基于ST7538的电力线载波通信系统设计.pdf

通 1 言与 1 言息 处 理 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第3 期 Co mm u nic a t ion an d I n f o r ma t i o n Pr o c e s s i n g 讯模块如图2 所示： 主要由微控制器 A T8 9 C 5 l 和控制调 制解调mo d e m芯片S T 7 5 3 8 。当P 2 3 ( R E G D AT A) 为 0 ， P 2 2 ( R x T x ) 为 0 时，S T7 5 3 8 进入空闲状态并且打开发 送器 电路 ， 经过Tc c时间后， 调制解调器开始传输TXD 上的数据 ； 当P 2 3 ( R E G D AT A) 为0 ， P 2 2 ( Rx T x ) 为 1 时， S T7 5 3 8 进入空闲状态并且 C L R T拉低， 经过 T c c 时间 后 ， 调制解调器开始在 RXD线上提供接收到的数据 2 】 。 3 2 S T 7 5 3 8 电力线接口设计 通常电力线接 口电路包括 ： 接收 ， 发送 ， 功放 ， 耦合 和保护电路等 3 ， 引 ， 由于S T7 5 3 8内部 自带功率放大电路 ， 故只需设计接收 ， 发送 ， 耦合和保护几个部分。电力线 接 口电路如图3所示。 图3 电力线接口电路 3 2 1 接收电路 在接收数据时， 为了滤 除来 自电网中的噪声 ， 则需 要设计一个滤波 电路 。而有源滤波器会产生一个与接 收信号相当的白噪声， 故选用无源带通滤波器， 它允许 一 定频段 的信号 通过 ， 抑制低 于或 高于该 频段 的信号 、 干扰和噪声。如图3 所示 ， C1 9 ， L 2 ， R5组成二阶无源 带通滤波器， 在接收的过程中AT O P 2 接地， AT O P1 为高 阻抗。由式 1 和式2确定 C 1 9和 L 2 。 1 中心频率公式： ， ) - 品 质 因 数： Q= R 5 ( 其中Q 值 选 为2 3 ) ( 2 ) V L 为了减少变压器初级线圈的直流电流和不影响发送 部分， R5 也很关键， 既不能太大也不能太小， 太小影响发送 部分的效果 ； 太大， 将产生较高的白噪声。综合考虑选为 7 5 0 Q。S T 7 5 3 8 有八个频率段， 在此选择f 0为 1 3 2 5 k H Z ， Q选为2 8 5 ， 代入式1 和式2 ， 得 C 1 9为 1 o n F ， L 2为 3 3 0 u H。 3 。 2 2 发送 电路 在发送数据时， 由于输出信号中掺杂了噪声和伪信 号，其传输干扰频率是发送信号的二次谐波和三次谐 波， 所以， 在此采用四阶带通滤波器将其滤除， 如图3所 示。所用信道频率( 滤波器的中心频率 t o ) 为 l 3 2 5 k Hz ， 带宽选为 6 0 k Hz ， 其中两个极点频率选为 1 6 0 k Hz ， 另两 个极点频率选为 1 0 0 k Hz 。 由极点频率公式f= 1 z 1 s 1 其中 + ， + ， =厶 +2 L c ， 电容 C 2 1 、电感 L 3 、L 4 和等效感性阻抗 L C 的值一般 事先给定， 电容 C l 7和 C 2 0 的值要通过计算确定。由于 电路中各个器件的相互影响， 故尽可能选用电阻性器件， 变压器选用 l ： l 的隔离变压器。模拟电力线的阻抗条 件 ， 即给滤波器的输出端加上一个感性负载 ， 令其阻抗特 性为 2 L C =1 0 0 u H。因线路是重负载且整体串联阻抗大 于 2 Q时， 发送信号的耦合损耗会过大 ， 其值应尽可能 小， 所以L 3的值选为 1 0 u H， L 4 的值选为 2 2 u H。电容 C 2 l 的作用是将变压器与电力线隔离， 过滤电力线上的 5 0 6 0 Hz 的信号， 使某些高频信号通过， 同时此电容还 应具有短路保护功能， 以防止电容短路时失去滤波功能 而使接口电路损坏 ， 甚至对靠近它的人员造成伤害， 考虑 到整体 电力线的压 降及变压器线圈中电流值约为 2 3 mA， 所以 C 2 1的值一般选为 3 3 n F 2 7 5 V。由极点频率 公式， 求得 C 1 7 为2 2 0 n F， C 2 0为 1 0 0 n F。 3 2 3 保护电路 为避免尖峰信号对电路的破坏， 保护电路是必不可 少的， 一般采用双向稳压管。通常火线与零线间的干扰 为差模干扰 ； 火线与地线， 零线与地线间的干扰为共模干 扰。由于一个双向稳压管只对差模尖峰信号起作用 ， 所 以必须采用三个稳压管( 即D 2 、D3 为P 6 KE 6 V8 A， D1 为 S M6 T 6 V8 A) ， 如图3 所示， 将它们连成星型结构， 这样就 可 以保护接 口电路的器件不被烧坏。 4 软件设计 系统启动后， 程序首先完成初始化后便 自动进人从 电力线接收数据的状态 ， 开始检测载波信号有无及正确 与否。如果检测到载波信号且正确， 则系统进入载波接 收中断程序 ， 开始接收从电力线上传来的数据 ； 如果一开 ( 下转第 6 2页) 自 动化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第3 期 通 1 言与 1 言息 处 理 Co mm u nic a t ion a n d I n f or m a t i o n Pr oc es s i n g 图 6 查询功能程序图 查询是按时间来进行查询的， 可以对历史参数进行查 询， 在查询功能的前面板上， 显示了所查询的历史数据 ， 并 能同步显示四组参数的波形图。在实际工作中， 通过对历 史参数的查询和对历史曲线的分析 ， 有助于在工作中优化 工作方案。查询界面及程序图 4 1 分别如图5和6所示。 4 结束语 本文针对远程油库监控的需要 ，设计了一套基于 L a b VI E W 的远程油库监控系统， 该系统具有 以下功能： ( 1 ) 通过传感器实时采取油库的多个参数 ， 如油库的 流量、温度、压力、液位。这些数据通过现场硬件系统 进行采集， 然后通过串口通信 RS -2 3 2传给上位机， 通过 上位机软件系统的分析和处理， 反映油库的实时工况， 以便工作人员对油库进行调度。 ( 2 ) 实现对液位阀、排压阀、流量阀、风扇的远程控 制。当需要立刻对油库进行开启或关闭时， 马上就能远 程实现 ， 避免了现场操作滞后性带来的不 良影响， 也减 轻了劳动强度。 ( 3 ) 对于各种紧急情况， 立刻通过串口通信 R S 一2 3 2 向主站发送报警信号 ， 以便工作人员做相应处理。 参考文献 ： 1 】潘琢金， 施国君 c 8 0 5 1 f x x高速 S OC单片机原理 M】 北 京： 北京航空航天大学出版社， 2 0 0 5 ： 4 3 - 4 7 2 】陈锡辉， 张银鸿 L a b VI E W8 2 0程序设计从入门到精通 ( M】 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 7 ： 3 0 8 -3 1 5 【 3 J e f f r e y Tr a v i a ， J i m Kr i n g ， 乔瑞萍等译 L a b VI E W大 学实用教程 M】 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 8 ： 2 7 0 -3 2 0 4 杨乐平， 李海涛， 杨磊 L a b V I E W 程序设计与应用f M】 第2版 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 5 ： 4 3 卜4 3 8 【 5 】逯颖 基于L a b VI E W的串行通信接 口设计与实现 J 】 现 代电子技术， 2 0 0 6 ， 2 9 ( 1 7 ) ： 1 2 3 1 2 4 【 6 陈真 基于虚拟仪器技术的数据采集系统设计 J 】 工业 控制计算机， 2 0 0 8 ， 2 1 ( 8 ) ： 1 - 2 作者简介： 帅仕刚 ( 1 9 8 4 一 )， 男， 工学学士， 主要从事通信技 术 方 面 的研 究 。 ( 上接第 5 9页) 始没有载波信号 ， 则系统开始检测串口， 判断串口是否 有数据传送过来 ， 若 目前有串口数据则系统进入串口数 据接收状态 ， 确定串口数据接收完成后就马上进入载波 发送中断程序 ， 完成数据调制并发送。如果电力线及串 口都无数据传送发生， 则系统重新进入检测状态 ， 重新 开始检测电力线， 进入新一轮循环。流程图如图4所示。 为了避免串 V 1 同时处于接收与发送状态 ， 造成数据冲 突， 程序中是以状态字的查询以及中断的设置来完成 。 图4 程序流程图 5 结束语 本系统具有结构简单、成本低、抗干扰能力强等特 点。可利用电力线路为传输通道 ， 不需额外铺线 ， 将其 用于抄表系统 ， 在整个系统运行的过程中， 可以实现计 算机远程集中抄表和远程控制通断电， 实现高度信息 化和 自动化 ， 提高用电管理水平。利用电力线专用调制 解调器 S T7 5 3 8工作高效而稳定， 较好地解决了利用低 压 电力线载波传输中的技术 问题。 参考文献 ： 【 1 曾素琼， 张学成 基于8 9 C 2 0 5 l 与S T7 5 3 8 的低压电力线 载波通信模块设计【 J 低压电器， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 3 3 3 6 2 S T Mi c r o e l e c t r o n i c s ST 7 5 3 8 Ap p fi c a t i o n N o t e Z 2 0 o 3 3 】刘秋霞， 徐兴磊 电力线MOD E M芯片5 T 7 5 3 8 及其接口 电路的设计 J 电子技术， 2 0 0 6 ， ( 8 ) ： 4 1 - 4 3 4 】胡瑞 基于S T7 5 3 8 的电力线载波通信接口的设计【 J 科 技信息， 2 0 0 9 ， ( 5 ) ： 4 2 - 4 3 【 5 贺良华， 荣佳 基于低压电力线载波通信的用电量智能 监测系统设计 J 自动化技术与应用 2 0 0 9 ， 2 8 ( 2 ) ： 3 5 3 8 作者简介： 黄涛 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 硕士研究生导师， 研究方向： 系 统分析 与集成 。