基于PL3105的載波抄表采集器的設(shè)計(jì)

摘要： 詳細(xì)闡述實(shí)現(xiàn)載波抄表采集器硬件電路與軟件設(shè)計(jì)的具體方案，其中著重分析載波通信設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞： 采集器；PL3105；載波通信

引言

隨著低壓電力載波技術(shù)的飛速發(fā)展，使載波通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。電力部門(mén)及時(shí)地把這項(xiàng)科技進(jìn)步成果應(yīng)用于抄表工作當(dāng)中，將傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)抄表方式改為自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表方式。為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，需要配備自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，一種方案是把用戶(hù)正在使用的電子式電能表?yè)Q成具有載波功能的電子式電能表，直接通過(guò)電力線(xiàn)把用戶(hù)的用電信息傳送到數(shù)據(jù)集中器中，再由數(shù)據(jù)集中器將各個(gè)用戶(hù)的用電信息經(jīng)以太網(wǎng)或用GPRS通信方式發(fā)送到抄表管理中心；另一種方案是不必更換用戶(hù)正在使用的電能表，只需把若干電能表的脈沖輸出線(xiàn)接到一塊載波抄表采集器上，用采集器接收這些電能表的用電信息，再用載波通信方式通過(guò)電力線(xiàn)將用電信息經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)集中器，最終傳遞到抄表管理中心。顯然前一種方案所用的設(shè)備投資要遠(yuǎn)大于后者，因而，載波抄表采集器的使用將為自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在電力行業(yè)的推廣普及提供了一種價(jià)格低廉而又切實(shí)可行的途徑。本文基于PL3105芯片研制成功的載波抄表采集器就是這種采集器之一。

硬件設(shè)計(jì)

載波抄表采集器是自動(dòng)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它能夠把一些用戶(hù)電能表的用電量，通過(guò)脈沖數(shù)據(jù)線(xiàn)采集到載波抄表采集器中，一方面將這些用電量存儲(chǔ)在采集器的存儲(chǔ)單元內(nèi)，以便于顯示和查詢(xún)；另一方面利用低壓電力線(xiàn)以載波通信方式把它們傳給遠(yuǎn)處的數(shù)據(jù)集中器。

本載波抄表采集器是根據(jù)微處理器PL3105在電力線(xiàn)載波通信方面所具有的優(yōu)越性能而設(shè)計(jì)的，成為一種具有數(shù)據(jù)采集、顯示、查詢(xún)以及遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ艿闹悄軆x器。它的硬件電路是由PL3105單元、脈沖采集單元、載波通信單元、紅外通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)顯示單元和電源單元等部分組成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。以下分別對(duì)部分單元的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

圖1 載波抄表采集器硬件結(jié)構(gòu)框圖

PL3105

PL3105是專(zhuān)為面向未來(lái)的開(kāi)放式自動(dòng)抄表、智能信息家電以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的單芯片片上系統(tǒng)，它采用8051指令兼容的高速微處理器，軟件易于開(kāi)發(fā),具有8/16位雙模式ALU、8倍速于標(biāo)準(zhǔn)51。尤其在電力線(xiàn)載波通信方面具有更大的優(yōu)勢(shì)，它的擴(kuò)頻通信單元是 PL2000 系列專(zhuān)用電力線(xiàn)載波通信集成電路的升級(jí)內(nèi)核，具有更強(qiáng)的抗干擾能力，更高的數(shù)據(jù)通信速率和更大的軟件可配置靈活性。

脈沖采集單元

采集單元設(shè)計(jì)了21個(gè)采集通道，可滿(mǎn)足住宅小區(qū)一個(gè)單元用戶(hù)的需要。在設(shè)計(jì)這部分電路時(shí)，為了增加載波抄表采集器對(duì)外界各種干擾的抵抗能力，采用光耦器件NEC2501來(lái)隔離采集器的內(nèi)、外信號(hào)，并為外部輸入脈沖信號(hào)提供獨(dú)立的電源供電。采集到的脈沖信號(hào)經(jīng)光耦器件轉(zhuǎn)換后，通過(guò)三態(tài)放大收發(fā)器MC74HC245送到微處理器PL3105的I/O接口，在PL3105內(nèi)對(duì)這些信號(hào)做出相應(yīng)的處理。

載波通信單元

載波通信采用直接序列擴(kuò)頻的BPSK調(diào)制解調(diào)方式：將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼序列擴(kuò)展到較寬的頻帶上，在接收端用同樣的偽隨機(jī)碼序列來(lái)進(jìn)行同步接收，恢復(fù)信息。載波通信的擴(kuò)頻、解擴(kuò)工作完全由SoC 內(nèi)部的硬件電路實(shí)現(xiàn)，解擴(kuò)閾值可以軟件調(diào)節(jié)。另外，需要配合外圍功率放大和接收回路等電路共同構(gòu)成載波通信的硬件部分。低壓電力載波通信結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。載波通信采用幀同步方式的串行移位通信，半雙工方式，速率500bps，中心頻率為120KHz，帶寬為