三相電力載波中繼器的制造方法
專利名稱:三相電力載波中繼器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種載波中繼器，特別是涉及一種三相電力載波中繼器，用于低壓電力載波集中抄表系統(tǒng)。本實用新型第一微處理器主芯片（A）、第二微處理器主芯片（B）和第三微處理器主芯片（C），上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片（A）分別與紅外通訊模塊、外部存儲模塊、電源處理模塊、載波信號處理模塊連接。所述第一微處理器主芯片（A）、第二微處理器主芯片（B）和第三微處理器主芯片（C）之間為串行通訊。本實用新型產(chǎn)品采用A相單相供電方式，通過將載波接收電路進行限幅后的信號送入PL3201進行捕獲、同步及解擴處理，經(jīng)由內(nèi)嵌的8051型微處理器控制處理，再對數(shù)據(jù)進行擴頻，擴頻后的信號經(jīng)120kHz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號通過電力線接口電路進行功率放大、濾波并耦合到低壓電力線上，實現(xiàn)電力線載波通信。
【專利說明】
三相電力載波中繼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種載波中繼器，特別是涉及一種三相電力載波中繼器，用于低壓電力載波集中抄表系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線載波通訊是利用高壓電力線(通常指35kV及以上電壓等級)、中壓電力線(指1kV電壓等級)或低壓配電線(380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。該方式節(jié)省了通訊線路的基建投資和日常的維護費用，也不占用較多的頻率資源，具有一定的經(jīng)濟可行性，應(yīng)用前景十分廣泛。然而，由于電力線最初的設(shè)計是以傳輸電能為目的，與專門進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p絞線、同軸電纜以及光纖等介質(zhì)相比，具有負載多、噪聲干擾強、信道衰減大、信道時延長、通信環(huán)境惡劣等特點。在電力線載波抄表系統(tǒng)中，這些特點制約了信號傳輸?shù)木嚯x，同時降低了通信的可靠性，從而影響了抄表范圍和準確性等系統(tǒng)性能。因此在實際應(yīng)用中，還需要通過中繼技術(shù)來彌補這些缺憾。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種組網(wǎng)簡單且高效、可用手持設(shè)備查看電力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，且傳輸距離遠的三相電力載波中繼器。
[0004]技術(shù)解決方案
[0005]本實用新型包括:微處理主芯片，所述微處理主芯片采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器PL3201，其中:包括微處理器主芯片包括:第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片，上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片分別與紅外通訊模塊、外部存儲模塊、電源處理模塊、載波信號處理模塊連接；電源處理模塊與220V市電電源連接，所述第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片之間為串行通訊。
[0006]進一步:微處理器主芯片的第一微處理器主芯片負責載波通訊鏈路協(xié)議為N6或N12的判斷和單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊的信號處理，及與外部存儲模塊3進行數(shù)據(jù)交互。
[0007]進一步:第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片采用一主二從式結(jié)構(gòu)，并依次負責三相電路載波信號的處理，其中第一微處理器主芯片為主控芯片進行主從判斷，第二微處理器主芯片只負責B相電的載波信號處理，第三微處理器主芯片只負責相電的載波信號處理。
[0008]所述外部存儲器采用AT24C04存儲芯片。
[0009]所述電源處理模塊采用DB104S整流橋和MC7805電源芯片；整體為單電源供電，SP從A相提取整個電路的供電電源，分相控制載波信號。
[0010]本實用新型區(qū)別于其他同類產(chǎn)品的重要特點有:
[0011]I)利用主芯片的高集成度，整體設(shè)計上減少了外圍器件的數(shù)量，穩(wěn)定性較高；
[0012]2)主芯片采用一主二從式的結(jié)構(gòu)，對三相電的載波信號進行分相控制，從第一微處理器主芯片中相提取整個電路的供電電源，有較高的獨立性，信號處理速度快，可靠性尚;
[0013]3)在對接口電路的設(shè)計中，選擇了合適的電容和電感元件，選用性能更佳的功率放大電路，達到了低成本、遠距離、高質(zhì)量的通信效果；
[0014]4)最大限度的降低了接收回路的噪聲，提高了接收信噪比，具有良好的抗干擾性能和較高的接收靈敏度；
[0015]5)PCB布板空間較大，各個模塊之間的電氣隔離度高，布板安全距離加大；
[0016]6)載波鏈路通訊支持N6協(xié)議、N12協(xié)議；
[0017]7)可有效提高復雜臺區(qū)下抄讀載波電表數(shù)據(jù)的成功率和抄讀穩(wěn)定性；
[0018]8)自身具備計量功能；
[0019]9)本實用新型實用計量芯片價位優(yōu)廉，一種規(guī)格、原材料統(tǒng)一，產(chǎn)品差異化帶來利潤增加；
[0020]10)需要人工設(shè)置中繼結(jié)點及路線，組網(wǎng)簡單、快速、高效、靈活。
[0021]簡言之，本實用新型是采用人工中繼的方式，將具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能的裝置，安裝在某集中器與遠端數(shù)據(jù)終端之間的固定地方，主要功能是將雙方發(fā)送的數(shù)據(jù)進行功率放大后轉(zhuǎn)發(fā)，大大提高了低壓電力線的通信成功率。本實用新型設(shè)計方案中通過將載波接收電路進行限幅后的信號送入PL3201進行捕獲、同步及解擴處理，經(jīng)由內(nèi)嵌的8051型微處理器控制處理，再對數(shù)據(jù)進行擴頻，擴頻后的信號經(jīng)120kHz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號通過電力線接口電路進行功率放大、濾波并耦合到低壓電力線上，實現(xiàn)電力線載波通信。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本實用新型工作原理框圖；
[0024]圖3為本實用新型主控芯片A與外圍電路連接圖；
[0025]圖4為本實用新型480KHZ外置陶瓷濾波器電路連接圖；
[0026]圖5為本實用新型主控芯片B與外圍電路連接圖；
[0027]圖6為本實用新型主控芯片C與外圍電路連接圖；
[0028]圖7為本實用新型A相載波通信接口電路連接圖；
[0029]圖8為本實用新型B相載波通信接口電路連接圖；
[0030]圖9為實本用新型C相載波通信接口電路連接圖；
[0031 ]圖10為本實用新型分別給A、B、C主芯片提供AVDD的電路連接圖；
[0032]圖11為本實用新型分別給A、B、C主芯片提供DVDD的電路連接圖；
[0033]圖12為本實用新型單復費率判斷電路連接圖；
[0034]圖13為本實用新型外部存儲電路連接圖；
[0035]圖14為本實用新型紅外通訊模塊2電路連接圖；
[0036]圖15為本實用新型主控芯片編程電路連接圖；
[0037]圖16為本實用新型電源處理電路連接圖；
[0038]圖17為本實用新型主程序工作流程框圖；
[0039]圖18為本實用新型載波功能設(shè)置初始化工作流程框圖；
[0040]圖19為本實用新型清載波接收緩存工作流程框圖；
[0041 ]圖20為本實用新型載波發(fā)送工作流程框圖；
[0042]圖21為本實用新型N6、N12載波發(fā)送判斷工作流程框圖；
【具體實施方式】
[0043]參照圖1:本實用新型用于三相智能電能表的數(shù)據(jù)中繼。
[0044]參照圖2:本實用新型的微處理主芯片I采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器，微處理器主芯片I與紅外通訊模塊2、外部存儲模塊3、電源處理模塊4、載波信號處理模塊5連接；電源處理模塊4與220V市電電源連接;微處理器主芯片I的A芯片為主控芯片，B芯片和C芯片只負責各自線路上的載波信號處理。
[0045]主控芯片A負責通訊模式的判斷和單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊2的電路連接，和與外部存儲模塊3進行數(shù)據(jù)交互。
[0046])硬件主要電路模塊電路連接及工作原理:
[0047]參照圖3:PL3201是具有電力線載波通信功能的內(nèi)嵌8051增強型高速微處理器的新型SoC(System on Chip)產(chǎn)品。該芯片采用新型的CMOS數(shù)/?；旌瞎に囍圃欤哂谐杀镜?、性能高、功能強大等特點，能夠很方便地應(yīng)用于電力線通信領(lǐng)域。由于該芯片系統(tǒng)集成度高，可省去大量的外圍電路。同時，在PL3201內(nèi)集成了載波通信單元，該單元采用四相相移鍵控(QuadraurePhaseShiftKey ing，QPSK)調(diào)制方式。其載波中心頻率為120kHz，偽隨機碼速率可達到30K。由于采用了QPSK調(diào)制技術(shù)，在帶寬不變的情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率是BPSK調(diào)制方式的2倍，根據(jù)偽隨機碼的速率不同數(shù)據(jù)速率可達到IKbps和500bps ο同時采用了 63位Gold/Kasami序列，從而實現(xiàn)了碼分多址，其地址數(shù)目最多可達41個，其中33個Gold序列，8個kasami序列，使臺區(qū)之間的干擾減小到最小。
[0048]本實用新型采用的主控芯片PL3201的其它特性如下:
[0049]2內(nèi)置擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路，兼容PL3105通訊方式；
[0050]2內(nèi)置256 bytes + 1024 bytes SRAM(靜態(tài)隨機存儲器)；
[0051 ] 2內(nèi)置16K bytes E2PR0M(電可擦除/可編程)程序存儲器；
[0052]2內(nèi)置60 bytes E2PR0M(電可擦除/可編程)數(shù)據(jù)存儲器；
[0053]2內(nèi)置兩個可靈活配置的全雙工多功能UART;
[0054]2內(nèi)置三個8/16位定時/計數(shù)器，一個看門狗定時器以及三個外部中斷源；
[0055]2內(nèi)置可兼容多種協(xié)議的紅外線通信解碼電路；
[0056]2內(nèi)置可數(shù)字頻率校正的實時鐘，并具有秒脈沖輸出；
[0057]2內(nèi)置串行程序存儲器編程接口，支持在系統(tǒng)編程(ISP);
[0058]2采用5V單電源供電；
[0059]2采用0.35um超大規(guī)模數(shù)/?；旌螩MOS制造工藝；
[0060]2按照該芯片管腳由小到大分模塊依次進行描述(以主控芯片A為例，B芯片和C芯片與A相同):
[0061 ] 2MODE-A為復位信號輸入端，經(jīng)過C26的保護電路，正常工作時為高電平；
[0062]2PSK_0UT是載波發(fā)射電路的發(fā)射端，對應(yīng)的載波接收端連在芯片的SIGIN管腳；
[0063]2UP-OKA為確認芯片主從工作的信號輸入端；
[0064]2TXD-B與UARTl的RXD復用，與它對應(yīng)TXD-H與UARTl的TXD復用；
[0065]2PlO-A和Pll-A分別為燒寫程序用的串行時鐘和數(shù)據(jù)輸入輸出端；
[0066]2SDA24、SCL24、C0NTR0L三個管腳分別連接外部存儲芯片的串口數(shù)據(jù)、串口時鐘輸入和控制管腳，完成與外部存儲芯片的通訊；
[0067]2XTlI和XTlO連接XTl、C39和C40給出9.6MHz的振蕩，以保證完成載波通訊；
[0068]238K_TX和38K_RX為紅外通訊的發(fā)送和接收口 ；
[0069]2Pl.7是判斷單復費率的信號輸入端；
[0070]2FLTI與FLTO是一對混頻信號端子，其中FLTO為濾波信號輸入，當混頻信號經(jīng)過帶通濾波后由此管腳進入內(nèi)部限幅放大器，F(xiàn)LTI為混頻信號輸出端，內(nèi)部混頻器輸出的信號由此管腳輸出進入外部陶瓷濾波器BI;其中R7為FLTI管腳的上拉電阻；
[0071 ] 2SIGIN-A為載波接收電路的擴頻通信信號輸入端。
[0072]參照圖4:480KHz外置陶瓷濾波器電路，輸入端接一個4.7ΚΩ的上拉電阻。
[0073]參照圖5和圖6:分別為B芯片及外圍電路和C芯片及外圍電路，具體參照圖1所述的內(nèi)容。
[0074]參照圖7、圖8和圖9:載波通信系統(tǒng)主要由載波接收電路、載波放大電路和載波耦合單元等三個部分組成。
[0075]載波接收電路
[0076]接收電路濾除來自電網(wǎng)中的噪聲，這些噪聲會降低PL3201的解調(diào)功能。對于接收電路，選用無源濾波器要優(yōu)于有源濾波器，是因為有源濾波器會產(chǎn)生與接收信號相當?shù)陌自肼暋１鞠到y(tǒng)選用無源帶通濾波器(A相由C35、C50、L17和Rl組成;B相由C8、C51、L18和R2組成;C相由C9、C52、L19和R3組成)，采用并聯(lián)諧振回路形式。并聯(lián)回路的中心頻率由電容器和電感器的值決定(A相電路中的Cl和1^1，8相電路中的02和1^，(:相電路中的03和1^5決定各相的并聯(lián)回路中心頻率)，設(shè)計為120 kHz。經(jīng)過并聯(lián)諧振電路的120KHz的信號，途經(jīng)D8和DlI組成的鉗位電路吸收低壓電力線上的尖峰干擾、限幅后，使SIGIN的電壓小于700mv。
[0077]載波放大電路
[0078]這部分電路是用來將主控芯片產(chǎn)生的載波調(diào)制信號進行功率放大，濾除摻雜在信號中的噪聲和偽信號，從而將處理后的信號以較高的效率耦合到低壓電力線上。
[0079]PL3201產(chǎn)生的載波信號由A主芯片的P3.7輸出，經(jīng)功率放大電路放大后，含有諧波。系統(tǒng)主要的傳輸干擾頻率是發(fā)送信號的二次諧波和三次諧波(PL3201的載波中心頻率為120 kHz，二次諧波和三次諧波分別為240kHz和360kHz)，為了減少對電網(wǎng)的諧波污染，需進行濾波整形。
[0080]參照圖7中，QUQlO構(gòu)成NPN型復合管，Q4、Q7構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波;上波形經(jīng)C12和R19濾波，D13穩(wěn)壓，Q4和Ql組成的射極跟隨器放大，Dl限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)C32和R20濾波，D14穩(wěn)壓，QlO和Q7放大，D2限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過Cl和LI組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V24限壓保護，再通過耦合線圈Tl耦合到低壓電力線上。減小Cl和增大LI將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整Cl和LI將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0081 ] 參照圖8中，Q2、Q12構(gòu)成NPN型復合管，Q5、Q8構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波；上波形經(jīng)C7和R29濾波，D15穩(wěn)壓，Q5和Q2組成的射極跟隨器放大，D5限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)C44和R4濾波，D16穩(wěn)壓，Q12和Q8放大，D6限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過C2和L2組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V25限壓保護，再通過耦合線圈T2耦合到低壓電力線上。減小C2和增大L2將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整C2和L2將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0082]參照圖9中，Q3、Q14構(gòu)成NPN型復合管，Q6、Q9構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波；上波形經(jīng)ClO和R5濾波，D17穩(wěn)壓，Q6和Q3組成的射極跟隨器放大，D9限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)Cl I和R6濾波，D18穩(wěn)壓，Q14和Q9放大，DlO限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過C3和L5組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V26限壓保護，再通過耦合線圈T3耦合到低壓電力線上。減小C3和增大L5將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整C3和L5將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0083]載波耦合電路
[0084]當PL3201處于發(fā)送狀態(tài)時，載波耦合電路將PL3201產(chǎn)生的調(diào)制信號耦合到低壓電力線上；當PL3201處于接收狀態(tài)時，載波耦合電路將低壓電力線上的載波信號耦合過來，由SIGIN腳送入PL3201。載波耦合部分由變壓器、電容器C41、C42、C43和電感器組成。電容器將變壓器與電力線隔離，過濾電力線上的50Hz的信號，這樣就會阻止低頻信號進入電路而使某些高頻信號通過。萬一電容器C41、C42、C43因短路而失去過濾50Hz信號的能力，接口電路就會被損壞，故要選用具有短路保護功能的X2型電容器。
[0085]參照圖10:電路中大容量的鉭電容并接一個小容量的電容以濾除高頻交流電，使直流電變平滑，電阻的作用是用于EMC防范及限流的。
[0086]參照圖11:電路中大容量的電解電容器并接一個小容量的電容以濾除高頻交流電，使直流電變平滑。
[0087]參照圖12:根據(jù)現(xiàn)場臺區(qū)運行的具體情況，選擇合適的電路;單費率時只焊接R15，不焊接R14，PL3201芯片的第42管腳(P1-7)置為高電平；復費率時只焊接R14，不焊接R15，PL3201芯片的第42管腳(P1-7)置為低電平。
[0088]參照圖13:外部存儲器使用AT24C04芯片，芯片的SDA、SCL和WP分別與控制A相的主控芯片的對應(yīng)控制管腳相連，并同樣連接4.7ΚΩ的上拉電阻，保證處于輸入態(tài)時保持高電平;芯片的VCC管腳連接I個0.1yf濾波電容，提供平滑的直流電源;芯片的AO?A2管腳未使用，與VSS相連，即接地;J5為調(diào)試接口，當短接J5時，可以對整個AT24C04器件的512字節(jié)進行讀寫操作，正常工作時，器件前256個地址數(shù)據(jù)被保護，只能讀，不可寫入，后256個字節(jié)數(shù)據(jù)可進行讀寫操作。
[0089]參照圖14: A主芯片的P3.0(38K_RX)管腳接4.7K Ω的上拉電阻，P3.1 (38K_TX)管腳接20Κ Ω的上拉電阻，紅外接收管U5具有解調(diào)的作用。當Ρ3.1 (38Κ_ΤΧ)輸出高電平時，經(jīng)過RllO分壓，Qll信號放大，通過D24發(fā)送紅外信號;P3.1(38K_TX)輸出低電平時，經(jīng)調(diào)制過的38Κ紅外信號經(jīng)接收管解調(diào)后發(fā)送給芯片的接收端P3.0(38K_RX)。其中R115完成對D24的保護功能。
[0090]參照圖15:該部分是對A、B、C三塊主芯片分別進行程序燒寫的接口原理圖。將主芯片的M0DE、P10、P11管腳引出，其中MODE管腳需要接1K的上拉電阻，保證處于輸入態(tài)時保持高電平;另外，編程端口還需要給主芯片提供工作電源。
[0091]參照圖16:作為整個系統(tǒng)的電源提供部分，設(shè)計電源由電力線通過T401變壓、DB 104S整流，輸出12V直流穩(wěn)壓電源，轉(zhuǎn)換成VHH和VCC供給各個模塊電路。
[0092]載波發(fā)射功率的大小與VHH電源幅值的高低、電源電流提供能力密切相關(guān)，一定范圍內(nèi)提高電源幅值、增大電源功率，可以有效加大發(fā)射功率、從而延長通信距離。
[0093]軟件整體工作流程:
[0094]主程序部分參照圖17:
[0095]設(shè)備上電后，首先進入系統(tǒng)初始化模塊。對各個管腳、參數(shù)設(shè)置默認值，在初始化模塊中首先對看門狗進行設(shè)置，不顯示使能，打開全局中斷；其次進行載波功能初始化設(shè)置，清載波接收緩存。
[0096]之后把載波接收標志位清零，接著程序進入循環(huán)等待，如果有中斷進來就把看門狗復位，再判斷載波接收成功標志，接收成功則關(guān)閉全局中斷，清載波接收緩存，載波信號處理最后開啟全局中斷，接收不成功則程序進入循環(huán)等待。
[0097]載波功能設(shè)置初始化部分參照圖18:
[0098]設(shè)置載波發(fā)送前導序列寄存器，載波通信單元在每次為發(fā)送狀態(tài)，硬件會首先發(fā)送40個偽碼周期的全“I”序列用于使接收端與發(fā)送端偽隨機碼產(chǎn)生同步;把寫保護的寄存器進行取消寫保護操作，設(shè)置通信控制寄存器I為寫入狀態(tài)；程序向SSC_ADR寄存器寫入03H，選中載波通信控制寄存器2的地址，再判斷SSC_DAT寄存器是否為正確的接收狀態(tài)，否的話則設(shè)置為正確值;設(shè)置偽隨機碼捕獲寄存器的值設(shè)為30H，設(shè)置外部中斷為下降沿觸發(fā)并打開中斷功能。
[0099]清載波緩存部分參照圖19:
[0100]先延時等待，之后把N6和NI2判斷標志位置O，把載波發(fā)送成功標志位置O，載波數(shù)據(jù)長度計數(shù)清零，最后做載波接收初始化清零操作。
[0101]載波發(fā)送工作部分參照圖20:
[0102]首先關(guān)閉中斷，接著開啟載波功能且為發(fā)送模式，數(shù)據(jù)發(fā)送使能，發(fā)送燈亮接收燈滅。
[0103]N12載波發(fā)送判斷工作參照圖21:
[0104]先判斷載波信號是N6協(xié)議還是N12協(xié)議的數(shù)據(jù)，如果是N6協(xié)議，則載波發(fā)送冗余校驗位清O，計算載波接收緩存校驗和，接著把載波數(shù)據(jù)寫入接收緩存，之后進入載波發(fā)送程序;如果是NI 2協(xié)議，則計算載波接收緩存校驗和，接著把載波數(shù)據(jù)寫入接收緩存，之后進入載波發(fā)送程序。
[0105]載波中斷工作部分:
[0106]首先把載波通信地址入棧保護，接著把載波通信地址寄存器做清零操作，將載波數(shù)據(jù)臨時存入緩存，之后再判斷載波數(shù)據(jù)的狀態(tài)是應(yīng)該發(fā)送還是接收。如果是發(fā)送狀態(tài)，則判斷數(shù)據(jù)是否有溢出，溢出情況下則依次執(zhí)行如下操作:①清載波接收緩存②載波發(fā)送標志位置O③載波發(fā)送狀態(tài)關(guān)閉④收和發(fā)的LED燈滅⑤打開載波通訊控制寄存器2⑥開啟載波通訊功能，打開中斷，定位接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，之后打開總中斷，載波地址出棧。載波發(fā)送數(shù)據(jù)沒有溢出則往載波通信緩存區(qū)寄存器寫入數(shù)據(jù)，載波地址出棧。
[0107]如果程序判斷是載波接收信號，則判斷載波接收數(shù)據(jù)是否溢出，判斷溢出后則清載波接收緩存，載波通信地址出棧;如果判斷載波數(shù)據(jù)沒有溢出，則判斷載波信號的前導字節(jié)是否正確，正確就接收載波數(shù)據(jù)，載波通信地址出棧，否則清載波接收緩存，載波通信地址出棧。
【主權(quán)項】
1.三相電力載波中繼器，包括:微處理主芯片(1)，其特征在于，所述微處理主芯片采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器PL3201，其中:包括微處理器主芯片包括:第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)，上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片(A)分別與紅外通訊模塊02、外部存儲模塊(3)、電源處理模塊(4)、A相載波信號處理模塊(5)連接;電源處理模塊(4)與220V市電電源連接;所述第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)之間為串行通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，微處理器主芯片(I)的第一微處理器主芯片(A)負責判斷載波鏈路通訊為N6協(xié)議或N12協(xié)議，負責單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊(2)的信號處理，負責與外部存儲模塊(3)進行數(shù)據(jù)交互。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)采用一主二從式結(jié)構(gòu)，并依次負責三相電路載波信號的處理，其中第一微處理器主芯片(A)為主控芯片進行主從判斷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第二微處理器主芯片(B)只負責B相電的載波信號處理，第三微處理器主芯片(C)只負責C相電的載波信號處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，外部存儲器采用AT24C04存儲芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，電源處理模塊(3)采用DB104S整流橋和MC7805電源芯片;整體為單電源供電，即從A相提取整個電路的供電電源，分相控制載波信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，載波鏈路通訊支持N6協(xié)議、NI 2協(xié)議。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)通過檢測Pl.7管腳電平信號來判斷是單費率模式還是復費率模式。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)可與紅外通訊模塊進行數(shù)據(jù)交互，用電現(xiàn)場支持用手持PDA設(shè)備查看電力數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04B3/54GK205725745SQ201620361484
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】杜寶龍, 楊輝
【申請人】內(nèi)蒙古云谷電力科技股份有限公司
【專利摘要】本實用新型涉及一種載波中繼器，特別是涉及一種三相電力載波中繼器，用于低壓電力載波集中抄表系統(tǒng)。本實用新型第一微處理器主芯片（A）、第二微處理器主芯片（B）和第三微處理器主芯片（C），上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片（A）分別與紅外通訊模塊、外部存儲模塊、電源處理模塊、載波信號處理模塊連接。所述第一微處理器主芯片（A）、第二微處理器主芯片（B）和第三微處理器主芯片（C）之間為串行通訊。本實用新型產(chǎn)品采用A相單相供電方式，通過將載波接收電路進行限幅后的信號送入PL3201進行捕獲、同步及解擴處理，經(jīng)由內(nèi)嵌的8051型微處理器控制處理，再對數(shù)據(jù)進行擴頻，擴頻后的信號經(jīng)120kHz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號通過電力線接口電路進行功率放大、濾波并耦合到低壓電力線上，實現(xiàn)電力線載波通信。
【專利說明】
三相電力載波中繼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種載波中繼器，特別是涉及一種三相電力載波中繼器，用于低壓電力載波集中抄表系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線載波通訊是利用高壓電力線(通常指35kV及以上電壓等級)、中壓電力線(指1kV電壓等級)或低壓配電線(380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。該方式節(jié)省了通訊線路的基建投資和日常的維護費用，也不占用較多的頻率資源，具有一定的經(jīng)濟可行性，應(yīng)用前景十分廣泛。然而，由于電力線最初的設(shè)計是以傳輸電能為目的，與專門進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p絞線、同軸電纜以及光纖等介質(zhì)相比，具有負載多、噪聲干擾強、信道衰減大、信道時延長、通信環(huán)境惡劣等特點。在電力線載波抄表系統(tǒng)中，這些特點制約了信號傳輸?shù)木嚯x，同時降低了通信的可靠性，從而影響了抄表范圍和準確性等系統(tǒng)性能。因此在實際應(yīng)用中，還需要通過中繼技術(shù)來彌補這些缺憾。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種組網(wǎng)簡單且高效、可用手持設(shè)備查看電力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，且傳輸距離遠的三相電力載波中繼器。
[0004]技術(shù)解決方案
[0005]本實用新型包括:微處理主芯片，所述微處理主芯片采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器PL3201，其中:包括微處理器主芯片包括:第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片，上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片分別與紅外通訊模塊、外部存儲模塊、電源處理模塊、載波信號處理模塊連接；電源處理模塊與220V市電電源連接，所述第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片之間為串行通訊。
[0006]進一步:微處理器主芯片的第一微處理器主芯片負責載波通訊鏈路協(xié)議為N6或N12的判斷和單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊的信號處理，及與外部存儲模塊3進行數(shù)據(jù)交互。
[0007]進一步:第一微處理器主芯片、第二微處理器主芯片和第三微處理器主芯片采用一主二從式結(jié)構(gòu)，并依次負責三相電路載波信號的處理，其中第一微處理器主芯片為主控芯片進行主從判斷，第二微處理器主芯片只負責B相電的載波信號處理，第三微處理器主芯片只負責相電的載波信號處理。
[0008]所述外部存儲器采用AT24C04存儲芯片。
[0009]所述電源處理模塊采用DB104S整流橋和MC7805電源芯片；整體為單電源供電，SP從A相提取整個電路的供電電源，分相控制載波信號。
[0010]本實用新型區(qū)別于其他同類產(chǎn)品的重要特點有:
[0011]I)利用主芯片的高集成度，整體設(shè)計上減少了外圍器件的數(shù)量，穩(wěn)定性較高；
[0012]2)主芯片采用一主二從式的結(jié)構(gòu)，對三相電的載波信號進行分相控制，從第一微處理器主芯片中相提取整個電路的供電電源，有較高的獨立性，信號處理速度快，可靠性尚;
[0013]3)在對接口電路的設(shè)計中，選擇了合適的電容和電感元件，選用性能更佳的功率放大電路，達到了低成本、遠距離、高質(zhì)量的通信效果；
[0014]4)最大限度的降低了接收回路的噪聲，提高了接收信噪比，具有良好的抗干擾性能和較高的接收靈敏度；
[0015]5)PCB布板空間較大，各個模塊之間的電氣隔離度高，布板安全距離加大；
[0016]6)載波鏈路通訊支持N6協(xié)議、N12協(xié)議；
[0017]7)可有效提高復雜臺區(qū)下抄讀載波電表數(shù)據(jù)的成功率和抄讀穩(wěn)定性；
[0018]8)自身具備計量功能；
[0019]9)本實用新型實用計量芯片價位優(yōu)廉，一種規(guī)格、原材料統(tǒng)一，產(chǎn)品差異化帶來利潤增加；
[0020]10)需要人工設(shè)置中繼結(jié)點及路線，組網(wǎng)簡單、快速、高效、靈活。
[0021]簡言之，本實用新型是采用人工中繼的方式，將具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能的裝置，安裝在某集中器與遠端數(shù)據(jù)終端之間的固定地方，主要功能是將雙方發(fā)送的數(shù)據(jù)進行功率放大后轉(zhuǎn)發(fā)，大大提高了低壓電力線的通信成功率。本實用新型設(shè)計方案中通過將載波接收電路進行限幅后的信號送入PL3201進行捕獲、同步及解擴處理，經(jīng)由內(nèi)嵌的8051型微處理器控制處理，再對數(shù)據(jù)進行擴頻，擴頻后的信號經(jīng)120kHz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號通過電力線接口電路進行功率放大、濾波并耦合到低壓電力線上，實現(xiàn)電力線載波通信。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本實用新型工作原理框圖；
[0024]圖3為本實用新型主控芯片A與外圍電路連接圖；
[0025]圖4為本實用新型480KHZ外置陶瓷濾波器電路連接圖；
[0026]圖5為本實用新型主控芯片B與外圍電路連接圖；
[0027]圖6為本實用新型主控芯片C與外圍電路連接圖；
[0028]圖7為本實用新型A相載波通信接口電路連接圖；
[0029]圖8為本實用新型B相載波通信接口電路連接圖；
[0030]圖9為實本用新型C相載波通信接口電路連接圖；
[0031 ]圖10為本實用新型分別給A、B、C主芯片提供AVDD的電路連接圖；
[0032]圖11為本實用新型分別給A、B、C主芯片提供DVDD的電路連接圖；
[0033]圖12為本實用新型單復費率判斷電路連接圖；
[0034]圖13為本實用新型外部存儲電路連接圖；
[0035]圖14為本實用新型紅外通訊模塊2電路連接圖；
[0036]圖15為本實用新型主控芯片編程電路連接圖；
[0037]圖16為本實用新型電源處理電路連接圖；
[0038]圖17為本實用新型主程序工作流程框圖；
[0039]圖18為本實用新型載波功能設(shè)置初始化工作流程框圖；
[0040]圖19為本實用新型清載波接收緩存工作流程框圖；
[0041 ]圖20為本實用新型載波發(fā)送工作流程框圖；
[0042]圖21為本實用新型N6、N12載波發(fā)送判斷工作流程框圖；
【具體實施方式】
[0043]參照圖1:本實用新型用于三相智能電能表的數(shù)據(jù)中繼。
[0044]參照圖2:本實用新型的微處理主芯片I采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器，微處理器主芯片I與紅外通訊模塊2、外部存儲模塊3、電源處理模塊4、載波信號處理模塊5連接；電源處理模塊4與220V市電電源連接;微處理器主芯片I的A芯片為主控芯片，B芯片和C芯片只負責各自線路上的載波信號處理。
[0045]主控芯片A負責通訊模式的判斷和單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊2的電路連接，和與外部存儲模塊3進行數(shù)據(jù)交互。
[0046])硬件主要電路模塊電路連接及工作原理:
[0047]參照圖3:PL3201是具有電力線載波通信功能的內(nèi)嵌8051增強型高速微處理器的新型SoC(System on Chip)產(chǎn)品。該芯片采用新型的CMOS數(shù)/?；旌瞎に囍圃欤哂谐杀镜?、性能高、功能強大等特點，能夠很方便地應(yīng)用于電力線通信領(lǐng)域。由于該芯片系統(tǒng)集成度高，可省去大量的外圍電路。同時，在PL3201內(nèi)集成了載波通信單元，該單元采用四相相移鍵控(QuadraurePhaseShiftKey ing，QPSK)調(diào)制方式。其載波中心頻率為120kHz，偽隨機碼速率可達到30K。由于采用了QPSK調(diào)制技術(shù)，在帶寬不變的情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率是BPSK調(diào)制方式的2倍，根據(jù)偽隨機碼的速率不同數(shù)據(jù)速率可達到IKbps和500bps ο同時采用了 63位Gold/Kasami序列，從而實現(xiàn)了碼分多址，其地址數(shù)目最多可達41個，其中33個Gold序列，8個kasami序列，使臺區(qū)之間的干擾減小到最小。
[0048]本實用新型采用的主控芯片PL3201的其它特性如下:
[0049]2內(nèi)置擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路，兼容PL3105通訊方式；
[0050]2內(nèi)置256 bytes + 1024 bytes SRAM(靜態(tài)隨機存儲器)；
[0051 ] 2內(nèi)置16K bytes E2PR0M(電可擦除/可編程)程序存儲器；
[0052]2內(nèi)置60 bytes E2PR0M(電可擦除/可編程)數(shù)據(jù)存儲器；
[0053]2內(nèi)置兩個可靈活配置的全雙工多功能UART;
[0054]2內(nèi)置三個8/16位定時/計數(shù)器，一個看門狗定時器以及三個外部中斷源；
[0055]2內(nèi)置可兼容多種協(xié)議的紅外線通信解碼電路；
[0056]2內(nèi)置可數(shù)字頻率校正的實時鐘，并具有秒脈沖輸出；
[0057]2內(nèi)置串行程序存儲器編程接口，支持在系統(tǒng)編程(ISP);
[0058]2采用5V單電源供電；
[0059]2采用0.35um超大規(guī)模數(shù)/?；旌螩MOS制造工藝；
[0060]2按照該芯片管腳由小到大分模塊依次進行描述(以主控芯片A為例，B芯片和C芯片與A相同):
[0061 ] 2MODE-A為復位信號輸入端，經(jīng)過C26的保護電路，正常工作時為高電平；
[0062]2PSK_0UT是載波發(fā)射電路的發(fā)射端，對應(yīng)的載波接收端連在芯片的SIGIN管腳；
[0063]2UP-OKA為確認芯片主從工作的信號輸入端；
[0064]2TXD-B與UARTl的RXD復用，與它對應(yīng)TXD-H與UARTl的TXD復用；
[0065]2PlO-A和Pll-A分別為燒寫程序用的串行時鐘和數(shù)據(jù)輸入輸出端；
[0066]2SDA24、SCL24、C0NTR0L三個管腳分別連接外部存儲芯片的串口數(shù)據(jù)、串口時鐘輸入和控制管腳，完成與外部存儲芯片的通訊；
[0067]2XTlI和XTlO連接XTl、C39和C40給出9.6MHz的振蕩，以保證完成載波通訊；
[0068]238K_TX和38K_RX為紅外通訊的發(fā)送和接收口 ；
[0069]2Pl.7是判斷單復費率的信號輸入端；
[0070]2FLTI與FLTO是一對混頻信號端子，其中FLTO為濾波信號輸入，當混頻信號經(jīng)過帶通濾波后由此管腳進入內(nèi)部限幅放大器，F(xiàn)LTI為混頻信號輸出端，內(nèi)部混頻器輸出的信號由此管腳輸出進入外部陶瓷濾波器BI;其中R7為FLTI管腳的上拉電阻；
[0071 ] 2SIGIN-A為載波接收電路的擴頻通信信號輸入端。
[0072]參照圖4:480KHz外置陶瓷濾波器電路，輸入端接一個4.7ΚΩ的上拉電阻。
[0073]參照圖5和圖6:分別為B芯片及外圍電路和C芯片及外圍電路，具體參照圖1所述的內(nèi)容。
[0074]參照圖7、圖8和圖9:載波通信系統(tǒng)主要由載波接收電路、載波放大電路和載波耦合單元等三個部分組成。
[0075]載波接收電路
[0076]接收電路濾除來自電網(wǎng)中的噪聲，這些噪聲會降低PL3201的解調(diào)功能。對于接收電路，選用無源濾波器要優(yōu)于有源濾波器，是因為有源濾波器會產(chǎn)生與接收信號相當?shù)陌自肼暋１鞠到y(tǒng)選用無源帶通濾波器(A相由C35、C50、L17和Rl組成;B相由C8、C51、L18和R2組成;C相由C9、C52、L19和R3組成)，采用并聯(lián)諧振回路形式。并聯(lián)回路的中心頻率由電容器和電感器的值決定(A相電路中的Cl和1^1，8相電路中的02和1^，(:相電路中的03和1^5決定各相的并聯(lián)回路中心頻率)，設(shè)計為120 kHz。經(jīng)過并聯(lián)諧振電路的120KHz的信號，途經(jīng)D8和DlI組成的鉗位電路吸收低壓電力線上的尖峰干擾、限幅后，使SIGIN的電壓小于700mv。
[0077]載波放大電路
[0078]這部分電路是用來將主控芯片產(chǎn)生的載波調(diào)制信號進行功率放大，濾除摻雜在信號中的噪聲和偽信號，從而將處理后的信號以較高的效率耦合到低壓電力線上。
[0079]PL3201產(chǎn)生的載波信號由A主芯片的P3.7輸出，經(jīng)功率放大電路放大后，含有諧波。系統(tǒng)主要的傳輸干擾頻率是發(fā)送信號的二次諧波和三次諧波(PL3201的載波中心頻率為120 kHz，二次諧波和三次諧波分別為240kHz和360kHz)，為了減少對電網(wǎng)的諧波污染，需進行濾波整形。
[0080]參照圖7中，QUQlO構(gòu)成NPN型復合管，Q4、Q7構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波;上波形經(jīng)C12和R19濾波，D13穩(wěn)壓，Q4和Ql組成的射極跟隨器放大，Dl限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)C32和R20濾波，D14穩(wěn)壓，QlO和Q7放大，D2限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過Cl和LI組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V24限壓保護，再通過耦合線圈Tl耦合到低壓電力線上。減小Cl和增大LI將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整Cl和LI將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0081 ] 參照圖8中，Q2、Q12構(gòu)成NPN型復合管，Q5、Q8構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波；上波形經(jīng)C7和R29濾波，D15穩(wěn)壓，Q5和Q2組成的射極跟隨器放大，D5限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)C44和R4濾波，D16穩(wěn)壓，Q12和Q8放大，D6限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過C2和L2組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V25限壓保護，再通過耦合線圈T2耦合到低壓電力線上。減小C2和增大L2將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整C2和L2將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0082]參照圖9中，Q3、Q14構(gòu)成NPN型復合管，Q6、Q9構(gòu)成PNP型復合管，從而組成互補對稱式功率放大電路。載波功能被使能后，載波信號在PSK_0UT端時，波形為方波，包含豐富的諧波；上波形經(jīng)ClO和R5濾波，D17穩(wěn)壓，Q6和Q3組成的射極跟隨器放大，D9限幅保護；同樣道理，下波形經(jīng)Cl I和R6濾波，D18穩(wěn)壓，Q14和Q9放大，DlO限幅保護;至此PSK_0UT端的方波信號被放大。由于放大后的信號，富含諧波，為減少對電網(wǎng)的諧波污染，經(jīng)過C3和L5組成的濾波整形，經(jīng)由雙向二極管V26限壓保護，再通過耦合線圈T3耦合到低壓電力線上。減小C3和增大L5將減小發(fā)射電流和改善波形。反之增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整C3和L5將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。
[0083]載波耦合電路
[0084]當PL3201處于發(fā)送狀態(tài)時，載波耦合電路將PL3201產(chǎn)生的調(diào)制信號耦合到低壓電力線上；當PL3201處于接收狀態(tài)時，載波耦合電路將低壓電力線上的載波信號耦合過來，由SIGIN腳送入PL3201。載波耦合部分由變壓器、電容器C41、C42、C43和電感器組成。電容器將變壓器與電力線隔離，過濾電力線上的50Hz的信號，這樣就會阻止低頻信號進入電路而使某些高頻信號通過。萬一電容器C41、C42、C43因短路而失去過濾50Hz信號的能力，接口電路就會被損壞，故要選用具有短路保護功能的X2型電容器。
[0085]參照圖10:電路中大容量的鉭電容并接一個小容量的電容以濾除高頻交流電，使直流電變平滑，電阻的作用是用于EMC防范及限流的。
[0086]參照圖11:電路中大容量的電解電容器并接一個小容量的電容以濾除高頻交流電，使直流電變平滑。
[0087]參照圖12:根據(jù)現(xiàn)場臺區(qū)運行的具體情況，選擇合適的電路;單費率時只焊接R15，不焊接R14，PL3201芯片的第42管腳(P1-7)置為高電平；復費率時只焊接R14，不焊接R15，PL3201芯片的第42管腳(P1-7)置為低電平。
[0088]參照圖13:外部存儲器使用AT24C04芯片，芯片的SDA、SCL和WP分別與控制A相的主控芯片的對應(yīng)控制管腳相連，并同樣連接4.7ΚΩ的上拉電阻，保證處于輸入態(tài)時保持高電平;芯片的VCC管腳連接I個0.1yf濾波電容，提供平滑的直流電源;芯片的AO?A2管腳未使用，與VSS相連，即接地;J5為調(diào)試接口，當短接J5時，可以對整個AT24C04器件的512字節(jié)進行讀寫操作，正常工作時，器件前256個地址數(shù)據(jù)被保護，只能讀，不可寫入，后256個字節(jié)數(shù)據(jù)可進行讀寫操作。
[0089]參照圖14: A主芯片的P3.0(38K_RX)管腳接4.7K Ω的上拉電阻，P3.1 (38K_TX)管腳接20Κ Ω的上拉電阻，紅外接收管U5具有解調(diào)的作用。當Ρ3.1 (38Κ_ΤΧ)輸出高電平時，經(jīng)過RllO分壓，Qll信號放大，通過D24發(fā)送紅外信號;P3.1(38K_TX)輸出低電平時，經(jīng)調(diào)制過的38Κ紅外信號經(jīng)接收管解調(diào)后發(fā)送給芯片的接收端P3.0(38K_RX)。其中R115完成對D24的保護功能。
[0090]參照圖15:該部分是對A、B、C三塊主芯片分別進行程序燒寫的接口原理圖。將主芯片的M0DE、P10、P11管腳引出，其中MODE管腳需要接1K的上拉電阻，保證處于輸入態(tài)時保持高電平;另外，編程端口還需要給主芯片提供工作電源。
[0091]參照圖16:作為整個系統(tǒng)的電源提供部分，設(shè)計電源由電力線通過T401變壓、DB 104S整流，輸出12V直流穩(wěn)壓電源，轉(zhuǎn)換成VHH和VCC供給各個模塊電路。
[0092]載波發(fā)射功率的大小與VHH電源幅值的高低、電源電流提供能力密切相關(guān)，一定范圍內(nèi)提高電源幅值、增大電源功率，可以有效加大發(fā)射功率、從而延長通信距離。
[0093]軟件整體工作流程:
[0094]主程序部分參照圖17:
[0095]設(shè)備上電后，首先進入系統(tǒng)初始化模塊。對各個管腳、參數(shù)設(shè)置默認值，在初始化模塊中首先對看門狗進行設(shè)置，不顯示使能，打開全局中斷；其次進行載波功能初始化設(shè)置，清載波接收緩存。
[0096]之后把載波接收標志位清零，接著程序進入循環(huán)等待，如果有中斷進來就把看門狗復位，再判斷載波接收成功標志，接收成功則關(guān)閉全局中斷，清載波接收緩存，載波信號處理最后開啟全局中斷，接收不成功則程序進入循環(huán)等待。
[0097]載波功能設(shè)置初始化部分參照圖18:
[0098]設(shè)置載波發(fā)送前導序列寄存器，載波通信單元在每次為發(fā)送狀態(tài)，硬件會首先發(fā)送40個偽碼周期的全“I”序列用于使接收端與發(fā)送端偽隨機碼產(chǎn)生同步;把寫保護的寄存器進行取消寫保護操作，設(shè)置通信控制寄存器I為寫入狀態(tài)；程序向SSC_ADR寄存器寫入03H，選中載波通信控制寄存器2的地址，再判斷SSC_DAT寄存器是否為正確的接收狀態(tài)，否的話則設(shè)置為正確值;設(shè)置偽隨機碼捕獲寄存器的值設(shè)為30H，設(shè)置外部中斷為下降沿觸發(fā)并打開中斷功能。
[0099]清載波緩存部分參照圖19:
[0100]先延時等待，之后把N6和NI2判斷標志位置O，把載波發(fā)送成功標志位置O，載波數(shù)據(jù)長度計數(shù)清零，最后做載波接收初始化清零操作。
[0101]載波發(fā)送工作部分參照圖20:
[0102]首先關(guān)閉中斷，接著開啟載波功能且為發(fā)送模式，數(shù)據(jù)發(fā)送使能，發(fā)送燈亮接收燈滅。
[0103]N12載波發(fā)送判斷工作參照圖21:
[0104]先判斷載波信號是N6協(xié)議還是N12協(xié)議的數(shù)據(jù)，如果是N6協(xié)議，則載波發(fā)送冗余校驗位清O，計算載波接收緩存校驗和，接著把載波數(shù)據(jù)寫入接收緩存，之后進入載波發(fā)送程序;如果是NI 2協(xié)議，則計算載波接收緩存校驗和，接著把載波數(shù)據(jù)寫入接收緩存，之后進入載波發(fā)送程序。
[0105]載波中斷工作部分:
[0106]首先把載波通信地址入棧保護，接著把載波通信地址寄存器做清零操作，將載波數(shù)據(jù)臨時存入緩存，之后再判斷載波數(shù)據(jù)的狀態(tài)是應(yīng)該發(fā)送還是接收。如果是發(fā)送狀態(tài)，則判斷數(shù)據(jù)是否有溢出，溢出情況下則依次執(zhí)行如下操作:①清載波接收緩存②載波發(fā)送標志位置O③載波發(fā)送狀態(tài)關(guān)閉④收和發(fā)的LED燈滅⑤打開載波通訊控制寄存器2⑥開啟載波通訊功能，打開中斷，定位接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，之后打開總中斷，載波地址出棧。載波發(fā)送數(shù)據(jù)沒有溢出則往載波通信緩存區(qū)寄存器寫入數(shù)據(jù)，載波地址出棧。
[0107]如果程序判斷是載波接收信號，則判斷載波接收數(shù)據(jù)是否溢出，判斷溢出后則清載波接收緩存，載波通信地址出棧;如果判斷載波數(shù)據(jù)沒有溢出，則判斷載波信號的前導字節(jié)是否正確，正確就接收載波數(shù)據(jù)，載波通信地址出棧，否則清載波接收緩存，載波通信地址出棧。
【主權(quán)項】
1.三相電力載波中繼器，包括:微處理主芯片(1)，其特征在于，所述微處理主芯片采用內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器PL3201，其中:包括微處理器主芯片包括:第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)，上述三個微處理器主芯片結(jié)構(gòu)相同，第一微處理器主芯片(A)分別與紅外通訊模塊02、外部存儲模塊(3)、電源處理模塊(4)、A相載波信號處理模塊(5)連接;電源處理模塊(4)與220V市電電源連接;所述第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)之間為串行通訊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，微處理器主芯片(I)的第一微處理器主芯片(A)負責判斷載波鏈路通訊為N6協(xié)議或N12協(xié)議，負責單復費率的判斷，負責與紅外通訊模塊(2)的信號處理，負責與外部存儲模塊(3)進行數(shù)據(jù)交互。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)、第二微處理器主芯片(B)和第三微處理器主芯片(C)采用一主二從式結(jié)構(gòu)，并依次負責三相電路載波信號的處理，其中第一微處理器主芯片(A)為主控芯片進行主從判斷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第二微處理器主芯片(B)只負責B相電的載波信號處理，第三微處理器主芯片(C)只負責C相電的載波信號處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，外部存儲器采用AT24C04存儲芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，電源處理模塊(3)采用DB104S整流橋和MC7805電源芯片;整體為單電源供電，即從A相提取整個電路的供電電源，分相控制載波信號。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，載波鏈路通訊支持N6協(xié)議、NI 2協(xié)議。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)通過檢測Pl.7管腳電平信號來判斷是單費率模式還是復費率模式。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相電力載波中繼器，其特征在于，第一微處理器主芯片(A)可與紅外通訊模塊進行數(shù)據(jù)交互，用電現(xiàn)場支持用手持PDA設(shè)備查看電力數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04B3/54GK205725745SQ201620361484
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】杜寶龍, 楊輝
【申請人】內(nèi)蒙古云谷電力科技股份有限公司
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