壓電力線是一根非均勻分布的傳輸線，各種不同性質(zhì)的負(fù)載在這根線的任意位置隨機(jī)地連接或斷開。因此，高頻信號(hào)在低壓電力線上的傳輸必然存在衰減。顯然，這種衰減與通信距離、信號(hào)頻率等都有密切關(guān)系?？偟膩?lái)說(shuō)，信號(hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)衰減就越厲害。但是，由于電力線是非均勻不平衡的傳輸線，接在上面的負(fù)載的阻抗也不匹配，所以信號(hào)會(huì)遇到反射、駐波等復(fù)雜現(xiàn)象。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

46、離點(diǎn)的衰減比遠(yuǎn)距離點(diǎn)還大的現(xiàn)象。對(duì)于民用電網(wǎng)，其三相電源所接的負(fù)載大小和性質(zhì)都不相同，所以同樣強(qiáng)度的信號(hào)在三相電線上的衰減也不同。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。</p><p>　　(3) 低壓電力線傳輸干擾特性分析</p><p>　　在低壓電力線上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)的另一個(gè)需要認(rèn)真研究的重要問(wèn)題是電力線上干擾的特殊性質(zhì)。電力線上的干擾

47、可分為:非人為干擾和人為干擾。非人為干擾指的是一些自然現(xiàn)象，如雷電在電力線上引起的干擾。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。干擾可分為周期性的連續(xù)干擾、周期性的脈沖干擾、時(shí)不變的連續(xù)干擾和隨機(jī)產(chǎn)生的突發(fā)性干擾。通常情況下，前兩類干擾更為突出。</p><p>　　通過(guò)以上討論可以看到，低壓電力線上的信號(hào)衰減特性和干擾特性非常復(fù)雜，而且隨機(jī)性、時(shí)變性大，難以找到一個(gè)較為準(zhǔn)確的解析

48、式或數(shù)學(xué)模型加以描述，這也是為什么一直以來(lái)對(duì)低壓電力線高頻信號(hào)傳輸特性的分析多以定性分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)試分析為主的原因。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。這種精確數(shù)學(xué)模型的缺乏，對(duì)低壓電力線載波通信設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，即要求其有很好的自適應(yīng)能力。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)。這些對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。盡管

49、低壓電力線載波通信存在上述所說(shuō)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。</p><p>　　2.2常用的低壓電力線載波通信技術(shù)</p><p>　　(1) 窄帶通信方式</p><p>　　窄帶通信方式價(jià)格低廉并且較易實(shí)現(xiàn)，所以在以往的應(yīng)用中比較常用。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

50、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(lái)的信號(hào)產(chǎn)生誤操作;而使用低品質(zhì)因數(shù)的濾波器又會(huì)使通帶帶寬加大，令更多的噪聲進(jìn)入接收器，所以窄帶通信對(duì)脈沖噪聲的抵抗性較差。</p><p>　　(2) 多載波調(diào)制方式</p><p>　　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

51、全正交的一組載波進(jìn)行調(diào)制。因此，多載波調(diào)制方式技術(shù)的實(shí)質(zhì)是將時(shí)分多路的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)化成為頻分多路的數(shù)據(jù)傳輸。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)。</p><p>　　(3) 擴(kuò)頻通信方式</p><p>　　實(shí)用擴(kuò)頻技術(shù)在50年代中發(fā)展起來(lái)，起初擴(kuò)頻技術(shù)只用于軍用通信、制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域，由于它具有許多特點(diǎn)，使得其理論和實(shí)踐發(fā)展迅速。擴(kuò)

52、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)。擴(kuò)頻通信方式是一種簡(jiǎn)便、易實(shí)現(xiàn)、價(jià)格低廉的方式。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)。</p><p><b>　　2.3擴(kuò)頻通信技術(shù)</b></p><p>　　擴(kuò)頻通信是目前應(yīng)用廣泛的通信技術(shù)，它相對(duì)于窄帶通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)有一

53、定的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在擴(kuò)頻通信具有優(yōu)越的抗干擾性能，它能夠很好的克服電力線上的噪聲和干擾，擴(kuò)頻通信用偽隨機(jī)碼把基帶信號(hào)(信息數(shù)據(jù)窄帶信號(hào))的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成相當(dāng)帶寬的低功率譜密度信號(hào)發(fā)射。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)。這些特征使擴(kuò)頻通信信號(hào)不易受干擾，也不容易干擾他人。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。</p><p>　　2.3.1擴(kuò)

54、頻通信的工作原理</p><p>　　在發(fā)送端輸入的信息先經(jīng)信息調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜。展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)。再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。</p><p>　　2.3.2擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)</p><p&g

55、t;　　擴(kuò)頻通信是一種新型的通信體制，是通信領(lǐng)域中一個(gè)重要的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的通信方式相比較，它具有如下的特點(diǎn):</p><p>　　(1) 抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾能力是其它所有通信方式無(wú)法比擬的。特別是在干擾的環(huán)境下，采用擴(kuò)頻通信技術(shù)是提高通信設(shè)備抗干擾能力最有效的措施。因此，抗干擾能力將是擴(kuò)頻通信的最基本特點(diǎn)。</p><p>　　(

56、2) 具有選址能力</p><p>　　由于采用編碼信號(hào)形式，對(duì)一個(gè)或一組接收機(jī)分配規(guī)定的碼組作為地址，而對(duì)其它的接收機(jī)分配不同的碼組。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。</p><p>　　(3) 抗多徑干擾能力強(qiáng)</p><p>　　擴(kuò)展頻譜信號(hào)占據(jù)的頻帶很高，當(dāng)由于某種原因引起衰落時(shí)，只會(huì)使小部分頻譜衰落，而不會(huì)使整個(gè)信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重畸變

57、。故具有抗頻率選擇性衰落的能力。此外，在存在多徑干擾的場(chǎng)合，由于偽隨機(jī)碼尖銳的相關(guān)特性使多徑射束完全獨(dú)立。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。而當(dāng)碼元很窄，偽隨機(jī)碼長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，多徑反射信號(hào)不會(huì)同時(shí)到達(dá)接收點(diǎn)。擴(kuò)頻系統(tǒng)將多徑反射信號(hào)作為干擾噪聲處理。故具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力。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(wú)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(wèn)題。</p&g

58、t;<p>　　2.4電力線載波通信的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　目前，低壓電力線載波通信已經(jīng)朝著使用擴(kuò)頻通信技術(shù)的方向發(fā)展。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。鑒于電力線的惡劣的通道特性，必須采用專用的電力線載波專用MODEM芯片，這也成為電力載波抄表系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。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。

59、</p><p>　　2.4.1國(guó)外的電力線載波專用Modem芯片</p><p>　　國(guó)外在電力線載波通信技術(shù)方面發(fā)展較早，多家國(guó)外公司陸續(xù)推出了自己的電力線載波Modem芯片。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常見(jiàn)的Modem芯片：</p><p>　　(1) ST7536芯片　　ST7536是SGS-THOMSON公司專為電力線載波通訊而設(shè)計(jì)的Modem芯片。由于它是專用Mo

60、dem芯片，所以除有一般Modem芯片的信號(hào)調(diào)制解調(diào)功能外，還針對(duì)電力線應(yīng)用加入了許多特別的信號(hào)處理手段。目前，在國(guó)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。ST7536也是較早的電力線載波Modem芯片，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是較落后的FSK方式，加上三字節(jié)容錯(cuò)，它最高波特率只能達(dá)到400 bps。另外它無(wú)CSMA（網(wǎng)絡(luò)載波偵聽）功能，這些限制了它的應(yīng)用。它通訊距離不是很理想；需要作中繼器時(shí)，通訊速度太慢。</p>&

61、lt;p>　　(2) SSCP300芯片</p><p>　　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。它采用了擴(kuò)頻（Chirp方式）調(diào)制解調(diào)技術(shù)、現(xiàn)代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的CEBUS協(xié)議，可以稱為智能M

62、ODEM芯片，體現(xiàn)了Modem芯片的發(fā)展趨勢(shì)。SSC P300提供了數(shù)據(jù)鏈接層的控制邏輯，符合EIA-600標(biāo)準(zhǔn)的通道訪問(wèn)及通信服務(wù)提供與SPI兼容的主處理器接口。另外，P300應(yīng)用時(shí)，需要接到電力線上所需的外部電路是非常少。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。SSCP30O的特性如下:</p><p>　　(a) 有符合EIA-600標(biāo)

63、準(zhǔn)的物理層收發(fā)器</p><p>　　(b) 具有集成化的DLL處理器，滿足與EIA-600標(biāo)準(zhǔn)兼容的信道存取特征</p><p>　　(c) 提供針對(duì)電力線(LP)擴(kuò)頻載波(SSC)的通訊技術(shù)</p><p>　　(d) 具有串行外圍接口(SPI)與主處理器的接口</p><p>　　(e) 可以在低壓下進(jìn)行操作</p>&l

64、t;p>　　(f) 需要最少的外部元件;可進(jìn)行即插即用</p><p>　　(g) 為20腳的S0IC封裝，大小約為1.3CM X 1.0CM</p><p>　　(3) PL3105芯片</p><p>　　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。其擴(kuò)頻通信單元是專門針對(duì)我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)惡劣的信道環(huán)境所研制開發(fā)的。由于

65、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(guó)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)。</p><p>　　(4) SCll28芯片</p><p>　　SCll28芯片是面向電力線載波通信市場(chǎng)而開發(fā)研制的專用擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器電路。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

66、及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴(kuò)頻/解擴(kuò)、調(diào)制解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動(dòng)、輸入信號(hào)放大、看門狗、工作電壓檢測(cè)以及與單片機(jī)(MUC)串口通信等功能。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。</p><p>　　3 電力載波抄表系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1自動(dòng)抄表系統(tǒng)的組成</p><p>　　圖3

67、-1是基于電力線調(diào)制解調(diào)器的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)以供電局的計(jì)算機(jī)抄表中心為主站，以電力變壓器10KV/380V供電的每個(gè)小區(qū)為相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，在這些子系統(tǒng)中，集中器又相當(dāng)于主站，電能表以及數(shù)據(jù)采集器為從站。采集器的作用是采集多個(gè)用戶的電表數(shù)據(jù)，通過(guò)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(guò)公用電話網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)(如光纖或無(wú)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。</p&g

68、t;<p>　　由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖可知，自動(dòng)抄表系統(tǒng)是將電表數(shù)據(jù)從下而上逐級(jí)傳送完成，也可以根據(jù)實(shí)際情況的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，該系統(tǒng)可分為五個(gè)主要組成部分：</p><p>　　(1) 電能用戶表；</p><p>　　(2) 數(shù)據(jù)采集器；</p><p>　　(3) 電力線Modem；</p><p><b>　　(

69、4) 集中器；</b></p><p>　　(5) 計(jì)算機(jī)抄表中心。 </p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[4]</p><p>　　抄表系統(tǒng)各組成部分的功能是:</p><p><b>　　(1) 電能用戶表</b></p><p>　　對(duì)于電磁式電能表，需在表內(nèi)加裝一只傳

70、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。</p><p><b>　　(2) 數(shù)據(jù)采集器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集器實(shí)際上是計(jì)一費(fèi)終端和數(shù)據(jù)集中器中間的一個(gè)橋梁，它的主要功能在于同時(shí)采集多個(gè)用戶電能表的電量脈沖信息，并經(jīng)過(guò)處理和存儲(chǔ)，通過(guò)電力線Modem沿低壓電網(wǎng)送到集中器上。并且當(dāng)接收到上層的命令時(shí)

71、，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。</p><p>　　(3) 電力線Modem</p><p>　　主要是對(duì)采集器送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，增強(qiáng)對(duì)低壓電網(wǎng)的抗干擾性和減低信道傳輸?shù)恼`碼率。</p><p><b>　　(4) 數(shù)據(jù)集中器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)集中器是安裝在小區(qū)的配電站區(qū)的，它

72、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(guò)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。此外，數(shù)據(jù)集中器還可以定時(shí)抄收計(jì)費(fèi)終端的數(shù)據(jù)，并把抄收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。</p><p>　　(5) 計(jì)算機(jī)抄表中心</p><p>　　通過(guò)通信網(wǎng)對(duì)集中器送來(lái)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

73、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)。</p><p>　　(6) 集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通信</p><p>　　數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)中心之間的通訊采用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為通訊媒介，自動(dòng)抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)集中器之間的通訊主要是電話線Modem模塊之間的通訊，在電力線載波集中抄表器的設(shè)計(jì)中，我們利用單片機(jī)進(jìn)行兩地間的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)單片機(jī)及對(duì)應(yīng)的控制

74、電路和FSK(移頻鍵控)調(diào)制解調(diào)器（MODEM）相結(jié)合，借助現(xiàn)有的公用電話交換網(wǎng)（PSTN進(jìn)行傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩地之間的數(shù)據(jù)通信功能。</p><p>　　圖3-2 集中器與上位機(jī)的通信框圖【7】</p><p>　　發(fā)送端從PC的RS-232口出來(lái)，經(jīng)RS-232/TTL電平轉(zhuǎn)換芯片將RS-232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(guò)電話通信網(wǎng)傳到對(duì)方的調(diào)

75、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。反之亦然</p><p>　　(7) 數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)集中器之間的通信</p><p>　　低壓電力線載波數(shù)據(jù)不能夠跨越變壓器，所以數(shù)據(jù)集中器基本上是被設(shè)置在住宅小區(qū)配電站以內(nèi)，數(shù)據(jù)采集器與集中器之間的通訊采用低壓電力線載波通信方式。</p><p>　　4 電力載波抄表集中器的硬件

76、設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1電力線載波遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)集中器的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　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(guò)電話線與中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通信。集中器的信息存儲(chǔ)和處理量較大，我們需采用處理速率較高的處理器并進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。集中器是安裝在小區(qū)供電變壓器

77、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。</p><p>　　4.1.1集中器的功能及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　設(shè)計(jì)任何一個(gè)產(chǎn)品之前明確它的功能和技術(shù)指標(biāo)是非常必要的。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。集中器的主要功能有：</p><p><b>　　(1) 抄收功能</b>&

78、lt;/p><p>　　根據(jù)設(shè)置的抄收方式采集抄收電表的數(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。</p><p><b>　　(2) 設(shè)置功能</b></p><p>　　可通過(guò)上位機(jī)對(duì)集中器進(jìn)行設(shè)置，包括抄表時(shí)間設(shè)置、固定中繼設(shè)置等。</p><p>

79、<b>　　(3) 通信功能</b></p><p>　　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)。</p><p><b>　　(4) 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、凍結(jié)等。</p><p><

80、b>　　(5) 校時(shí)功能</b></p><p>　　集中器可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，調(diào)整時(shí)間誤差。</p><p>　　4.1.2集中器的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　集中器本身是由主控單元、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘單元、載波通信單元、數(shù)據(jù)傳送通信單元等部分組成。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、

81、穩(wěn)定。</p><p>　　主控器是集中器的核心，數(shù)據(jù)的采集、處理與傳送都是在主控器的控制下進(jìn)行的，外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和時(shí)鐘模塊。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

82、信，采用以SSC P300為核心的電力載波方式進(jìn)行抄表通信。集中器的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-l 集中器組成結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　4.2集中器主控器的設(shè)計(jì) </p><p>　　4.2.1 主控器的作用</p><p>　　集中器是通信的樞紐，它負(fù)責(zé)中心計(jì)算機(jī)和采集終端之間的聯(lián)系。一方面接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的

83、各種操作命令并下傳采集終端；另一方面，將采集終端的各種信息回傳管理中心計(jì)算機(jī)，同時(shí)還存儲(chǔ)所轄表計(jì)的數(shù)據(jù)和有關(guān)參數(shù)，并具有定時(shí)和實(shí)時(shí)抄收采集終端(智能表)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視采集終端(智能表)的工作狀態(tài)等功能。集中器上行通信采取MODME通過(guò)電話線與中心基站聯(lián)系，或是通過(guò)串口直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)系。所以選擇主控器時(shí)必須考慮它的處理速度、存儲(chǔ)空間和驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　主控器是集中器的核心部件，選擇時(shí)一般從以下幾個(gè)指標(biāo)

84、：價(jià)格、速度、位數(shù)、電壓、功耗、系統(tǒng)擴(kuò)展與驅(qū)動(dòng)能力等。另外，件開發(fā)的難易也會(huì)在很大程度上影響用戶的選擇。51系列單片機(jī)有極多的器件可供選擇，并且數(shù)量還在日益增多，價(jià)格便宜，技術(shù)成熟，擴(kuò)展力強(qiáng)。因此，對(duì)于各種各樣的項(xiàng)目而言，51系列單片機(jī)是一種較好的選擇。</p><p>　　4.2.2 主控器的選型</p><p>　　在集中器的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)既要與上位機(jī)通信，又要和電話網(wǎng)進(jìn)行通信，所以需

85、要兩個(gè)串口。本文采用W77E58作為主控制器，在它的控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送與接收。在它內(nèi)部20kB的程序存儲(chǔ)器，而且擴(kuò)展能力強(qiáng)，完全能滿足系統(tǒng)的要求。W77E58是一個(gè)快速8051 兼容微控制器；它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)以后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051 要快許多。一般說(shuō)，按照指令的類型，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051的1.5-3倍。整體來(lái)看，W77E58的速度

86、比標(biāo)準(zhǔn)的8051快2.5倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。W77E58內(nèi)含32KB Flash EPROM，工作電壓為4.5V-5.5V，具有 1KB片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上SRAM代替外部SRAM，可節(jié)省更多I/O口。其主要性能參數(shù)：</p><p>　　(1) 8位CMOS微控制器 </p>

87、<p>　　(2)每4個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期的高速結(jié)構(gòu)，最大外部時(shí)鐘頻率為40MHZ </p><p>　　(3)與標(biāo)準(zhǔn)80C52管腳兼容 </p><p>　　(4)指令與MCS-51兼容 </p><p>　　(5) 4個(gè)8位I/O口 </p><p>　　(6) 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器

88、</p><p>　　(7) 12個(gè)中斷源，2級(jí)中斷能力 </p><p>　　(8)片上振蕩器及時(shí)鐘電路 </p><p>　　(9)二個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行口 </p><p>　　(10)32KB，F(xiàn)lash EPROM </p><p>　　(11)256字節(jié)片內(nèi)暫存RAM

89、</p><p>　　(12)片內(nèi)1KB外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（用MOVX指令訪問(wèn)） </p><p>　　(13)可編程看門狗定時(shí)器，軟件復(fù)位，2個(gè)16位數(shù)據(jù)指針 </p><p>　　(14)對(duì)外部RAM及外設(shè)的訪問(wèn)周期可以進(jìn)行軟件編程 </p><p>　　(15)封裝： DIP 40: W77E58-40 ，PLCC 44：

90、W77E58P-40 ， QFP 44： W77E58F-40</p><p>　　4.2.3 單片機(jī)W77E58的簡(jiǎn)單介紹</p><p>　　W77E58與8052在管腳及指令集上兼容。它具有8052的資源如：4個(gè)雙向8位I/O口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，全雙工串行和若干中斷源。W77E58中建有一個(gè)更加快速，性能更好的8位CPU，它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期

91、速度。性能的提高不僅僅在于使用高頻的振蕩器，還在于W77E58將多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的8052指令的機(jī)器周期從12個(gè)時(shí)鐘減少至4個(gè)時(shí)鐘。這樣性能就提高了1.5-3倍。另外W77E58還可調(diào)整MOVX指令的周期，范圍為2個(gè)機(jī)器周期、9個(gè)機(jī)器周期。這種設(shè)計(jì)使得W77E58能夠更有效的訪問(wèn)慢速或快速外部RAM及外設(shè)。W77E58內(nèi)含1KB用MOVX 指令訪問(wèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H-03FFH。它只能用MOVX指令來(lái)訪問(wèn)，可由軟件來(lái)選擇是否使用

92、這個(gè)片上SRAM。</p><p>　　W77E58是與8052兼容的，因此具有8052的特性；相比8052它的速度提高，耗電量減少。他的指令集基本與8051相同；多了一條DEC DPTR (操作碼 A5H, DPTR減 1)指令。8051每12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期，而W77E58每4個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期。這樣提高了W77E58的指令執(zhí)行速度。因此與8052相比即使在時(shí)鐘頻率相同的情況下W77E58也可以

93、以更高速度運(yùn)行。由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì)，W77E58能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行，在相同指令吞吐量的情況下，電源消耗也降低。機(jī)器周期縮短至4個(gè)時(shí)鐘周期，是W77E58速度提高的主要原因。W77E58具有所有8052的特性，同時(shí)也具有一些新的外設(shè)及特性。</p><p><b>　　(1) I/O 口</b></p><p>　　W77E58有4個(gè)8位I/O口，及一個(gè)附加

94、的4位I/O口。當(dāng)處理器用MOVC或MOVX指令執(zhí)行外部程序、訪問(wèn)外部設(shè)備/存儲(chǔ)器時(shí)，P0口可用作地址/數(shù)據(jù)總線。此時(shí)它內(nèi)部有強(qiáng)上拉或下拉功能，無(wú)須再使用外部上拉。P2口主要提供16位地址的高8位。當(dāng)用作地址線時(shí)它同樣具有強(qiáng)上拉或下拉功能。P1、P3口是I/O口同時(shí)具有不同的功能 。P4口（限PLCC/QFP封裝）是和P1、P3相同的通用I/O口。P4.0有CP/RL2 的復(fù)用功能是等待狀態(tài)中的控制信號(hào)。當(dāng)?shù)却隣顟B(tài)控制信號(hào)使能后，P4.

95、0是輸入口。</p><p><b>　　(2) 串行口</b></p><p>　　W77E58有2個(gè)增強(qiáng)型串行口，功能與標(biāo)準(zhǔn)8052串行口相似。W77E58的串行口能以不同的方式運(yùn)行，以獲得時(shí)序相似。注意串行口0可以用定時(shí)器1或2做波特率發(fā)生器，但串行口1只能用定時(shí)器1做波特率發(fā)生器。串行口有自動(dòng)地址識(shí)別和錯(cuò)誤檢測(cè)的增強(qiáng)能。</p><p>

96、;<b>　　(3) 定時(shí)器</b></p><p>　　W77E58有3個(gè)16位定時(shí)器，其功能與8052體系中的定時(shí)器類似。當(dāng)作為定時(shí)器使用時(shí)，可將它們?cè)O(shè)置為每4個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次計(jì)數(shù)，或者每12個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。這位用戶提供了模擬8052時(shí)鐘運(yùn)行的一種方式。W77E58具有特殊的功能，看門狗定時(shí)器。該定時(shí)器可用作系統(tǒng)監(jiān)控器，或超長(zhǎng)周期定時(shí)器。</p><p>

97、;<b>　　(4) 中斷</b></p><p>　　W77E58的中斷系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)8052之中斷系統(tǒng)有細(xì)微的差別。由于存在新增功能和外設(shè)，中斷源的數(shù)量和中斷向量都相應(yīng)得增加。W77E58提供12個(gè)中斷源2級(jí)中斷能力，包括6個(gè)外部中斷，定時(shí)器中斷及串行I/O口中斷。</p><p><b>　　(5) 電源管理</b></p>&l

98、t;p>　　類似于標(biāo)準(zhǔn)80C52，W77E58有空閑和掉電2種節(jié)電方式。另外W77E58還提供一個(gè)新的稱為經(jīng)濟(jì)模式的節(jié)電方式，它允許用戶將時(shí)鐘頻率進(jìn)行4、64或1024的分頻。在空閑模式下，CPU核心停止工作，而定時(shí)器、串行口、中斷時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。在掉電模式下，所有時(shí)鐘停止工作，芯片運(yùn)行完全停止，是最省電的運(yùn)行模式。</p><p><b>　　(6) 程序存儲(chǔ)器</b></p&g

99、t;<p>　　W77E58提供32KB大小的程序存儲(chǔ)器，這些ROM區(qū)與8052的ROM區(qū)功能類似，所有指令都從這些區(qū)域中取出執(zhí)行。MOVC指令同樣也訪問(wèn)這些區(qū)域，超過(guò)片上ROM最大地址范圍后，系統(tǒng)將訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　(7) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　W77E58最多可以訪問(wèn)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)

100、域用MOVX指令來(lái)訪問(wèn)。不同于其他8051的衍生產(chǎn)品，W77E58還內(nèi)建一個(gè)1KB字節(jié)的MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這1KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為0000H-03FFH。對(duì)該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)是受軟件控制的。當(dāng)軟件允許訪問(wèn)該區(qū)域時(shí)，訪問(wèn)地址范圍為0000H-03FFH的MOVX指令將讀寫MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容。當(dāng)?shù)刂贩秶^(guò)03FFH后，系統(tǒng)將自動(dòng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)軟件禁止訪問(wèn)該區(qū)域時(shí)，該區(qū)域?qū)⒈挥成錇橥獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

101、任何訪問(wèn)地址為0000H-FFFFH的MOVX指令都將訪問(wèn)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這是W77E58默認(rèn)的運(yùn)行環(huán)境。另外W77E58還有標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這片區(qū)域可以間接或直接訪問(wèn)。由于這片區(qū)域只有256字節(jié)，因此僅適用于數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)合。當(dāng)數(shù)據(jù)量較多時(shí)，可以考慮同時(shí)使用2個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。片上MOVX SRAM，同外部RAM一樣只可由MOVX指令來(lái)訪問(wèn)，但是片上MOVX SRAM擁有最快的訪問(wèn)速度。</p><p

102、>　　(8) 看門狗定時(shí)器</p><p>　　看門狗定時(shí)器是一個(gè)自行運(yùn)行定時(shí)器，用戶可通過(guò)編程將其設(shè)置為系統(tǒng)監(jiān)控器，時(shí)基發(fā)生器或事件定時(shí)器。該定時(shí)器基于一組分頻器，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率進(jìn)行分割。分頻器輸出可選，并決定溢出時(shí)間。溢出時(shí)，如果看門狗有效（且看門狗定時(shí)器復(fù)位打開），將引起系統(tǒng)復(fù)位?？撮T狗溢出中斷以及看門狗復(fù)位功能可由軟件設(shè)置，將2者的功能合并或分離（即看門狗定時(shí)器溢出并使系統(tǒng)復(fù)位以及看門狗定時(shí)器僅溢出

103、，而不會(huì)引發(fā)系統(tǒng)復(fù)位）。</p><p>　　看門狗定時(shí)器主要用作一個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控器，在實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用中尤為重要。如果出現(xiàn)電源脈沖干擾或電磁干擾，處理器將會(huì)運(yùn)行不確定的代碼。如果不及時(shí)檢查，整個(gè)系統(tǒng)可能會(huì)崩潰。用戶可以在軟件中使用看門狗定時(shí)器來(lái)防止程序運(yùn)行的錯(cuò)誤；用戶在軟件中適當(dāng)?shù)牡胤桨才趴撮T狗定時(shí)器復(fù)位程序，每當(dāng)運(yùn)行到看門狗定時(shí)器復(fù)位程序時(shí)就將看門狗定時(shí)器復(fù)位防止看門狗定時(shí)器復(fù)位的產(chǎn)生。如果系統(tǒng)受到干擾，程序運(yùn)行發(fā)

104、生異常，系統(tǒng)就可能不會(huì)運(yùn)行看門狗定時(shí)器的復(fù)位代碼，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)被看門狗定時(shí)器復(fù)位。對(duì)于不同的時(shí)鐘速率，看門狗定時(shí)器將會(huì)產(chǎn)生不同的溢出時(shí)間。當(dāng)使能看門狗定時(shí)器復(fù)位后，這個(gè)復(fù)位會(huì)在其溢出并經(jīng)過(guò)512個(gè)時(shí)鐘周期后結(jié)束。</p><p>　　4.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展</p><p>　　W77E58片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為1KB的SRAM。集中器要管理電表，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)集、處理、存儲(chǔ)，僅片內(nèi)1KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

105、是不夠的，需要擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。SRAM 的典型芯片有2KB 的6116、8KB 的6264 以及32KB的62256,其中6264 芯片應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　4.3.1數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的選擇</p><p>　　本文采用6264作為擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。6264是28腳雙列直插式8KB ×8位靜態(tài)隨機(jī)讀取RAM，它具有容量大、功耗低、價(jià)格便宜、集成度高、速度快、設(shè)計(jì)

106、和使用方便等特點(diǎn)。在系統(tǒng)中加入掉電保護(hù)電路，保護(hù)數(shù)據(jù)有很高的可靠性，可以和EEPROM相媲美。</p><p>　　6264的技術(shù)特性：</p><p>　　(a) 使用單一的+5V電源供電；</p><p>　　(b) 最大存取時(shí)間為200ns；</p><p>　　(c) 額定功耗200mW；</p><p>