配變監測終端通信模塊（TTU）的設計

接口通過(guò)電力線(xiàn)接收來(lái)自主站的命令信息，經(jīng)過(guò)濾波放大后，命令經(jīng)過(guò)解調送到控制器，然后控制器通過(guò)串口將主站命令發(fā)送給數據采集與處理模塊。數據采集與處理模塊根據接收到的主站命令對配電變壓器的數據進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)分析處理后，將數據信息通過(guò)串口發(fā)送給通信模塊的控制器，再經(jīng)過(guò)調制，最后經(jīng)由接口發(fā)送到電力線(xiàn)上，等待主站接收。
1.2.2 電力線(xiàn)載波芯片的選擇
　 在電力線(xiàn)載波通信中，電力線(xiàn)載波芯片起著(zhù)至關(guān)重要的作用，它直接影響到信息的準確傳送，因此電力線(xiàn)載波芯片的選擇是十分重要的。
　 XR2210/XR2206套片或LM1893是比較早的電力線(xiàn)載波芯片。XR2210/XR2206是一組FSK方式的調制解調芯片，并不是專(zhuān)門(mén)針對電力線(xiàn)載波通信設計的。LM1893是美國國家半導體公司生產(chǎn)的modem芯片，采用FSK調制解調方式，它只是對一般FSK調制解調芯片稍作改進(jìn)，目前，這兩款modem芯片在國內基本沒(méi)有采用。SSC P300是Intellon公司采用現代最新通信技術(shù)設計的電力線(xiàn)載波modem芯片。它采用了擴頻(Chirp方式)調制解調技術(shù)、現代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標準的CEBus協(xié)議，可稱(chēng)為智能modem芯片，體現了modem芯片的發(fā)展趨勢。但它是Intellon公司按北美地區頻率標準、電網(wǎng)特性，特別針對家庭自動(dòng)化而設計的。頻率范圍100 kHz~400 kHz，電網(wǎng)電壓480 Y/277 Vac、208 Y/120 Vac、60 Hz，不適合我國50 Hz電網(wǎng)頻率。ST75xx芯片是SGS-THOMSON公司專(zhuān)為電力線(xiàn)載波通信而設計的modem芯片。由于它是專(zhuān)用modem芯片，所以除有一般modem芯片的信號調制解調功能外，還針對電力線(xiàn)應用加入了許多特別的信號處理手段，目前，在國內電力線(xiàn)載波抄表領(lǐng)域應用廣泛。本文選用SGS-THOMSON公司的電力線(xiàn)載波芯片ST7538，它是在 ST7536、ST7537基礎上推出的一款為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信而設計的半雙工、同步/異步FSK調制解調器芯片。ST7538內部集成了發(fā)送和接收數據的所有功能[4]，通過(guò)串行通信，可以方便地與微處理器相連接，內部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過(guò)耦合變壓器等少量外部器件即可連接到電力網(wǎng)中,可以在噪聲頻帶很寬的信道環(huán)境下實(shí)現可靠通信。ST7538還提供了看門(mén)狗、過(guò)零檢測、運算放大器、時(shí)鐘輸出、超時(shí)溢出輸出、+5 V電源和+5 V電源狀態(tài)輸出等，大大減少了ST7538應用電路的外圍器件數量,是一款功能強大、集成度很高的電力載波芯片，為家庭和工業(yè)環(huán)境應用而設計，采取了多種抗干擾技術(shù)。
1.2.3 硬件電路的設計
　 通信模塊包括微處理器部分、載波部分、信號濾波部分和電力線(xiàn)信號耦合保護部分。整個(gè)通信模塊各部分的連接如圖2所示。

微處理器選擇ARM芯片，它與TTU的數據采集與處理模塊通過(guò)串口進(jìn)行通信，及時(shí)發(fā)送主站的命令以及傳送TTU采集到的配變數據。
　 電力線(xiàn)載波芯片ST7538與微處理器之間通過(guò)SPI口進(jìn)行通信，通過(guò)微處理器與ST7538的串口RxD、TxD和CLR/T可以實(shí)現微控制器與ST7538的數據交換。ST7538的工作模式由REG_DATA和RxTx的狀態(tài)決定。微處理器與ST7538之間的通信采用同步方式，CLR/T作為參考時(shí)鐘。ST7538處于接收數據狀態(tài)時(shí)，RxTx為低，待發(fā)數據從TxD腳進(jìn)入ST7538,時(shí)鐘上升沿時(shí)被采樣，并送入FSK調制器調制，調制信號經(jīng)D/A轉換、濾波和自動(dòng)電平控制電路(ALC)，再通過(guò)差分放大器輸出到電力線(xiàn)。ST7538處于接收數據狀態(tài)時(shí)，RxTx為高，信號由模擬輸入端RAI腳進(jìn)入ST7538,經(jīng)過(guò)一個(gè)帶寬±10 kHz的帶通濾波器，送入一個(gè)帶有自動(dòng)增益AGC的放大器。此信號再經(jīng)過(guò)解調、濾波和鎖相變成串行數字信號，輸出給微處理器ARM。
　 信號濾波部分包括輸入窄帶濾波器和輸出窄帶濾波器兩部分。輸入濾波電路采用并聯(lián)電流諧振電路，濾除指定頻率以外的無(wú)用信號和噪聲。輸出濾波電路采用串聯(lián)電壓諧振電路，避免無(wú)用信號耦合到電力線(xiàn)上。
　 電力線(xiàn)信號耦合保護電路由功率放大器、輸出保護匹配電路和輸入增益平衡匹配電路3個(gè)基本部分組成，其耦合方式采用電容耦合。
2 配變監測終端通信模塊的軟件設計
2.1通信協(xié)議的制定
通信模塊的通信協(xié)議根據DNP3.0規約制定，數據鏈路層的數據采用一種可變幀長(cháng)格式：FT3。一個(gè)FT3幀被定義為一個(gè)固定長(cháng)度的報頭，隨后是可以選用的數據塊，每個(gè)數據塊附有一個(gè)16 位的 CRC 校驗碼。固定的報頭含有兩個(gè)字節的起始字，一個(gè)字節的長(cháng)度(LENGH)，一個(gè)字節的鏈路層控制字 (CONTROL)，一個(gè)16位的目的地址，一個(gè)16位的源地址和一個(gè)16位的CRC校驗碼，其幀格式如表1所示。