張懷廣，宋風(fēng)忠

ZHANG Huai-guang, SONG Feng-zhong

（職業(yè)技術(shù)學(xué)院，濮陽(yáng) 457000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，防盜成了人們?cè)絹?lái)越關(guān)心的問(wèn)題。社會(huì)對(duì)報(bào)警器材的需求日益迫切。智能報(bào)警系統(tǒng)，是以保障安全為目的建立起來(lái)的技術(shù)防范系統(tǒng)。他包括以現(xiàn)代通信和電子技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)侵進(jìn)入破壞行為、產(chǎn)生聲光報(bào)警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當(dāng)?shù)姆婪洞胧?。本文介紹PIC單片機(jī)在10kV電網(wǎng)設(shè)備N(xiāo)型電力載波防盜報(bào)警系統(tǒng)中通信電路和程序設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與原則

1OkV電網(wǎng)設(shè)備N(xiāo)型電力載波防盜系統(tǒng)是指對(duì)間斷運(yùn)行灌溉變壓器，保留一相1OkV高壓不斷電，這時(shí)空載功耗幾乎為零，而變壓器機(jī)芯對(duì)地就有電壓。利用電力載波對(duì)1OkV電網(wǎng)設(shè)備變壓器，三相高壓線設(shè)計(jì)防盜報(bào)警系統(tǒng)。該防盜系統(tǒng)有1O kV載波主機(jī)報(bào)警器、1OkV載波分機(jī)報(bào)警器、1OkV載波中繼機(jī)報(bào)警器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成。各報(bào)警器信息的通信是通過(guò)一相1OkV高壓電力線和PIC單片機(jī)串行口實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。通信電路設(shè)計(jì)研制過(guò)程中所遇到的主要問(wèn)題有：1OkV電網(wǎng)載波阻抗的測(cè)試、阻抗匹配、載波傳送距離、信息載波與高壓電力線結(jié)合濾波抗干擾、一個(gè)串口被多個(gè)設(shè)備共享等問(wèn)題。由于篇幅所限，主要討論后兩個(gè)問(wèn)題。

2 信息載波與高壓電力線結(jié)合濾波抗干擾

通過(guò)1OkV高壓電力網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行波阻抗實(shí)際測(cè)試和電網(wǎng)的干擾、無(wú)線電臺(tái)干擾的測(cè)試等，我們采用窄帶結(jié)合濾波器傳輸報(bào)警信息。PIC單片機(jī)采集報(bào)警信息的編碼為1時(shí)，PIC單片機(jī)串行口高電平，調(diào)制頻率選擇122.5 kHz±0.5 kHz。編碼為0時(shí)，串行口低電平，調(diào)制頻率選擇131.5 kHz±0.5 kHz，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量噪聲干擾均不在此頻帶范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)1OkV窄帶結(jié)合濾波器[1]如圖1所示。

圖1 窄帶結(jié)合濾波器

1OkV窄帶結(jié)合濾波器主要是由1OkV高壓耦合電容C1(7nF/20kV)、高頻載波（中心127kHZ）諧振檢波電路T1 C3；L2 C2組成。信號(hào)經(jīng)C1耦合，接收和發(fā)射高頻電力載波。M1和Ra1為高壓保護(hù)。GND1和高壓電容C1的接地端要可靠接大地。GND2與GND1不相接，提高結(jié)合濾波抗干擾能力。

3 通信電路設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)備的串口被多種設(shè)備共享的電路系統(tǒng)

在10kV農(nóng)電網(wǎng)設(shè)備防盜報(bào)警系統(tǒng)中的載波通信主要有載波主機(jī)與載波中繼報(bào)警器、載波分機(jī)報(bào)警器的通信，還有載波主機(jī)與PC機(jī)之間的通信，如圖2所示。

圖2 載波主機(jī)，中繼，分機(jī)和PC機(jī)之間的連接框圖

10 kV設(shè)備防盜系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高（從信息采集到報(bào)警約1分鐘）而PIC單片機(jī)通信速度很快。為此，筆者對(duì)PIC16F73單片機(jī)上的一個(gè)串口采用分時(shí)復(fù)用技術(shù)即：載波主機(jī)上的串口先分配給載波中繼及分機(jī)報(bào)警器，當(dāng)載波主機(jī)與載波中繼及分機(jī)報(bào)警器通信完畢，再將載波主機(jī)上的串口分配給PC機(jī)，這樣反復(fù)進(jìn)行下去就可以解決用一片PIC系列單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)載波主機(jī)既能與載波中繼及分機(jī)報(bào)警器進(jìn)行通信，同時(shí)又能與PC機(jī)進(jìn)行通信的問(wèn)題。串口的切換采用三態(tài)門(mén)電路，硬件原理圖如圖3所示。

圖3 載波主機(jī)串行口接法示意圖

載波主機(jī)和載波中繼及分機(jī)報(bào)警器采用半雙工通信，即同一時(shí)刻載波主機(jī)只能和某一臺(tái)載波中繼報(bào)警器或載波分機(jī)報(bào)警器進(jìn)行通信.另一方面，載波主機(jī)與工控機(jī)之間采用全雙工通信.即載波主機(jī)既要把載波中繼及分機(jī)報(bào)警器傳給它的報(bào)警信息送給PC機(jī)，同時(shí)還要接收PC機(jī)發(fā)來(lái)的命令。圖3中的PIC16F73單片機(jī)的串口是由三態(tài)門(mén)電路控制的，即PIC16F73的PORT B的2個(gè)I/O管腳RB2和RB3控制的：當(dāng)RB2=1、RB3=0時(shí)，PIC16F73的串口才能和載波中繼及分機(jī)報(bào)警器通信；當(dāng)RB2=0、RB3=1時(shí)，PIC16F73的串口才能和PC機(jī)通信，在任意時(shí)刻RB2和RB3中只能有一個(gè)為高電平。載波主機(jī)采用中斷的方式分別接收載波中繼報(bào)警器及分機(jī)報(bào)警器和PC機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)。下面介紹軟件的實(shí)現(xiàn)

3.2 編寫(xiě)載波中繼報(bào)警器串口中斷接收數(shù)據(jù)處理程序

在設(shè)計(jì)10 kV線路設(shè)備防盜載波中繼報(bào)警器時(shí)，載波中繼報(bào)警器的單片機(jī)要和載波主機(jī)及載波分機(jī)報(bào)警器進(jìn)行通信，載波中繼報(bào)警器與載波主機(jī)之間的通信數(shù)據(jù)和載波中繼報(bào)警器與載波分機(jī)報(bào)警器之間的通信數(shù)據(jù)是不同的，即它們的同步字不同。這就要求載波中繼報(bào)警器的中斷接收處理程序能區(qū)分接收是誰(shuí)的通信數(shù)據(jù)。該中斷處理程序[2]的設(shè)計(jì)方法如下：

3.3 軟件及設(shè)置

為了平衡PC機(jī)端和PIC16F73單片機(jī)端的波特率，統(tǒng)一采用1200 bps，PIC16F73單片機(jī)設(shè)置如下：PIC16F73單片機(jī)的寄存器PIE1送20 H，使能串行口接收中斷，PORT C的方向寄存器trisc送90H使RC7、RC6作為RS232通信用，根據(jù)時(shí)鐘的速度1.8432 MHZ和所希望的波特率1200 bps，初始化SPBRG寄存器為17 H，TXSTA寄存器中的BRGH位也對(duì)波特率的設(shè)定有影響，初始化TXSTA為20H，表示PIC16F73的通用同步／異步接收／發(fā)送器USART工作于異步方式字符長(zhǎng)度8位，一個(gè)停止位?？紤]到到本系統(tǒng)的低波特率應(yīng)能滿足傳輸?shù)目煽啃裕什辉O(shè)校驗(yàn)位。由于篇幅所限，其他程序不再詳細(xì)討論了。

4 結(jié)論

作者在從事電力電子教學(xué)，電力設(shè)備防盜系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)工作中，探討和解決了通過(guò)1OkV高壓電力網(wǎng)采用窄帶結(jié)合濾波器傳輸報(bào)警信息的波抗干擾問(wèn)題，以及設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)備的串口被多種設(shè)備共享的電路，使得電力載波防盜報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品在濮陽(yáng)地區(qū)成功生產(chǎn)和應(yīng)用，為保護(hù)農(nóng)村灌溉變壓器做出了貢獻(xiàn)。

[1]P.格里維,黃鶴松,譯.高頻傳輸線的物理基礎(chǔ)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,l984.

[2]李學(xué)海.PIC單片機(jī)實(shí)用教程:提高篇[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.