基于NE567的電力載波串口信號傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

張國平

摘要： 本文設(shè)計的串口通信系統(tǒng)，以電力載波為傳輸媒介，選用NE567模擬信號解碼器作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，可以實現(xiàn)RS232串口信號透傳，用于電力系統(tǒng)內(nèi)的實時監(jiān)控、系統(tǒng)狀態(tài)、用電度量等信號的交互和遠(yuǎn)程監(jiān)控。本系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計有推挽模塊、配碼模塊等設(shè)計，具有多路同時傳輸、信號溫度、信號失真率低等特點，在實際應(yīng)用中亦具有良好的性能表現(xiàn)。

Abstract： The serial communication system designed in this paper takes the power line carrier as the transmission medium， NE567 analog signal decoder as the digital/analog conversion chip， and can realize RS232 serial signal transmission. It is used for real-time monitoring and system status， electrical measurement and other signal interaction and remote monitoring in power system. The hardware part of the system is designed with push-pull module， code module and so on. It has the characteristics of multi-channel transmission， signal temperature and low signal distortion. It also has good performance in practical application.

關(guān)鍵詞： 電力載波；串口通信；NE567

Key words： PLC；serial communication；NE567

中圖分類號：{TN913.22} 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0129-02

0 引言

電力載波通訊技術(shù)是電力系統(tǒng)特有的通信解決方案，指將現(xiàn)有電力線纜作為傳輸介質(zhì)，通過載波高速傳輸模擬或數(shù)字信號?，F(xiàn)階段，工業(yè)智能化（例如各類設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)控，分布式數(shù)據(jù)集中等）、公用設(shè)施智能化（例如電力遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，路燈遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等）、家庭智能化逐漸成為電力載波通訊的三大應(yīng)用領(lǐng)域。從技術(shù)角度來看，電力載波通訊不局限于點對點通訊的范疇，而是圍繞開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)內(nèi)的各個控制節(jié)點（受控設(shè)備）共同組成一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。當(dāng)前，只有少數(shù)企業(yè)在電力載波應(yīng)用領(lǐng)域具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議或網(wǎng)絡(luò)概念，美國Echelon公司的Lonworks網(wǎng)絡(luò)，國內(nèi)的KaiStar（凱星電子）電力載波遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)，Raisecom（瑞斯康達(dá)）公司的瑞斯康達(dá)智能控制網(wǎng)絡(luò)，這些集團(tuán)公司的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都是基于國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議EIA709.1，EIA709.2編寫的。

目前電力載波技術(shù)在我省的電力系統(tǒng)中主要用于井下、礦洞等通信條件受限的場景，其主要原因是電力載波傳輸信號易受干擾、傳輸距離較近，且近年WLAN等通信技術(shù)日益成熟價格趨于合理故而也越來越多被應(yīng)用。但電力載波系統(tǒng)依然有其不可替代的優(yōu)點：①不需要重新架設(shè)通訊網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；②電力設(shè)備以串口通信為主，電力載波和串口的數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備較之其他設(shè)備成本很低；③電力載波對于局內(nèi)、小范圍惡劣環(huán)境內(nèi)的信號傳輸非常合適。因而設(shè)計一套能克服傳統(tǒng)電力載波信號問題，傳輸衰減問題的系統(tǒng)對于整個電力系統(tǒng)內(nèi)的信號傳輸方式而言是一種全新的探索。

1 發(fā)送模塊

1.1 NE567模擬信號解碼器

此模擬信號解碼塊由一個晶體管開關(guān)和一個鎖相環(huán)電路組成。將模擬信號加載到該集成塊的輸入端后產(chǎn)生了一個接地方波。各個頻率的模擬信號都能通過該模擬信號解碼器成功解碼。比如檢測電話的按鍵音等。另外，也可以通過該解碼器識別BB機(jī)、頻率監(jiān)視器和控制器、精密振蕩器和遙測解碼器的模擬信號，并快速完成解碼。

NE567主要由輸出晶體管、放大器、鎖相環(huán)和直角相位檢波器（正交鑒相器）組成。鎖相環(huán)內(nèi)裝有反饋濾波器、電流控制振蕩器（CC0）和鑒相器各一個。

NE567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關(guān)，當(dāng)其接收到一個位于所選定的窄頻帶內(nèi)的輸入模擬信號時，開關(guān)就接通。通用的NE567還可以用做可變波形發(fā)生器或通用鎖相環(huán)電路。當(dāng)其用作音調(diào)控制開關(guān)時，所檢測的中心頻率可以設(shè)定于0.1至500kHz內(nèi)的任何值，檢測帶寬可以設(shè)定在中心頻率14%內(nèi)的任何值。而且，輸出開關(guān)延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內(nèi)改變。電流控制的NE567振蕩器可以通過外接電阻R1和電容器C1在一個寬頻段內(nèi)改變其振蕩頻率，但通過引腳2上的信號只能在一個很窄的頻段（最大范圍約為自由振蕩頻率的14%）改變其振蕩頻率。因此，NE567鎖相環(huán)電路只能“鎖定”在預(yù)置輸入頻率值的極窄頻帶內(nèi)。NE567的積分相位檢波器比較輸入信號和振蕩器輸出的相對頻率和相位，只有當(dāng)這二個信號相同時（即鎖相環(huán)鎖定）才產(chǎn)生一個穩(wěn)定的輸出，NE567的音調(diào)開關(guān)的中心頻率等于其自由振蕩頻率，而其帶寬等于鎖相環(huán)的鎖定范圍。

本系統(tǒng)中，將發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率由NE567鎖定為210kHz，經(jīng)220V交流電線傳輸?shù)浇K端控制子系統(tǒng)的接收端，若接收端頻率也在210kHz附近，那么將數(shù)據(jù)送入下位機(jī)。

1.2 配碼電路endprint

如圖1所示，在電路中將數(shù)字信號數(shù)據(jù)發(fā)送到220V的交流電線上進(jìn)行疊加，當(dāng)終端控制子系統(tǒng)的接收模塊設(shè)置接收頻率也為210kHz時就能獲取數(shù)據(jù)并做出判斷。

Q8、Q9是高頻小功率三極管9018，二進(jìn)制數(shù)據(jù)在為“1”即高電平時，Q8導(dǎo)通，Q9截止，變壓器G2輸出直流電壓經(jīng)T4的原邊線圈向上流，通過Q8集電極形成回路。數(shù)據(jù)為“0”即低電平時，Q8截止，Q9導(dǎo)通，電壓經(jīng)T4的原邊線圈向下流動，通過Q9形成回路。這樣就用原邊正、副極性電壓表示成發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”和“0”。

電容C45、C46是將副邊的正、反向電壓進(jìn)行耦合的作用。

設(shè)計時，為了防止數(shù)字信號電壓在高、低電平轉(zhuǎn)換的瞬間（上升沿或下降沿）三極管Q8、Q9同時導(dǎo)通而導(dǎo)致原件燒毀，在電路中加入了反相器4069、二極管1N4007、電容C43和C48。通過電容C43、C48的充放電特性在上升沿、下降沿時刻起到保持電平狀態(tài)的作用。使三極管在導(dǎo)通時有一定延時，避免出現(xiàn)Q8、Q9同時導(dǎo)通的情況。

G2為變壓器，將電線上的交流電壓220V降壓后經(jīng)7809穩(wěn)壓器穩(wěn)定到輸出+9V，作為NE567的供電電源。

2 小結(jié)

電力載波技術(shù)由于生不逢時近些年的發(fā)展一直很受限制，但是其對于部分特定行業(yè)尤其是電力系統(tǒng)內(nèi)部而言是具有顯著優(yōu)勢的，因而作為電力系統(tǒng)內(nèi)部研究和拓展應(yīng)用的一個方向。本文所設(shè)計的電力載波通信系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)易受干擾、傳輸距離短這兩大缺點，對于電力系統(tǒng)內(nèi)部的采集、超標(biāo)等應(yīng)用上已經(jīng)具有了實際價值。

在未來的研究中該系統(tǒng)仍有很大的改進(jìn)空間：1通過與其他系統(tǒng)的對接，開發(fā)和實現(xiàn)一套完整的電力載波測量系統(tǒng)。2配合嵌入式系統(tǒng)及相關(guān)手持設(shè)備APP開發(fā)實現(xiàn)載波數(shù)據(jù)的實時解讀，方便電力測檢人員開展巡線、排障工作。

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