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基于PLC技術(shù)的遠程電表軟硬件設計
作者：
時(shí)間：2013-04-01
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引 言
低壓電力線(xiàn)是為傳輸50Hz 的工頻電能而鋪設的，是一種分布非常廣泛的線(xiàn)路資源，長(cháng)久以來(lái)，人們一直試圖通過(guò)它傳輸數據和語(yǔ)音信號。隨著(zhù)近幾年信號調制技術(shù)的進(jìn)步、嵌入式軟硬件技術(shù)的發(fā)展和新型集成電路的不斷出現使得電力線(xiàn)通信（PLC）逐步從實(shí)驗室走向實(shí)用，成為具有良好發(fā)展前景的通信技術(shù)之一。本文給出了基于PLC 技術(shù)的遠程單相復費率電表（簡(jiǎn)稱(chēng)基于PLC技術(shù)的遠程電表）的設計與實(shí)現。
2 硬件總體設計
如圖1所示，基于PLC 技術(shù)的遠程電表硬件部分包含MCF5271 主控板、電量采集板和PLC調制解調器，三部分電路板相對獨立，并沒(méi)有設計在一塊電路板中電量采集板負責采集電量，MCF5271 主控板通過(guò)SPI、I2C 等接口與電量采集板進(jìn)行數據傳輸，同時(shí)通過(guò)符合IEEE802.3 規范的MII 接口與PLC 調制解調器進(jìn)行以太幀數據傳輸，PLC 調制解調器負責以太幀和電力線(xiàn)通信數據之間的轉換。 
圖1 基于PLC 技術(shù)的遠程電表模塊圖
3 MCF5271主控板設計
MCF5271主控板的設計參考了Freescale公司的MCF5271評估開(kāi)發(fā)板的設計原理MCF5271評估開(kāi)發(fā)板使用的ColdFire微處理器為196引腳的BGA封裝，焊接比較困難，而且160引腳QFP封裝的芯片與之功能相似，同樣可以滿(mǎn)足本設計需要的功能同時(shí)易于焊接，故使用QFP160封裝的芯片做主控板。主控板與PLC調制解調器接口的主要部分為MII接口，所以略去了主控板與PLC調制解調器接口的介紹，而代以介紹MCF5271微處理器與INT5500之間的通過(guò)MII接口的連接。
1、MCF5271主控板板的存儲器擴展
MCF5271具有外部總線(xiàn)接口，數據總線(xiàn)寬度為32位D[31∶0]，尋址范圍可以達到32位，與外界存儲器相連的地址總線(xiàn)寬度為24 位A。MCF5271主控板中擴展了一片1M×16位的Flash存儲芯片AM29LV 160DB，地址總線(xiàn)為20位，連接MCF5271的地址總線(xiàn)A[20∶1]，數據總線(xiàn)為16位，連接D[31∶16]。兩片8M字節的SDRAM芯片HY57V641620HG，每片SDR.AM的地址總線(xiàn)寬度為12位，數據總線(xiàn)寬度為16位，兩片芯片使用共同的地址總線(xiàn)A[21∶15]和控制信號，數據總線(xiàn)分別連接MCF5271的D[15∶0]和D[16∶31]。
2、MCF5271與INT5500的連接
INT5500工作在PHY模式下的時(shí)候類(lèi)似于以太網(wǎng)物理層芯片，可以與帶有MII接口的MCU相連。圖2所示為MCF5271與INT5500連接方式。由于此時(shí)INT5500工作在PHY模式下，所以MII接口的信號方向與Host/DTE模式下的方向相反。 
圖2 MCF5271與INT5500連接圖
MCF5271芯片MII接口的信號線(xiàn)可以分為三組：用作數據管理的信號線(xiàn)EMDIO和EMDC；反映介質(zhì)狀態(tài)的信號線(xiàn)ECOL和ECRS；其余為接收/發(fā)送信號線(xiàn)。
EMDIO為雙向信號，在INT5500和MCF5271之間傳輸控制信息和狀態(tài)信息?？刂菩畔⒂蒑CF5271發(fā)給INT5500，狀態(tài)信息由INT5500反饋給MCF5271。EMDC為輸出信號，作為EMDIO數據傳輸的參考時(shí)鐘。
ECOL為輸入信號，該信號有效時(shí)，表示檢測到傳輸介質(zhì)上有沖突。ECRS為輸入信號，該信號有效時(shí)，表示檢測到傳輸介質(zhì)忙；否則表示傳輸通道處于空閑狀態(tài)，可以進(jìn)行傳輸。
ERXD[0-3]用來(lái)接收INT5500發(fā)送的4位數據；ERXDV用來(lái)表示從INT5500接收到的數據是否有效，高電平為有效；ERXCLK為INT5500提供給MCF5271的數據接收時(shí)鐘信號，其工作頻率為數據接收速度的25%；ERXER為輸入信號，該信號有效時(shí)表示檢測到當前在INT5500上傳輸的幀出錯。
ETXD[0-3]用來(lái)向INT5500發(fā)送4位數據；ETXEN為輸出信號，該信號有效時(shí)表示MII總線(xiàn)上有數據，可以啟動(dòng)發(fā)送操作。ETXCLK為輸出信號，作為數據發(fā)送的參考時(shí)鐘信號。
4 電量采集板
電量采集板電路包括電量采集電路、ADE7756與主控芯片的通信接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563的工作電路與對外通信接口。
1、電量采集電路
圖3所示為電量采集電路，其中CT為電流互感器，電量采集芯片為ADE7756。電路中電壓和電流輸入通道均采用差分信號輸入。普通電力線(xiàn)中的電流經(jīng)過(guò)電流互感器CT后接到實(shí)際負載上，電流互感器將電流轉換成電壓信號，再經(jīng)過(guò)R1與C4、R10與C6組成的濾波電路濾波后進(jìn)入ADE7756的差分信號輸入引腳V1P和V1N。電力線(xiàn)的220V電壓信號經(jīng)過(guò)R7、R6和R8分壓及R8與C8組成的濾波電路濾波后轉換為250mV的電壓信號，作為AED7756的V2P的輸入。
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