基于89C2051與ST7538的低壓電力線載波通信模塊設(shè)計

1、配網(wǎng)自動化低壓電器(200811)通用低壓電器篇基于89C2051與ST7538的低壓電力線載波通信模塊設(shè)計曾素瓊,張學(xué)成(嘉應(yīng)學(xué)院電子信息工程系,廣東梅州514015)摘要:設(shè)計了一種低壓電力線載波通信模塊系統(tǒng),重點介紹了系統(tǒng)的實現(xiàn)過程。以89C2051為核心控制器,利用專用電力線載波芯片ST7538,件連接;對ST7538電力線接口電路進(jìn)行了設(shè)計,制、耦合電路的設(shè)計做了詳細(xì)的描述;塊系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。關(guān)鍵詞:;B:100125531(2008)1120033204(1967),副教授,碩士,從事電路與系統(tǒng)教學(xué)及應(yīng)用研究。ofCarrierCommunicationModuleforLow

2、VoltagePowerLineBasedon89C2051andST7538ZENGSuqiong,ZHANGXuecheng(DepartmentofElectronicsandInformationEngineering,JiayingUniversity,Meizhou514015,China)Abstract:Acarriercommunicationmoduleforlowvoltagepowerlinewasdesigned,andimplementationofsystemwasintroducedemphatically.Takinguseof89C2051ascorecon

3、troller,thehardwareconnectionandinter2facecircuitofsystemweredesignedandinterpretedbyspecialpowerlinecarrierchipST7538.Thedesignofpowercontrolofamplifiercircuitoftransmitterandcouplingcircuitwasdetailedexpounded,andsoftwaredesignofmo2dulewasgiven.Theexperimentshowsthatthemodulesystemcanworkstablyand

4、reliably.Keywords:carriercommunicationofpowerline;modulationanddemodulation;interfacecircuit;serialcommunication1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)低壓電力線載波通信的系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)由主通信設(shè)備發(fā)出,經(jīng)通信接口,存入微控制器處理中的一段緩沖區(qū)內(nèi),再經(jīng)編碼、調(diào)制,最后耦合到電力線上。在電力線的另一端,數(shù)據(jù)經(jīng)耦合后從電力線上接收下來再解調(diào)到微控制器中,最后經(jīng)通信接口到從通信設(shè)備中。2硬件的設(shè)計2.1微控器的選擇圖1低壓電力線載波通信的系統(tǒng)原理微控制器是系統(tǒng)的控制核心,它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)中各任務(wù)的協(xié)調(diào)與調(diào)

5、度。為克服電力線上存在信號衰減大、時變性大、噪聲影響大等不利因素,需采用一些糾錯能力強(qiáng)的編譯碼方案,但這可能使算法復(fù)雜化,運算速度降低進(jìn)而導(dǎo)致通信速率張學(xué)成(1974),男,實驗師,從事電工、電子技術(shù)教學(xué)及應(yīng)用研究。33低壓電器(200811)通用低壓電器篇配網(wǎng)自動化下降,這種方法對處理器運算速度的要求較為苛1刻,還要求微處理有較強(qiáng)的控制功能。在兼顧運算能力與控制性能,并考慮模塊成本及產(chǎn)品投入使用的經(jīng)濟(jì)等因素后,選用性價比高的。2.2調(diào)制解調(diào)芯片的選擇信號調(diào)制與解調(diào)及對信號的自適應(yīng)平衡放大、濾波及與微控制器的通信等功能由電力線載波芯片完成。電力線接口起耦合、隔離、濾波與保護(hù)的功能。AT89C2

6、051單片機(jī)24ST7538電力線接口的設(shè)計電力線接口首先是一個耦合電路,用于FSK信號的傳輸與接收;同時也是一個濾波系統(tǒng),能可靠地過濾掉220V/50Hz的電力信號、噪聲信號和浪涌信號。發(fā)送和接收電路由耦合電路、濾波電路、保護(hù)電路、電壓放大電路、功率放大電路等組成(見圖3)。ST7538載波芯片是一款為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計的半雙工、同步/(調(diào)頻)調(diào)制解調(diào)器芯片3,4,、度高、3通信模塊的各芯片之間的連接如圖2所示。圖3ST7538的電力線接口電路4.1發(fā)送放大電路的電源控制及實驗結(jié)果系統(tǒng)設(shè)計成只有在模塊處于發(fā)送狀態(tài)時,發(fā)送電路中的電壓放大和功率放大電路才在電源控制電路的控制下工

7、作,而接收電路中的電壓放大電路是始終工作的。放大電路的電源控制電路如圖4所示?？刂七^程如下:當(dāng)ST7538的RxTx(R/T)處于發(fā)送模式時為低電平0,RxTx低電平經(jīng)具施密特特性的非門U6輸出高電平1,U6輸出使Q4、Q5導(dǎo)通,進(jìn)而使電源管Q6、Q7導(dǎo)通,輸出UCC+(實驗測得為:11.3V)、UCC-(實驗測得為:-11.3圖2系統(tǒng)電路原理圖4放大電路的狀態(tài)控制電路34配網(wǎng)自動化低壓電器(200811)通用低壓電器篇V),U4、Q8、Q10、Q9、Q11得電(UCC+、UCC-)處于工作狀態(tài);當(dāng)ST7538的RxTx處于接收模式時為高電平1,RxTx高電平經(jīng)具施密特特性的非門U6輸出低電平

8、0,U6輸出使Q4、Q5截止,進(jìn)而使Q6、Q7不導(dǎo)通,UCC+和UCC-輸出(實驗測得為正、負(fù)幾毫伏),故U4、Q8、Q10、Q9、Q11因失電而不工作。TL072C是低噪聲BI_FET雙運放運算放大器,零漂一般在幾毫伏,在此負(fù)責(zé)電壓放大。在發(fā)送電路中,用兩對DB237(NPN型100V,2A)、BD238(PNP型100V,2A)功率放大三極管,一對(Q8、Q9)用作前級驅(qū)動放大,一對(Q10、Q11)用作功率放大。這兩級放大電路能讓該模塊的電力線載波通信距離更大,直接應(yīng)用該模塊在500m通信距離內(nèi),能可靠、穩(wěn)定地通信。4.2耦合保護(hù)放大電路耦合保護(hù)放大電路如圖5圖5耦合保護(hù)放大電路接收信號

9、時,信號經(jīng)220V的交流插座入載波模塊,經(jīng)0.5A熔斷器保護(hù)電路,C10、CNR、R35、C11及變壓器線圈組成的降壓選頻電路,經(jīng)變壓器耦合,C12、C13及變壓器線圈組成的并聯(lián)諧振回路選頻后(中心頻率設(shè)計為82.3kHz),L3、C9串聯(lián)諧振濾波,繼而加入到運放U3進(jìn)行電壓放大及整形,放大后的信號經(jīng)C6、R36耦合輸入到ST7538的RAI腳。發(fā)送信號時,待發(fā)送信號經(jīng)處理后由ST7538的ATOP1腳輸出,經(jīng)U4電壓放大后,由Q8Q11進(jìn)行功率放大,經(jīng)C14送到由C12、C13、變壓器線圈組成的并聯(lián)諧振回路選頻后(中心頻率設(shè)計為82.3kHz),由變壓器耦合到220V的電力線上傳輸。5軟件設(shè)

10、計為協(xié)調(diào)電力線載波通信模塊在多種狀態(tài)間的切換。將通信模塊功能簡化看作為電力線與SCI通信口之間的橋梁,系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。6電力線載波模塊應(yīng)用電力線載波模塊提供半雙工通信功能,可在220/110V,50/60Hz電力線上實現(xiàn)局域通信。該模塊為用戶提供了透明的數(shù)據(jù)傳輸通道,數(shù)據(jù)傳輸與用戶協(xié)議無關(guān),由用戶通信協(xié)議驗證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ谕慌_變壓器下,多個模塊可以35低壓電器(200811)通用低壓電器篇配網(wǎng)自動化圖(2232方式)本文介紹的基于89C2051與ST7538低壓電力線載波通信模塊的電路設(shè)計方案具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作方式靈活可靠、抗干擾能力強(qiáng)等特點。經(jīng)實驗測試證明,該模塊應(yīng)

11、用時只需加少量元器件,可方便地應(yīng)用于窄帶、低速率信號的低壓電力線通信場合,系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠,具有一定實用價值?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】圖6系統(tǒng)軟件流程圖連接在同一條電力線上,在主從通信模式下,模塊分別單獨工作,不會相互影響。主控設(shè)備可分別通過RS2232接口或TTL電平接口與模塊連接。假設(shè)左邊的用戶設(shè)備(主機(jī))通過模塊向右邊的用戶設(shè)備(U機(jī))發(fā)送數(shù)據(jù),模塊在單相電力線中(RS2232RS2232方式)通信連接示意圖如圖7所示。通信與新技術(shù)J.電氣應(yīng)用,2006(2):527.2沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)M.北京:電子工業(yè)出版社,2005.3STMicroelectronics.ST7538Z.2003.4STMicroelectronics.ST7538ApplicationNoteZ.2003.收稿日期:2007211206伊頓GX系列塑料外殼式斷路器伊頓GX系列塑料外殼式斷路器是基于G系列塑料外殼式斷路器繼續(xù)開發(fā)的一款小型化斷路器,所有器件均具有最優(yōu)化的安裝尺寸,實現(xiàn)在更小的空間達(dá)到更高的性能。開關(guān)柜和金屬架構(gòu)的空間要求更小,因此成本更低,安裝協(xié)調(diào)時間更