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骞 、 I 訇 矽 化 以电力线作为载波信道的分布式单片机系统的通信 方式分析 W i t h t h e el ect r i c pow er I i ne a s car r i er channeI di s t r i but ed m i cr ocom put er s y st em com m uni cat i on m ode anal y si s 武德庆 W U De qi n g ( 盐城生物工程高等职业技术学校 盐城 2 2 4 0 5 1 ) 摘要 ：通过利用编解码电路的硬件查找错误的能力以及可编性对电路系统的组装进行设计和处理 ，用 电力线作为载波信道的分布式单片机系统通信方式使得电路系统的各个性能更加强大，让系 统的数据信号传输更加稳定、运行的可靠性更高、遏制其他电路元器部件的电磁干扰能力和 信息数据传输的抗衰减性能更强，并且成本较低 ，机构简单。它的高效率低成本适应了现代 市场经济的潮流。 关键词：分布式单片机系统；电力线载波通信 ；单片机 ；电路 ；设计 中图分类号：T N 9 1 4 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 0 1 3 4 ( 2 0 1 2 ) 1 0 ( 下) 一0 1 4 1 0 3 Doi ： 1 0 3 9 6 9 J is s n 1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 2 1 O ( 下 ) 4 3 0 引言 单片机 已经成为 了我们生活 中不可 缺少的一 部分，你可 以在我们生活 的各个 角落找 到它的身 影 ，在 高科 技领域 ，从宇宙航天装置到 国家的导 弹武器装置再到飞机的仪表控制装置等 ；在生活 中和我们密不可分的计算机通讯网络 到轿车的安 全保障 系统再到家庭用 电器 的数字控制等 ，这些 都体现 了我们在科技 、生活 、工作、学 习中离不 开单片机 的应用。 1 单片机的工作过程及分类 单片机是靠程序运 行的 ，功能靠不 同的控制 程序来具体实现 ，单片机有 了程序 ，就 如 同给它 的 “ 大 脑”添加 了 “ 知识” ，用 已有的 “ 知识”即 程序 来完成数 据处 理。按照单 片机处 理的字 长， 即每次能够处理的二进制的位数 ，有 4位 ，8位 ， 1 6位 ，3 2位单片机 ，它处理二 进制的位数越 多， 处理数据信息的速度越快 ，运算的能力就越高。 2 编译码芯片简介 本文选用 了 E D5 0 2 6芯片和 E D5 0 2 7芯片做为 系统的编码器和解码器。如图 1 所示为 E D5 0 2 6外 形引脚图，如图 2所示为 E D5 0 2 7外形引脚图 ，从 图中我们可 以看 出它们 的应用组合形成一个接收、 发射数字信息的编译码系统。编码器 E D5 0 2 6是一 种 8位编码数字信息发射器。解码器 E D5 0 2 7是专 门用 来接收数 字信息 的，它有相对应 E D5 0 2 6编 码器 的 l 2位信息 ，这种 集成 电路应用 比较广泛 。 E D5 0 2 6编 码 器 的 第 1脚 第 8脚 ，即 A 0 A7 是 电路芯 片的地 址线端 口，它能够形成 2 5 6个地 址 码 信 息，其 中编 码 器 E D5 0 2 6的 第 1 0脚 第 1 3脚 是 此 芯 片的 数据 端 口，即 DO D3 。 当编 码器 的第 1 4脚 ，即 T E使能端是低 电平时 ，编码 器 E D 5 0 2 6的 第 l 7脚 ，即 0 U T端 口就 会 串行 发 出由 A 0 A 7的地 址信 息和 DOD3的信 息数 据 。E D5 0 2 7是接收数字信息的译码器 ，它有相对 应 E D 5 0 2 6编 码器 的 l 2位信 息，A 0 A 7 ( 第一 脚 弟八脚)是地址线 ，当编码器 E D 5 0 2 6发送 出 的地 址编码 信息与解 码器 E D5 0 2 7的预置 编码信 息 相 同的时候，也 就是说 解码芯 片 E D5 0 2 7的第 一 脚 第八脚 ，即 A 0 A 7的地址线设 定情 况与 解 码器 E D5 0 2 7的第 1 4脚 ，即 I N端 口收到 的地 址信息和数据信息连续两帧相 同的时候 ，E D 5 0 2 7 解码器 的第 1 7脚，即 VT输 出端 口就会输 出一个 由低变高 的脉冲信号将发送过来 的数据信息锁存 在 第 1 O脚 第 1 3脚，即 D O D3上面 ，也就是 说 DO D3有数据输 出，这个输 出的数据信 息与 E D5 0 2 6编码器 的第 1 O脚 第 1 3脚，即 D OD3 所置 的数 据信 息相同。这样我们就可 以利用硬件 收稿日期：2 0 1 2 - 0 8 - 3 1 作者简介：武德庆 ( 1 9 7 2 一)，男，江苏盐城人，讲师，本科，研究方向为电子电工技术。 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 ( 下) 1 4 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 訇 似 之 间的配合来实现 自动查找错误并重新发送数据 信息。 图1 E D5 0 2 6 9 b 形引脚图 图2 E D 5 0 2 7 9 1, 形引脚 3 发送、接收电路原理 3 1主机的发送及接收电路 1 ) 主机的发送电路 如 图 3所示 ，为 了能够使主 机能够 控制 2 5 6 个分机 ，主机需要有 2 5 6个地址数据信息，具体 做法如下 ：我们把主机编码器 E D5 O 2 6第 1 脚 第 8脚的地址数据线通过锁码器连接到单片机 8 9 C 5 1 地 址数 据 端 口 3 2脚 3 9脚 上，即 P 0 0 P 0 7 。 将 E D5 0 2 6编码器的 1 0脚 1 3脚数据线 D OD3 连接到 7 4 L S 3 7 3锁存器的 2 、5 、6 、9脚数据输 出 端 口，即 Q1 Q 3 ，然后将单 片机 8 9 C5 1 的第一 脚第四脚 ，即 P 1 0P 1 _ 3数据线和 7 4 L S 3 7 3锁 存器 的第 3 、4 、7 、8脚 ，即 DOD3输 入端 口 连接。这 样 8 9 C 5 1 单 片机 的第 1 4脚 ，即 P 3 4端 口来控制编码器 E D5 0 2 6的使能端 T E，当它给编 码器 E D5 0 2 6使能 端 T E输入 低 电平 时，编码 器 E D5 0 2 6的第 1 7脚 ，即 OU T端 口就会串行发出由 A 0A7的地址信息和 DO D3的信息数据 ，这 些地址信息和数据信 息将通过电力线的接 口反到 电路调制解调 ，然 后到 电力线上面进行传送，传 输。在软件设计方面必须要先将地址及数据信 息 发 送 出去 ，然 后再 让 E D5 0 2 6的使 能 端 T E为 低 电平，这样就能防止还没有稳定的数据信息发出， 防止系统造成误码情况 。 2 ) 主机的接收电路原理 从图 3中也可看出主机是如何接收 电路数据信 息的 ，它是通过解码器 E D5 0 2 7来具体执行的，把 解码器 E D5 0 2 7的第一 脚 第 八脚，即 A0 A7 地址端 口数据线连接成 5 5 H的固定地址 ，因此分 机 的发送编码芯片的地址信息必须要与主机的解 1 4 2 1 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 ( 下) 码器 的固定地址 信息 相 同，主机解 码器 E D5 0 2 7 的第 1 7脚，即 V T状态输 出端 口将会输 出一个 由 低变高的脉冲信号 ，将该信号反相后再送到单片 机 8 9 C 5 1的 第 1 2脚 即 P 3 2的 L NT O端 口上 ，给 8 9 C 5 1 单片机提供中断或查询信号，以判断是不是 读取锁存器 D OD3的数据信息 ，有效的状 态输 出信号必须要输 出端 VT发 出信号的时候才能成功 输出，它与发送端 口的使能端即 T E相互对应。如 图 4所示为主机的接收发送程序框图。 图3 主机发送接收 电路图 图4 主机 接收发送程序框 图 图5 分机接收发送电路图 3 2 分机的发送及接收电路 1 ) 分机的发送电路原理 如 图 5所示为 了分机 的发 送电路。分机发送 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铷l 訇 似 的数 据信 息从 编 码器 E D5 0 2 6的第 1 0脚 第 1 3 脚 即 DOD3经过 单片机 8 9 C 5 1第 3 6脚 第 3 9 脚 ， 即 P 0 0 P 0 3的数据端 口输 出，通过锁存器 7 4 L S 3 7 3锁存等数 据信息稳 定过后 ，再 由单 片机 8 9 C 5 1的第 1 4脚即 P 3 4发出一个低电平来让分机 解码器 E D5 0 2 6 的第 1 4 脚即解码器使能端 T E有效， 这 样数 据信 息就会 在解 码器 E D 5 0 2 6的第 1 7脚 ， 即 O UT端 口输 出。 由于主机的接收数据信息的地 址是 5 5 H，所 以各个分机所发送 的数 据信息的地 址 码 也是 5 5 H。 2 ) 分机接收电路原理 从图 5中也 可以看 出分机 的接收 电路 ，主机 发送过来 的数字信号数据经过 P L C的传输送到分 机解码器 E D5 0 2 7的第 1 4脚 即输入端 口I N，分机 地址信息由解码器 E D5 0 2 7的第 1脚 第 8脚 ，即 A0 A 7地 址端 口外接一个 8位 的 DI P开关，这 样就形成 了 2 5 6个不 同的地址数据信息码 。当主 机发送的地址信息码与分机发送 的地址信 息码一 致并且收到连续两帧相 同的地址信 息的时侯，解 码器 E D 5 0 2 7的第 1 7脚 即输 出端 口 V T就会输 出 一 个正的跳变脉冲 ，为分机提供数据信 息的查询 或产生中断数据信息。解码器 E D5 0 2 7第 1 0 脚 第 1 3脚即 D O D 3读取数据端 口就会收到从主机发 送过来的命令程序或数据信息。 4 电力线载波通讯 电路低压电力线 载波通讯的基本原理 电力 线载 波通 信的基本原理为 ：发送数据信 息 的时候 ，发送机会先将数据信息调制 在一个高 频载 ，波然后再将其通过耦合器耦合到电力线上。 耦合的信号不会对 电力线路造成什么不 良的影 响， 那是 因为耦合信号 的电压 只有几伏，它所载 波的 高频信号也 只有几百千赫 兹。接收机会把原数据 信息通过 电力线调制解调器从 电力线路 中分离出 来 ，如图 6所示 。 图6 电力线载波通信的基本原理框 图 4 1电力线调制解调器和电力线调制解调器芯片 简介 电力线调制解调器低压 的电力线并 不是为通 信而铺设的，而是专 门为了传输工频电能为 5 0 H z 而铺设 安装的 ，所 以它的工 作特性不能满足载波 通 信的要求 ，主要体现在两个方 面：第一 ，数字 信号传输距离有限 ，因为电力 网路的组抗性 以及 线路 电力的衰减性 ，所 以它的信号传输距离有限。 第二 ，信 号质量不能保证 ，因为电力线路会受噪 音的干扰 ，所 以信号的质量并不能被保障。考虑 到这 两方面的因素 ，为了能 够使信号的传输达到 一 个稳定而高品质 的通信效果 ，所以在电力线调 制解调器的芯片选择上 ，我 们经过多方面的考虑 及 比较最终选择 了 S T公 司的芯片 S T 7 5 3 6 。芯片 S T 7 5 3 6它共有 2 8个引脚。芯片 S T 7 5 3 6具有 的工 作模式就是发送模式和接收模式两种 ，并且它还 是一个半双工以及 同步的 F S K MO D E M。因为芯 片 S T 7 5 3 6的内部应用了硬件数字滤波技术 ，所 以 它能很好的遏制对通信频带 以外 的干扰 ，并且它 还具有灵敏的接收数据的能力。 4 2 电力线接口电路 1 ) 发送模式 在发 送信 息的 模式下 ，芯 片 S T 7 5 3 6的第 2 8 脚即 A T O数据端 口处 发送数据信号 ，然后被 电力 线的接 口来放大和滤 波。缓冲器的作用是用来驱 动 电力线接 口中的下一个 电力 元气部件 ，并且起 到芯 片 S T 7 5 3 6保 镖 的作用 来保 护芯 片。遏 制谐 波的主要工作是通过低通滤波器 ( L P F )来完成和 实现 的，数据信息信号滤波后 ，把这些数据信 息 信号送入功率放大器 ，数据信号被放大后的功率 通过转换器来驱动电阻为 1 1 0 0欧姆的电力线。 系统 中通过放大器来进行 的频段滤波来抑制二次 谐波。 2 ) 接收模式 在接收数 据信息的模式下 ，变压器通过 电力 线得到 了数据信 号，将这个数据信号通过预放 大 器进行数据信号放大之后再传送到芯片 S T 7 5 3 6的 第 2 4脚即 R AI 接收输入引脚。为了遏制和避免接 收数据信号 的衰减让接收 的数据信号强度 几乎不 变 ，因此在接收模式下关 闭了功率 的放大器 和缓 冲器使功率放大器不会低输出阻抗。 【 下转第1 4 5 页】 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 ( 下) 1 1 4 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 甸 ,fl u 4 设备及工艺特点 在 S C R工艺中 ，影 响脱除效率的主要因素有 反应温度 、反应时间、催化剂性能和 NH， NO x摩 尔 比等。如何使 S C R系统处于最大脱除效率 ，实 现各影 响因素的最佳工 作状态是 S C R技术的难度 所在 。 4 1 反应温度控制 S C R法 的反应温度取决于所选用催化剂 的种 类 ，每种催 化剂都存在催化 的最佳温 度，因此催 化反应 只能在一定 的温度范 围内进行 ，温 度也直 接影响反应的进程 。 本系统的反应温度为 ： 3 2 5 4 3 0 。S C R系 统一共配 有 4个温度检 测点，分 别在燃烧室 ( 测 量范 围 3 0 0 8 0 0) 、S CR反应 器前后各 1 点 ( 测 量范围 1 0 0 6 0 0)和废气热 交换器 出口 ( 测量范 围 0 6 0 0 C) 。温度检测均采用耐酸型热电偶。 为及时准确地控 制各检测点温度 ，烧嘴控制 与 S C R反应器后热 电偶实行闭环控制 ，反应器前 热 电偶 与掺冷 风机 和气动切 断 阀实 行连 锁控制 。 同时在生产 中密切监视 S C R反 应器前的热电偶温 度 ， 确保其在催化模块的温度范围内。 4 2催化模块保护系统 催化剂在高于 4 0 0 的环 境里，会发生相变。 为 防止催化剂 相变 ，在反应器前加 冷却 风机。利 用 S C R反应器 前温度检 测， 自动 控制冷却 风机。 当反应器温度高于设定温度 时，自动打开冷却 管 路阀门，启动冷却风机。 4 3 NH a N Ox 摩尔比的控制 为准确控制 NH 3 NOx摩尔比，在 S C R的 出口 配备 NOx分析仪 ，检测排气系统烟囱中 N Ox含量 ( 1 5 0 mg Nm3 ， 该数值为 用户当地环保标准 ) 。根 据检 测到 的数值 ，自动控制氨气 管路 电动流量 调 节 阀，即检测到的 N Ox含量与氨气的给定量形成 闭环控制。 4 。 4 Na OH 预净化技术 由于 N Ox废 气 中含有氢 氟酸会毒 化催化剂 ， 使 S C R法最终失效。所以必须先采用 Na OH吸收 净化技术 ，将废气中的氢氟酸吸收去除 】 。 4 5控制洗涤塔循环水的p H 值 NO x废气有一 定的混酸浓度，对换热器有较 大的腐蚀 。由于换热器 的温度较 高，不能采用 耐 混酸 的非 金属材 料 ，而金 属材料耐 混酸 的较 少， 所 以只能限制进入换 热器的 N Ox废 气的酸浓度。 通过检测洗涤后的水的 p H值来控制进入换热器的 NOx气体 的酸浓度 ，同时洗涤塔 的第二级水不 采 用循环水 ，以控制洗涤后的水的 p H值在 45之 间。这样大大提高了换热器的使用寿命。 5 结束语 经过调试 运行 ，S C R系统处理效果较 好：处 理前 NO x含量为 1 0 0 0 5 0 0 0 mg Nm ，经过处理 后 NO x排放浓度不高于 1 5 0 mg Nm ，大大低于国 家 2 4 0 mg N m。 的排放标准。实践证 明，S C R法用 于不锈钢退火酸洗线 NOx废气处理是成功的。 参考文献： 1 1易红 宏， 等。 氮氧化 物废 气的 治理 技 术【 J 】 环境 科学动 态， 1 9 9 8 ， 1 4 ( 4 ) ： 1 7 2 0 【 2 】王海林 冷轧不锈钢带钢酸洗的工艺与废气、废酸处理 J 1 中国冶金， 2 0 0 9 ， 1 9 ( 6 ) ： 4 0 4 3 矗 童 j童 童 j盘 岛 童 重 量 矗 矗I 盘 矗 毫 蠢 蠢 蠡 蠡 蠡 岛 岛 j岛I 量 蠡I 【 上接第1 4 3 页】 5 结束语 通 过利用编解码 电路 的硬件 查找错误的能力 以及可编 性对 电路 系统 的组 装进行设 计和处 理 ， 用电力线作为载波信道的分布式单片机 系统通信 方 式使得 电路系统的各个性能更加强大 ，让 系统 的数据 信号传输 更加 稳定 、运 行的可 靠性 更高、 遏 制其 他电路元器部件的电磁干扰能力和信息数 据传输 的抗衰减性能更强 ，并且成本较低 ，机构 简单 。它的高效率低成本适 应了现 代市场经济的 潮 流 。 参考文献： 1 王立 宁， 等 MA T L AB 与通信仿真 M】 北京： 人 民邮 电出 版社 ， 2 0 0 0 【 2 1朱 明珏 ， 张 福民 电力线MO DE M芯片S T 7 5 3 6 J 1 单 片机 与嵌入式 系统 应用， 2 0 0 1 ， ( 7 ) 【 3 】侯华俊， 吴斌， 黑勇 宽带电力线信道研究及建模 J 电 子测量技术 2 0 0 9 ， ( 0 4 ) 【 4 】徐琦， 王兴， 等 合成孔径雷达半匹配干扰研究与实现 J 】 微计算机信息 2 0 1 0 ， ( 2 7 ) 第3 4 卷第1 O 期2 0 1 2 1 0 ( 下) 1 1 4 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m