基于ST7538和ATmega88V的電力線(xiàn)載波通信模塊的設計

圖3 電力線(xiàn)接口電路

發(fā)送電路部分，電容C11、電感LC12、電感L4和等效感性阻抗LC的值一般是事先給定的,需要通過(guò)計算確定的是電容C13和CR9的值。在選定C11、LC12、L4和LC的值時(shí)要注意變壓器的漏電感、晶體二極管的電容和串聯(lián)器件(C13、LC12、T1、L4、C11)的等效串聯(lián)電阻ESR(100mΩ～1Ω) ,所以盡可能地選用電阻性器件。變壓器選用1:1的隔離變壓器。模擬電力線(xiàn)的阻抗條件,即給濾波器的輸出端加上一個(gè)感性負載,令其阻抗特性為2LC = 100μH。電路中的感性器件的ESR要與其電感值成比例,且感性器件的ESR要盡可能地小。電感選用LBC（大線(xiàn)軸帶繞磁心）,電感值盡可能小,所以L(fǎng)C12的值選為10μH，L4的值選為22μH。C11的作用是將變壓器與電力線(xiàn)隔離,過(guò)濾電力線(xiàn)上的50/60Hz的信號,阻止低頻信號進(jìn)入電路而使某些高頻信號通過(guò),選取X2型電容，這種電容具有短路保護功能，所以C11的值一般選為33nF/400V。根據極點(diǎn)頻率公式，計算得出C13的值為220nF,CR9的值為100nF。

接收電路部分選用無(wú)源濾波器要優(yōu)于有源濾波器,這是因為有源濾波器會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與接收信號相當的白噪聲。采用并聯(lián)諧振電路, 選用二階無(wú)源帶通濾波器(C36、L7、R11)。接收濾波器的頻率主要由電容C36,電感L7和電阻R11的值決定。中心頻率可設置為132.5kHz。濾波器性能好壞的一個(gè)重要因素是品質(zhì)因數Q，Q值選為2～3。選用允許誤差為5%的聚丙烯電容和允許誤差為10%的BC(線(xiàn)軸帶繞磁芯)電感。為了不影響發(fā)送部分,并減少通過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的直流電流, R11的值要盡可能得大, 但R11值若過(guò)大,會(huì )產(chǎn)生一個(gè)較高的白噪聲,所以R11的值取為750Ω。令R11的值不變，根據中心頻率和品質(zhì)因數的選取不同可以得出不同的C36和L7的值。

在保護電路部分中,一般采用一個(gè)雙向穩壓管,當電壓值不小于穩壓管電壓時(shí),穩壓管就會(huì )短接到地,從而保護接口電路的器件不會(huì )被燒壞?；鹁€(xiàn)與零線(xiàn)間的干擾為差模干擾，火線(xiàn)與地線(xiàn)，零線(xiàn)與地線(xiàn)間的為共模干擾。采用一個(gè)雙向穩壓管只對差模尖峰信號起作用而對共模尖峰信號沒(méi)作用，當出現共模尖峰信號時(shí)就會(huì )對電路造成損壞，所以這里采用三個(gè)二極管(D16和D15為P6KE6V8，D17為SM6T6V8A)，將它們連成星狀結構。對于差模尖峰信號，D16和D15構成一個(gè)雙向穩壓管，對于共模尖峰信號,這種星狀結構就相當于兩個(gè)雙向穩壓管(D15和D17,D16和D17)。

軟件設計
當系統啟動(dòng)時(shí)，程序完成初始化后便自動(dòng)進(jìn)入從電力線(xiàn)接收數據的狀態(tài)，開(kāi)始檢測載波信號的有無(wú)及正確與否。如果檢測到載波信號且正確，則系統進(jìn)入載波接收中斷程序，開(kāi)始接收從電力線(xiàn)上傳來(lái)的數據；如果一開(kāi)始沒(méi)有載波信號，則系統開(kāi)始檢測串口，判斷串口是否有數據傳送過(guò)來(lái)，若目前有串口數據則系統進(jìn)入串口數據接收狀態(tài)，確定串口數據接收完成后就馬上進(jìn)入載波發(fā)送中斷程序，完成數據調制并發(fā)送。如果電力線(xiàn)及串口都無(wú)數據傳送發(fā)生，則系統重新進(jìn)入檢測狀態(tài)，重新開(kāi)始檢測電力線(xiàn)，進(jìn)入新一輪循環(huán)。流程圖如圖4所示。為了避免串口同時(shí)處于接收與發(fā)送狀態(tài)，造成數據沖突，程序中是以狀態(tài)字的查詢(xún)以及中斷的設置來(lái)完成。

圖4 電力載波通信系統程序流程

結束語(yǔ)
本文介紹的基于ATmega88V與 ST7538低壓電力線(xiàn)載波通信模塊的電路設計方案具有結構簡(jiǎn)單、成本低、工作方式靈活可靠、抗干擾能力強等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗觀(guān)察，設備運行良好，數據傳輸穩定可靠，遇故障可自動(dòng)重啟，可以實(shí)現無(wú)人守候，為復雜的工業(yè)環(huán)境下的工業(yè)控制和數據傳輸提供了一套參考方案。