以電力線作為載波信道的分布式單片機系統(tǒng)通信

1、以電力線作為載波信道的分布式單片機系統(tǒng)通信一、引言隨著計算機通信的迅速發(fā)展,各種通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文介紹一種利用編解碼電路的可編址性及硬件查錯功能,以電力線作為載波信道的分布式單片機系統(tǒng)通信方式,該系統(tǒng)具有信息傳輸穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾性和抗衰減性強、成本低的特點。二、編解碼芯片簡介本系統(tǒng)的編解碼電路所用芯片為ED5026 和ED5027 ,下面簡單介紹這兩種芯片。1. 編碼電路芯片編碼電路芯片ED5026 的管腳圖如圖2 所示,8條地址線A0A7 ,可構成28 = 256 個地址碼;4 位數(shù)據(jù)線D0 D3 ,當ED5026 的使能端TE 為低電平時,其8 位地址信息及4 位數(shù)據(jù)信息從OUT

2、 腳串行發(fā)送出去。2. 解碼芯片解碼芯片ED5027 也具有A0 A7 8 條地址線。當解碼芯片的8 條地址線的設定情況與IN 腳收到的地址信息和數(shù)據(jù)信息連續(xù)兩幀完全相同時,解碼輸出標志VT 輸出一由低變高的脈沖信號,同時將發(fā)送來的數(shù)據(jù)鎖存在D0 D3 上。這樣就可以利用硬件配合軟件實現(xiàn)自動查錯重發(fā),使系統(tǒng)的通信具主機的編碼器ED5026 的8 條地址線A0A7 直接與單片機89C51 的低8 位地址線相連,主機可分別構成256 個地址,即可控制256 個分機。ED5026的數(shù)據(jù)線D0D3 與鎖存器74LS373 的輸出端Q0 Q3 相連,鎖存器的輸入D0D3 直接與89C51 的4 位數(shù)據(jù)線

3、相連。TE 使能端由P3. 4 控制,當TE 為低電平時, ED5026 將從OUT 端串行輸出地址及數(shù)據(jù)信息,經(jīng)過電力線接口電路調(diào)制到電力線上,進行傳輸。在軟件設計上必須先送出地址和數(shù)據(jù)信息,再使TE 變?yōu)榈碗娖?以防數(shù)據(jù)尚未穩(wěn)定就發(fā)送出,造成誤碼。(2) 主機接收電路主機接收電路如圖3 上半部分所示。主機接收電路主要由解碼芯片ED5027 完成,把解碼器ED5027 的地址線A0 A7 接成固定地址,即為55H ,因此分機發(fā)送編碼芯片的地址也必須為55H。當分機發(fā)送信息連續(xù)兩幀相同時,在ED5027的狀態(tài)輸出端VT 將出現(xiàn)一個由低變高的脈沖,此信號反相后送到89C51 的P3. 2端口上,

4、以使89C51 查有很高的可靠性。三、收發(fā)電路的工作原理1. 主機收發(fā)電路原理(1) 主機發(fā)送電路主機發(fā)送電路如圖3 下半部分所示。詢此信號或產(chǎn)生中斷,決定是否讀取數(shù)據(jù)D0 D3 ,狀態(tài)輸出信號VT 僅在對方發(fā)出信號期間有效,與發(fā)送端TE 相對應。2. 分機收發(fā)電路原理(1) 分機接收電路分機接收電路原理如圖主機發(fā)來的信號經(jīng)電力線載波傳輸?shù)椒謾C解碼電路ED5027 的輸入端IN。分機地址由A0A7 外接8 位DIP 開關,一共可形成256 個不同的地址碼。主機發(fā)送的地址碼與分機一致并連續(xù)收到兩幀相同的信息時,狀態(tài)輸出端VT 出現(xiàn)正跳變脈沖,被分機查詢或產(chǎn)生中斷,讀取數(shù)據(jù)D0 D3 ,收到主機發(fā)

5、來的命令或數(shù)據(jù)。(2) 分機發(fā)送電路分機發(fā)送電路原理如圖5 上半部分所示。分機發(fā)送的數(shù)據(jù)D0D3 經(jīng)89C51 的數(shù)據(jù)口P0. 0P0. 3 輸出,經(jīng)鎖存器鎖存,數(shù)據(jù)穩(wěn)定后,由P3. 4 發(fā)一低電平,使TE 有效,數(shù)據(jù)便從OUT 端輸出。由于主機的收信地址為55H ,各分機的發(fā)信地址碼也應為55H。四、電力線載波通信電路低壓電力線載波通信的基本原理如圖7 所示。發(fā)送數(shù)據(jù)時,發(fā)送機先將數(shù)據(jù)調(diào)制在一個高頻載波再耦合至電力線上。因為耦合信號只有幾伏,其載波為幾百千赫茲的高頻信號,所以不會對電力線路造成不良的影響。接收方則在電力線路中通過解調(diào)電路分離出原數(shù)據(jù)。1. 電力線調(diào)制解調(diào)器低壓電力線是專為傳輸

6、50 Hz 的工頻電能而鋪設的,故其特性較難直接滿足載波通信的要求。這主要體現(xiàn)在2 個方面:一是電力網(wǎng)絡的阻抗特性及其線路衰減,制約了信號的傳輸距離;二是電力線路上的噪音干擾,制約了信號的傳輸質(zhì)量。因此為達到穩(wěn)定通信的效果,在本系統(tǒng)中我們選用了歐洲ST公司的電力載波調(diào)制解調(diào)芯片ST7536。ST7536芯片有28 個引腳; 屬于半雙工、同步的FSK MO2DEM ,它具有發(fā)送和接收2 種工作模式。由于在其內(nèi)部采用了硬件數(shù)字濾波,因此對通信頻帶外的干擾有較好的抑制能力,而且其接收靈敏度和抗干擾能力都較高。2. 電力線接口電路電力線接口連接著ST7536 芯片和低壓電力線,圖8 是根據(jù)ENEL 規(guī)

7、范設計的一種電力線接口電路。在發(fā)送模式下,電力線接口把來自ST7536 芯片ATO 的發(fā)送信號進行放大和濾波。緩沖區(qū)的作用是保護ST7536 ,并且驅(qū)動電力線接口中的下一個部件。低通濾波器(LPF) 的作用是抑制諧波。濾波后的信號被送入功率放大器,這個功率放大器通過轉換器來驅(qū)動阻抗為1100 Ω 的電力線。此外,放大器也進行頻段濾波,來抑制發(fā)送信號的二次諧波。在接收模式下,轉換器從電力線上取得信號,在預放大器中進行放大,再送給ST7536 的接收輸入引腳RAI。這種模式下,為了避免功率放大器的低輸出阻抗所造成接收信號的衰減,關閉緩沖器和功率放大器。五、結束語用編解碼集成電路構成的以電力線作為載波信道的通信系統(tǒng),其抗衰減和抗干擾性能較強,造價較低,結構簡單,同時可靠性和擴展性較高。參考文獻1 曹志剛,等. 現(xiàn)代通信原理M