摘 要:介紹一種電力線載波模塊CEWay PL-III的電力線載波收發(fā)器及其在所設(shè)計的遠程抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用。由其構(gòu)成的遠抄系統(tǒng)可靠性高,誤碼率低,便于組網(wǎng),所以很有使用價值。
關(guān)鍵詞: 電力線載波 擴頻通信 CEBus標(biāo)準(zhǔn)
目前,電能表遠程抄表及遠控系統(tǒng)越來越受到電力部門的重視。其遠抄遠控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一為數(shù)據(jù)的傳遠,通過電力線載波通信傳遠有著無可比擬的優(yōu)勢,比如,采用原有的電力線作為通信媒質(zhì),節(jié)省大量的人力、物力和財力資源;電力線遍布城鄉(xiāng),組網(wǎng)方便;所采用的擴頻技術(shù)具有很強的抗干擾和抗衰減能力等等。這些優(yōu)點使得這種通信方式很有發(fā)展前途。
目前已有幾種用于電力線載波通信的模塊或產(chǎn)品,但總的來說通信的可靠性較差。本文采用一種新器件CEWay PL-III,其內(nèi)部有CEBus標(biāo)準(zhǔn)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層,聯(lián)網(wǎng)非常方便,用它實現(xiàn)電力線載波通信收發(fā)器,用于電能遠方抄表系統(tǒng)具有通信可靠性高,誤碼率低等優(yōu)點。
1 CEWay PL-III簡介
1.1 CEWay PL-III特性
· CEBus電力線物理層
· 以電力線為傳輸媒介的物理和編碼子層
· CEBus數(shù)據(jù)鏈路層
· 在強干擾下,DSP能改善信號質(zhì)量
· 應(yīng)答、非應(yīng)答,地址、非地址服務(wù)
· 串行或并行接口
· 最多27組地址
· 32管腳PLCC封裝
· 工業(yè)級溫度范圍
1.2 CEWay PL-III的功能
PL-III的功能框圖如圖1所示。CEWay PL-III 主要引腳及其說明如表1所示。
2 電力線載波收發(fā)器硬件組成及其工作原理
2.1載波收發(fā)器硬件構(gòu)成
載波收發(fā)器構(gòu)成框圖如圖2所示。為了上層協(xié)議和應(yīng)用的需要,采用單片機89C2051作為載波收發(fā)器的主處理器,完成對PL-III的控制并與上位機或下位機的通信。
2.2 工作原理
載波收發(fā)器有三種工作狀態(tài):主處理器與電能表通信狀態(tài)、主處理器與PL-III通信狀態(tài)、準(zhǔn)備狀態(tài)。下面就這三種狀態(tài)來說明系統(tǒng)的工作原理。
· 主處理器與電能表通信狀態(tài)
在這種狀態(tài)下, 主處理器一方面接收來自智能多用戶電能表的各戶用電量數(shù)據(jù),另一方面把接收到的控制信息如購電量、斷電警示等送給電能表,電能表再根據(jù)這些信息進行相應(yīng)的動作。
· 主處理器與PL-III通信狀態(tài)
主處理器要向PL-III發(fā)送數(shù)據(jù)時,它先把要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式進行封裝,成幀后,經(jīng)P1口發(fā)送給PL-III。PL-III把收到的幀存入RAM中的發(fā)送緩沖區(qū),如果線路空閑的話,就對數(shù)據(jù)進行編碼、擴頻、調(diào)制,再輸出到前級放大器上進行電壓放大。同時,從CEBAM輸出一個控制信號,打開功放并使開關(guān)接通發(fā)送端,這樣經(jīng)過放大的信號就被送到濾波器進行濾波,之后,由耦合電路耦合到電力線上。
當(dāng)PL-III不向電力線上發(fā)送數(shù)據(jù)時,電子開關(guān)K與接收端接通。這時,電力線上的電能載波信號經(jīng)耦合電路耦合過來,經(jīng)過帶通濾波器濾波、限幅去干擾送到PL-III的接收端。在PL-III內(nèi)部把這擴頻調(diào)制信號解調(diào)解擴、譯碼,DSP再對之進行糾錯,然后由數(shù)據(jù)鏈路層送入RAM中的接收緩沖區(qū)。如果主處理器發(fā)出接收數(shù)據(jù)請求,那么,PL-III產(chǎn)生響應(yīng),把數(shù)據(jù)從RAM中取出來,經(jīng)I/O口送到主處理器去。主處理器首先判斷這組數(shù)據(jù)或控制命令是否是發(fā)給它的,如果是就接收,否則就再把它發(fā)出去。
· 準(zhǔn)備狀態(tài)
當(dāng)系統(tǒng)所處的狀態(tài)不是前兩種時,那就是準(zhǔn)備狀態(tài)。在這種狀態(tài)下,PL-III接收電力線上的信號,經(jīng)過處理,存入RAM中的接收緩沖區(qū)。當(dāng)接收幀的數(shù)目超過10組時,原來的幀將會被新的幀所覆蓋。
3 載波收發(fā)器通信協(xié)議與軟件
3.1 數(shù)據(jù)格式與通信協(xié)議
主處理器與PL-III的通信狀態(tài)是由兩個控制線(即初始形式)來決定的,對應(yīng)關(guān)系如表2所示。
不管主處理器處于何種通信狀態(tài),數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷绞且粯拥?。?shù)據(jù)幀傳輸?shù)母袷饺缦滤荆?br />
發(fā)送方:數(shù)據(jù)線<初始標(biāo)識><數(shù)據(jù)段><和校驗><接受校驗狀態(tài)>
控制線<初始形式><00><無關(guān)>
接受方:數(shù)據(jù)線<接收發(fā)送方輸出的數(shù)據(jù)><發(fā)送校驗狀態(tài)>
控制線<接收發(fā)送方輸出的控制信息><無關(guān)>
數(shù)據(jù)幀要遵循一定的協(xié)議,具體的協(xié)議如表3、表4所示。
3.2 時序與主流程圖
主處理器與PL-III通信過程分成三個階段:同步階段,發(fā)送階段,校驗階段。通信的時序如圖3所示。
主程序框圖如圖4所示。
4 電能表遠抄集中管理系統(tǒng)的構(gòu)成
電能表遠抄集中管理系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5所示。該系統(tǒng)中多用戶電能表是一種新型電子式電能表[1],它具有計量、通信等功能。電能表遠抄集中管理由PC計算機完成。管理計算機與多用戶電能表通訊通過電力線載波和公用電話網(wǎng)完成。電力線載波收發(fā)器由CEWay PL-III等器件構(gòu)成,它是本文重點介紹的內(nèi)容。
5 實驗結(jié)果
我們在幾種不同的環(huán)境下對載波收發(fā)器進行了測試,取得了比較滿意的結(jié)果。依照CEBus標(biāo)準(zhǔn)編制的程序,在傳輸過程中,沒有發(fā)現(xiàn)誤碼的存在。不同的測試環(huán)境下,數(shù)據(jù)通信成功的平均幀延遲時間與平均通信距離較大。表5是我們在非用電高峰期得到的測試結(jié)果。干擾強度與負載吸收是影響通信距離的兩個主要因素。
參考文獻
1 公茂法.電子式智能多用戶電能表.電子產(chǎn)品維修與制作,1998;8