運用電力載波技術(shù)實施對發(fā)射機的監(jiān)控管理

肖幼軍　蔣小梅

近年來,隨著通信技術(shù)的發(fā)展,人們在電力線載波通信方面做了大量的研究工作。電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)四通八達,低壓電力線連接千家萬戶,構(gòu)成最普及的網(wǎng)絡(luò)。利用它進行數(shù)據(jù)通信,傳遞各種信息,不占用無線頻道資源,亦無需鋪設(shè)專用通訊線路,省工、省錢、維護簡單、有著廣闊的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)的發(fā)射機監(jiān)測系統(tǒng)普遍采用有線式,不僅布線安裝繁瑣、維護不便、利用率低,而且實時性差。隨著電力載波技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì),采用擴頻、數(shù)字編碼、單片機控制等技術(shù)實現(xiàn)發(fā)射機監(jiān)控已成為可能。

監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求

發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)是人機交流的媒介,可將發(fā)射機的運行狀態(tài)及故障部位信息送給值班室,并在值班室的監(jiān)控中心電腦上留下準確完整的記錄。監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)射機的播音質(zhì)量及設(shè)備安全。它要求及時、準確、可靠、簡便可行。利用電力線載波通信技術(shù)、單片機多機通信和計算機監(jiān)控管理技術(shù)設(shè)計的具有呼叫、振鈴、顯示、存儲記錄等功能的發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng),滿足了發(fā)射臺的監(jiān)控管理要求。

監(jiān)控系統(tǒng)由若干個發(fā)射機取樣電路、調(diào)制解調(diào)載波模塊、耦合電路組成,如圖1所示。當某臺發(fā)射機出現(xiàn)故障,在監(jiān)控系統(tǒng)上有相應(yīng)的聲、光呼叫報警指示,并能顯示出發(fā)射機號及故障部位。若采用以往的并行總線擴展方式,很多臺(幾十臺或更多)發(fā)射機與監(jiān)控中心之間的布線太復(fù)雜,故本系統(tǒng)利用單片機的串行通訊功能,使得監(jiān)控中心到各發(fā)射機之間的信號通過電力線載波調(diào)制解調(diào)模塊,經(jīng)過機房內(nèi)220V電力線傳輸,實現(xiàn)主機和發(fā)射機之間的雙向數(shù)據(jù)傳送。

系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu),監(jiān)控計算機放在機房值班室內(nèi)(可以通過接口電路與遠程計算機相聯(lián),構(gòu)成遠程監(jiān)控中心)。當發(fā)射機有故障報警,并在顯示器上顯示發(fā)射機號及故障部位,采樣電路向8051單片機輸入一個低電平,相應(yīng)故障部位的指示燈LED亮,機房監(jiān)控計算機與發(fā)射機之間通過機房220V電力線連接在一起。監(jiān)控計算機循環(huán)向采樣控制電路發(fā)送地址信息,采樣控制電路接收到監(jiān)控計算機送來的地址信息,與自己的地址相比較,如果相同,則向監(jiān)控計算機發(fā)送信息;如發(fā)射機有故障則發(fā)送報警信息,無故障則向監(jiān)控計算機發(fā)送“正常”信息。

SC1128擴頻通信芯片

及收發(fā)電路簡介

SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴頻調(diào)制/解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù),因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴頻/解擴、調(diào)制/解調(diào)、D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。

信號由電力線經(jīng)耦合器、帶通濾波器和前級放大器進入SC1128芯片。經(jīng)過處理后通過功率放大器和耦合器發(fā)送至電力線上,完成信號在電力線上的發(fā)送和接收。

發(fā)射機采樣控制電路的設(shè)計

發(fā)射機采樣控制電路由8051單片機、SC1128擴頻通信芯片及一些外圍電路組成。八個采樣電路(采樣電路可利用固態(tài)機本身的也可以另外加上,因有較成熟的電路,在此不作介紹)輸出端接在8051單片機的P0口上,當某一采樣電路輸出電平對應(yīng)的P0口的某一輸入狀態(tài)為0。如需要監(jiān)測更多的點,還可以進行擴展。當單片機確認監(jiān)控計算機呼叫該機地址時,掃描P0口上的8位I/O端口狀態(tài),立即把該P0口對應(yīng)的請求信息發(fā)送給主機,并等待主機的確認。當監(jiān)控計算機返回正確信息時,通過P2口驅(qū)動對應(yīng)的LED指示燈顯示,表明請求信號發(fā)送成功。

8051單片機的P1.0和RST/VPD口接備用電源及掉電保護電路,以保證發(fā)生停電等電源故障時系統(tǒng)能夠正常使用。假如系統(tǒng)已檢測到“即將發(fā)生掉電故障”信號,則信號通過外部中斷INT0向主機請求中斷,主機響應(yīng)中斷便把有關(guān)數(shù)據(jù)送內(nèi)部RAM保存,然后向P1.0寫入“0”,由P1.0引腳上的低電平觸發(fā)555定時器,而555定時器的輸出脈沖取決于R、C和VCC。若555定時器定時結(jié)束,VCC仍正常,這表明“即將發(fā)生掉電故障”信號是個錯誤的告警信號,則555輸出的正脈沖加在RST/VPD使主機復(fù)位后開始重新操作;如果RST/VPD在555定時結(jié)束時確實變化了,則555定時器在P1.0低電平觸發(fā)下輸出高電平加在RST/VPD上作備用電源,直到VCC又恢復(fù)正常,然后再保持一段由R、C所決定的正脈沖寬度時間。應(yīng)選擇合適的R、C值,以使得在主電源VCC恢復(fù)正常后,有足夠的加電復(fù)位時間,使主機可靠復(fù)位后恢復(fù)正常運行。8051單片機的時鐘采用片內(nèi)時鐘拓蕩方式,在STAL1和XTAL2腳外接石英晶體(6MHZ)和振蕩電容。串行口RXD(P3.0)和TXD(P3.1)通過SC1128芯片及電力線與監(jiān)控中心通訊。發(fā)射機監(jiān)測中斷程序流程圖如圖2所示。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)由8051單片機(主機)、顯示裝置、報警電器、SC1128芯片及一些外圍電路組成。8051單片機P0口的三條I/O線,提供MC14499所需的時鐘信號、使能信號和串行數(shù)據(jù),MC14499驅(qū)動和控制四塊LED八段顯示器,LED數(shù)碼管顯示發(fā)出報警的發(fā)射機號及故障部位和報警類別,其中,前兩位LED指示的是發(fā)射機號,后兩位指示的是故障部位或報警類別。P2.0口通過非門驅(qū)動報警揚聲器。主機設(shè)一個按鈕鍵K,直接連在INT0上,K用于撤消報警聲和LED數(shù)碼管所指示的報警源。該電路采用的備用電源及掉電保護電路和時鐘振蕩方式與發(fā)射機監(jiān)測電路相同。

機房發(fā)射機管理系統(tǒng)軟件

設(shè) 計

上述各部分電路組合已能完成監(jiān)控報警功能,為完善系統(tǒng),使報警系統(tǒng)能與每臺發(fā)射機信息管理相結(jié)合,設(shè)計了機房發(fā)射機管理系統(tǒng)軟件,從而構(gòu)成由計算機及相應(yīng)的接口電路所組成的發(fā)射機群監(jiān)控中心。每臺發(fā)射機信息經(jīng)微處理器處理后通過接口電路輸入到計算機,再通過計算機軟件對每臺發(fā)射機信息進行管理。可以用VB編程軟件編程,機房發(fā)射機管理系統(tǒng)軟件主要功能如下:

本系統(tǒng)設(shè)有保護功能,分等級進行管理,非管理人員不能進入系統(tǒng)修改發(fā)射機參數(shù),只有獲得密碼才能進入該系統(tǒng)的信息界面,值機員能進入監(jiān)視界面。

本系統(tǒng)具有添加功能、編輯功能、查詢功能、刪除功能、翻頁功能、退出功能。

在檢測到正確的密碼后,系統(tǒng)進入管理界面,該界面包括發(fā)射機基本參數(shù)的管理,呼叫信息的顯示,分類和存儲查詢等功能。發(fā)射機基本資料管理采用的是在數(shù)據(jù)庫中建立發(fā)射的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)庫由表組成。表是在數(shù)據(jù)庫中存儲有組織的數(shù)據(jù)的方法,表有預(yù)先定義好的結(jié)構(gòu),并存儲符合此結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的監(jiān)控中心采用查詢方式,發(fā)射機采樣控制系統(tǒng)采用中斷方式,系統(tǒng)具有如下幾個特點:

第一,當發(fā)射機接收到的監(jiān)控中心計算機發(fā)送的地址碼與本機地址碼一致時,將報警點的報警狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心;若不一樣,則不予響應(yīng)。單片機不斷地對檢測點進行巡回檢測,就保證了某一個時刻只有一臺發(fā)射機發(fā)出請求信號,解決了信道占用問題,真正實現(xiàn)了多路呼叫。

第二,本系統(tǒng)采用具有調(diào)制解調(diào)功能的SC1128芯片和借助電力線構(gòu)成的通訊網(wǎng)絡(luò),具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作方式靈活可靠、抗干擾能力強等特點。

第三,本系統(tǒng)采用VB設(shè)計的信息監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件具有界面友好、保密性強、易用性強等特點。

總之,本監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)有的其它呼叫系統(tǒng)相比具有可靠、簡單、實用等特點,適合各種中短波調(diào)頻發(fā)射臺使用。

(作者單位:吉安802臺)

欄目責(zé)編:肖月

參考資料:

1.殷小貢,劉滌塵:《電力系統(tǒng)通信工程》,武漢水利電力大學(xué)出版社,2000年7月版。

2.郭志財,劉同玉:《低壓電力線擴頻家庭自動化系統(tǒng)》,《電測與儀表》,2002 (2) 。

3.徐淑華,程退安:《單片微型機原理及應(yīng)用》,哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1994年6月版。

4.袁世仁:《電力線載波通信》,中國電力出版社,1991年版。

5.高峰,董亞波:《低壓電力線載波通信中信號傳輸特性分析》,《電力系統(tǒng)自動化》,2000(7)。

6.吳明光:《基于低壓電力線載波技術(shù)的家庭網(wǎng)絡(luò)》,《電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報》,2003(5)。