基于低壓電力線(xiàn)的智能載波模塊的方案設計

1 引言

低壓電力線(xiàn)載波通信（Power Line Communication）是指利用已有的低壓電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作 為傳輸媒介，實(shí)現數據傳遞和信息交換的一種技術(shù)[1]。低壓電力線(xiàn)載波通信這種傳輸信道分 布廣泛、無(wú)需另建、即插即用、移動(dòng)方便的特點(diǎn)對于滿(mǎn)足人們的需求具有很強的吸引力， 該技術(shù)現在正日益引起人們的關(guān)注。
在中國，即使歐美國家成熟的低壓電力線(xiàn)通信產(chǎn)品在我國的使用效果卻很不理想，甚 至不能使用。因此，低壓電力線(xiàn)智能載波模塊的設計目的就是研制一種性?xún)r(jià)比較高的載波 通信模塊，選擇適當的調制解調技術(shù)，進(jìn)行數據準確、穩定和長(cháng)距離的傳輸。

2 低壓電力線(xiàn)智能載波模塊的設計

2.1 整體設計方案
低壓電力線(xiàn)智能載波模塊的主要功能是：外部控制系統把要傳送的數據通過(guò)標準的 UART、I2C 或SPI 串行接口傳送給P89LPC932，再通過(guò)微控制器和調制電路部分把數據調 制到低壓電力線(xiàn)上；同時(shí)，把低壓電力線(xiàn)上所調制的數據通過(guò)解調電路部分解調出來(lái)并通 過(guò)P89LPC932 標準的UART、I2C 或SPI 串行接口把低壓電力線(xiàn)上的數據傳送給外部控制 系統以進(jìn)行相應的處理。其模塊整體結構框圖如圖1 所示[2]。該設計以PHILIPS 公司生產(chǎn) 的一款8 位單片機P89LPC932 為控制器，以性?xún)r(jià)比高的模擬、數字電子器件和一些電容電 阻構成相位檢測電路和調制解調電路。

2.2 相位脈沖調制解調法原理
相位脈沖調制解調法原理[3-4]就是在正弦低壓電力線(xiàn)每個(gè)周期的固定相位處加一瞬時(shí)的 零脈沖信號。當在正弦交流電一個(gè)周期中調制信號的時(shí)候，在固定相位點(diǎn)就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)瞬 時(shí)零脈沖。當正弦交流電一個(gè)周期中沒(méi)有調制信號的時(shí)候，不出現瞬時(shí)零脈沖，因此，用 有沒(méi)有瞬時(shí)零脈沖來(lái)識別低壓電力線(xiàn)上載有的“1”、“0”信號。
2.3 系統的硬件設計

2.3.1 微控制器的選型
本設計中選擇 PHILIPS 公司生產(chǎn)的一款8 位單片機P89LPC932 微控制器[5]，P89LPC932 是一款單片封裝的微控制器，適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合。其主要的特性有： 在同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標準 80C51 器件的6 倍，只需要較低的時(shí)鐘頻率即可達到同 樣的性能，降低了功耗和EMI；增強型UART，400kHz 字節方式I2C 通信端口，SPI 通信 端口；可配置的片內振蕩器及其頻率范圍和RC 振蕩器選項；可編程的I/O 口輸出模式：準 雙向口，開(kāi)漏輸出，推挽和僅為輸入功能。

2.3.2 相位檢測電路的設計
本系統所設計的相位檢測電路，即是在正弦交流電固定的相位點(diǎn)，使相位檢測電路產(chǎn) 生具有一定占空比的方波信號，由此方波給P89LPC932 提供50Hz 的外部中斷信號，相位 檢測電路硬件原理圖如圖2 所示：

3 系統的軟件設計

本軟件采用模塊化,結構化設計方案。主程序負責各功能寄存器初始化、等待發(fā)送數據 等功能。中斷處理程序負責接受外部輸入的數據、通過(guò)電力線(xiàn)發(fā)送和接受數據等功能。
3.1 改進(jìn)的Modbus協(xié)議介紹
軟件設計的一個(gè)重點(diǎn)是低壓電力線(xiàn)智能載波模塊通訊協(xié)議的制定。在本設計中，采用 改進(jìn)的Modbus協(xié)議。其是由Modbus協(xié)議的ASCII傳輸模式和RTU傳輸模式融合改進(jìn)而來(lái)。 此協(xié)議實(shí)現主載波模塊對從載波模塊的讀和寫(xiě)操作。其幀格式分別如下：
3.1 載波數據發(fā)送和接收的軟件設計
載波數據的發(fā)送和接收是在在微控制器P89LPC932外部中斷子程序中實(shí)現的。其程序流程圖如5所示：

圖5 載波數據發(fā)送和接收子程序流程圖

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