載波電流環(huán)通信硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　光伏發(fā)電組件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)</p><p>　　載波電流環(huán)通信硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本系統(tǒng)是在低壓電流環(huán)載波通信信道分析和調(diào)制解調(diào)器的基礎(chǔ)上以STC系列單片機(jī)為核心進(jìn)行研究的，并配以可靠的外圍電路，構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)載波電流環(huán)通信控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)為電流環(huán)載波通信系統(tǒng)，以CD4066

2、和CD4069為調(diào)制電路，其此通過放大電路，調(diào)制解調(diào)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的管理和信息的傳輸。芯片將其信號(hào)先放大，再通過調(diào)制解調(diào)和耦合電路使信號(hào)順利的通信。信息的發(fā)送與接收處于全雙工的工作模式，確保了信息在傳送過程中的準(zhǔn)確性和可靠性。該系統(tǒng)有很高的性價(jià)比，利用已有的電力線設(shè)施完成信息的傳遞。其優(yōu)點(diǎn)是基本上不受地理環(huán)境的限制，不必為信號(hào)的傳輸專門設(shè)置信道，實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用?？沙浞掷矛F(xiàn)有的資源，從而可以大大節(jié)約成本，因而具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和可行性；

3、同時(shí)，其傳輸質(zhì)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無線傳播。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)系統(tǒng)(最小系統(tǒng)，A//D轉(zhuǎn)換，EEPRAM，低電壓檢測(cè)）;電力線載波;電流環(huán);調(diào)制解調(diào) ····</p><p>　　Photovoltaic power generation module </p><p>　　monitoring system<

4、;/p><p>　　Carrier current loop communication </p><p>　　hardware design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This system is in low current ring carrier communicati

5、on channel analysis and modem on the basis of STC series single-chip microcomputer as the core of the study, and match with reliable peripheral circuit, constitute the microcomputer carrier current loop communication con

6、trol system.The system for current ring carrier communication system, in order to CD4066 and CD4069 for modulation circuit, its this through the amplification circuit, modulation demodulation circuit, realize the system

7、of man</p><p>　　Keywords: single chip microcomputer system ( minimum system, A//D conversion, EEPRAM, low voltage detection ); power line carrier, current loop modulation, demo···</p>&

8、lt;p>　　目 錄 </p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究背景1</p><p>　　1.2.1電力載波的研究1</p><p&g

9、t;　　1.2.2電力載波通信的意義2</p><p>　　1.2.3 電力載波的前景3</p><p><b>　　1.3本文工作3</b></p><p>　　2 載波電流環(huán)通信系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)硬件

10、設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)方案5</p><p>　　2.2.3 結(jié)構(gòu)框圖6</p><p>　　2.2.1軟件流程圖6</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　3.1 硬件設(shè)計(jì)模塊8</p><p>　　3.

11、3.1 主控核心芯片的作用介紹8</p><p>　　3.3.1.1 最小系統(tǒng)9</p><p>　　3.3.2調(diào)制電路模塊10</p><p>　　3.3.2.1 晶器振蕩電路設(shè)計(jì)圖11</p><p>　　3.3.2.2 2ASK（MC74HC4066D模擬開關(guān)調(diào)制器）調(diào)制電路13</p><p>　　3

12、.3.2.3放大器的功能與作用15</p><p>　　3.3.2.4 LM358放大器應(yīng)用芯片：16</p><p>　　3.3.3 電力載通信原理設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3.3.1載波電路環(huán)原理16</p><p>　　3.3.3.2 通信串口及其介紹17</p><p>　　3.3.4解調(diào)模塊

13、19</p><p>　　3.3.4.1比較器21</p><p><b>　　4 系統(tǒng)調(diào)試22</b></p><p>　　4.1 硬件電路調(diào)試23</p><p>　　4.2軟件系統(tǒng)的調(diào)試24</p><p>　　4.3綜合測(cè)試25</p><p>　　4.

14、4調(diào)試中出現(xiàn)的異常與分析26</p><p><b>　　5 結(jié)論27</b></p><p><b>　　附錄29</b></p><p><b>　　附錄I38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p>

15、<p><b>　　致謝48</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題研究背景</b></p><p>　　光伏電池發(fā)明以前，人類對(duì)太陽能的利用主要是光和熱。1939年法國(guó)科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料不同部位之間產(chǎn)生電位差，這

16、種現(xiàn)象即被稱之為“光伏效應(yīng)”。1954年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室兩位研究人員恰賓和皮爾松，根據(jù)這一原理首次研制成功實(shí)用的光電轉(zhuǎn)換效率為6％的單晶硅太陽能電池，人類從此進(jìn)入了將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的光伏發(fā)電歷程。于是，產(chǎn)生了太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。</p><p>　　隨這全球能源危機(jī)的到來，太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。隨著光伏發(fā)電的快速發(fā)展，對(duì)光伏系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集、能量調(diào)度與分配等也越來越越重要。由于光伏

17、系統(tǒng)的運(yùn)行一般是在無人值守的情況下運(yùn)行的，要對(duì)地域上廣泛分散的光伏系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)是十分困難、繁瑣的，需要大量的人力、物力。因此，采用電力線載波技術(shù)對(duì)光伏系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控具有十分重要的意義。</p><p>　　隨著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓電力線載波技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。近幾年，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出許多從事電力線載波技術(shù)研發(fā)的企業(yè)，其載波芯片在自動(dòng)抄表系統(tǒng)、報(bào)警和安全監(jiān)控系統(tǒng)、家居自動(dòng)化系統(tǒng)等發(fā)面有廣泛的應(yīng)用。目前

18、，我國(guó)的電力線載波通信現(xiàn)狀主要反映在載波頻率使用、設(shè)備技術(shù)和維護(hù)技術(shù)等三個(gè)方面。我國(guó)電力線載波頻率使用范圍為 40～500kHz，實(shí)際上，即使在這個(gè)頻段內(nèi)的頻率，要完全利用也是非常困難的。在低頻段，存在著阻波器在制作上的困難；在高頻段，易受廣播號(hào)的干擾，而且還要考慮線路對(duì)信號(hào)衰減的不均勻性等因素。而我們?cè)趯?duì)這有限的頻率安排使用上有很多地方做得并不好，造成了一方面是頻譜緊張，一方面又浪費(fèi)頻率資源?；谀M信號(hào)的載波機(jī)在抗干擾能力、可靠性等

19、方面還不夠完善。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，基于數(shù)字信號(hào)的電力線載波模塊的更新速度在不斷的加快。目前為止，電力線載波模塊的種類非常多。一直以來，電力線載波模塊的維護(hù)技術(shù)是比較落后的。雖然電力線載波模塊在不斷地更新，但是其維護(hù)方式仍然比較古老，并且在維護(hù)過程中使電路中斷的時(shí)間過長(zhǎng)。載波模塊的維護(hù)基本是在出現(xiàn)故障后才進(jìn)行，使得檢查和維護(hù)的工作量變大 。因此，為了減少</p><p>　　1.2.1電力載波的研究</p&

20、gt;<p>　　PLC電力線載波通信研究97年英國(guó)的Norweb通訊公司和加拿大Nortel(北電網(wǎng)絡(luò))利用開發(fā)的數(shù)字電力線載波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在低壓配電網(wǎng)上進(jìn)行的1Mbits的速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程通信并進(jìn)行了該技術(shù)市場(chǎng)推廣。隨后，許多國(guó)家研究機(jī)構(gòu)紛紛開展了高速電力線通信技術(shù)的研究和開發(fā)產(chǎn)品的傳輸速率也從1Mbits發(fā)展到2、14、24Mbits甚至更高。國(guó)際各大公司紛紛推出PLC調(diào)制解調(diào)芯片。其中以美國(guó)Intellon公司的1

21、4Mbits芯片應(yīng)用最為普遍且大部分電力線載波系統(tǒng)都是基于該芯片開發(fā)的。目前，電力線載波通信在歐洲發(fā)展比較快，歐盟為促進(jìn)電力線載波技術(shù)發(fā)展在2004年啟動(dòng)了OPERA的計(jì)劃。美國(guó)也不甘示弱在它倡導(dǎo)下成立了“家庭插電聯(lián)盟”致力于標(biāo)準(zhǔn)研究并發(fā)布了第一個(gè)PLC標(biāo)準(zhǔn)HomePlug1.0 。在高速PLC研究和推廣方面我國(guó)進(jìn)步較晚。從英國(guó)公司研究出高速PLC技術(shù)以后，我國(guó)研究機(jī)構(gòu)也開始對(duì)高速PLC研究。中國(guó)電力科學(xué)研究院采用國(guó)外芯片先后研究出可

22、以傳輸速率為2、14、45、200Mbits的低壓PLC產(chǎn)品以及14、45Mbits的中壓PLC產(chǎn)品。由于我們低壓配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、供電方式和國(guó)外</p><p>　　1.2.2電力載波通信的意義</p><p>　　電力線通信技術(shù)是指利用高壓電力線(通常指35KV及以上電壓等級(jí))、中壓配網(wǎng)電力線(指10KV電壓等級(jí))或低壓配電線(380/220V用戶線)作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)

23、據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻載波信號(hào)加載于電流，然后用電力線傳輸接收信息的適配器再把高頻載波信號(hào)從電流中分離出來以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。電力線通信并不是新技術(shù)已經(jīng)有著幾十年的發(fā)展歷史。在中高壓輸電網(wǎng)上通過電力線載波機(jī)利用較低的頻段(450KHz)以較低的速率傳送話音或遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)這是以往電力線載波通信的主要應(yīng)用。 電力線載波優(yōu)點(diǎn),電力線載波通信利用的是現(xiàn)有的電力基礎(chǔ)設(shè)施——電網(wǎng)這個(gè)傳輸媒介是全球覆蓋最大的網(wǎng)絡(luò)，用電力線做接入無

24、需新布線就可以用到有電的地方就有寬帶接入。不受地形、地貌的影響。投資少、施工期短、設(shè)備簡(jiǎn)單、可以同其他通信手段一起實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。電力線載波通信可靠性高，高壓輸電線結(jié)構(gòu)略固，高壓輸電線安全設(shè)計(jì)系數(shù)比光纖的安全設(shè)計(jì)系數(shù)高。具有等時(shí)性，只要高壓輸電線一架通，載波通道就開通了，輸電線架設(shè)到哪里載波通信線路就可以延伸到那里。目前我國(guó)110kV輸電線路上和35kV的農(nóng)網(wǎng)上還有大量的電力線載波機(jī)在運(yùn)行，</p><p>　　1

25、.2.3 電力載波的前景</p><p>　　載波電流環(huán)通信是用電流環(huán)作傳輸媒介的載波通信，不需另外架設(shè)通信線路，電流環(huán)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，作為通信媒介使用可靠性很高。電流環(huán)載波通信是光伏組件發(fā)電系統(tǒng)特有的一種通信方式，特別適用于以電力系統(tǒng)為主的各太陽能發(fā)電、變電和監(jiān)測(cè)站為對(duì)象的電力系統(tǒng)調(diào)度及在被保護(hù)的線路兩端間傳送保護(hù)信號(hào)的遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)。載波電流環(huán)傳輸頻率范圍，最低頻率由設(shè)備的傳輸性能及其費(fèi)用確定，最高頻率由傳輸衰減確定

26、。電力載波通信開始研發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品，并取得試驗(yàn)應(yīng)用。對(duì)于數(shù)據(jù)通信而言，電力線遠(yuǎn)不是一種理想的載體，電力通信環(huán)境非常惡劣，其中主要的問題在于噪聲和信號(hào)衰減。電力通信的噪聲主要來自于低壓電網(wǎng)相連的負(fù)載以及無線電廣播的干擾；而信號(hào)的衰減是與通信信道的物理長(zhǎng)度和低壓電網(wǎng)的阻抗匹配相關(guān)的。由于負(fù)載的開關(guān)會(huì)出現(xiàn)許多問題。而且，電力通信的噪聲和信號(hào)衰減是隨時(shí)間變化的，很難找到一個(gè)較為明確的解析式或數(shù)學(xué)模型加以描述，這些對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，這

27、也是嚴(yán)重影響通信質(zhì)量的主要技術(shù)障礙。并且電力載波是在并聯(lián)電路中使用，而是兩根線，本設(shè)計(jì)用一根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用單線串聯(lián)監(jiān)測(cè)傳輸，這只能用一根線進(jìn)行載波電流環(huán)的使用與串行通信。為此，本設(shè)計(jì)引</p><p><b>　　1.3本文工作</b></p><p>　　由于室內(nèi)機(jī)與室外機(jī)的距離比較遠(yuǎn)，兩個(gè)芯片之間的通信不能直接相連，因此中間必須增加驅(qū)動(dòng)電路，以增強(qiáng)通信信號(hào)，

28、抵抗外界的干擾。采用共八組電流環(huán)通信電路，可以以最低成本實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸在控制電路單元中,用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)將在單片機(jī)接受信號(hào)，信號(hào)通過調(diào)制放大，然后將信號(hào)載在電流環(huán)上，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)耐ㄐ烹娐?，信?hào)在電流環(huán)通信通道中通信，我們能通過串行通信來通信信號(hào)，因此載波電流環(huán)的主要工作是：</p><p>　　1.）能完成上位機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.）能完成調(diào)制電路的設(shè)計(jì)

29、</p><p>　　3.) 能完成解調(diào)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.）能完成下位機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2 載波電流環(huán)通信系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) </p><p>　　2.2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　太陽能光伏組件發(fā)電系統(tǒng)

30、由光伏板、電力線、匯流箱組成，光伏發(fā)電組件系統(tǒng)有八組，每一組上面有八個(gè)光伏板組成，每八個(gè)光伏板串聯(lián)在一條電力線上，八組串聯(lián)的光伏板并聯(lián)排列，并聯(lián)傳輸連接到匯流箱，因此構(gòu)成了光伏發(fā)電系統(tǒng)圖，每個(gè)光伏板通過采集信號(hào)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再將光伏板采集的電能串聯(lián)，然后給匯流箱，最終組成電流花。在匯流箱上通過接線端子連接負(fù)載。光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖2-1</p><p>　　圖 2-1光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖</p>

31、<p>　　光伏發(fā)電組電系統(tǒng)有八組，每一組上有八個(gè)光伏板，這八個(gè)光伏板串聯(lián)在一條電力線上，通過每一條電力線將采集的電壓和溫度進(jìn)行載波傳輸，然而每一個(gè)光伏板需要一個(gè)耦合電路和一個(gè)數(shù)據(jù)采樣終端，每個(gè)匯流箱上連接一個(gè)負(fù)載，這樣可以避免電流過大造成損壞，因此只需要一根電力線就形成了載波電流環(huán)。其如圖2-2</p><p>　　圖2-2光伏發(fā)電組電系統(tǒng)框圖</p><p>　　每一根電力線

32、組成的載波電流環(huán)是由上位機(jī)電路，調(diào)制解調(diào)電路，耦合電路和下位機(jī)電路組成。載波電流環(huán)先通過上位機(jī)發(fā)送信號(hào)，將其信號(hào)與振蕩電路信號(hào)通過放大器和4066雙向模擬開關(guān)組成的調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號(hào)通過耦合電路在電力線上傳輸，再由耦合電路通過解調(diào)電路，將信號(hào)給下位機(jī)電路，這就是載波電流環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。如圖2-3</p><p>　　圖2-3載波電流環(huán)框圖</p><p>　　2.2.2 設(shè)計(jì)方案&l

33、t;/p><p>　　載波電流環(huán)位于光伏發(fā)電組件陣列的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾獦蛄?，必不可少。載波電流環(huán)發(fā)送端接收到接收端的請(qǐng)求信號(hào)后，將數(shù)據(jù)通過載波電流環(huán)發(fā)送給接收端，接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，然后作出回應(yīng)信息。數(shù)據(jù)的發(fā)送和做出的回應(yīng)信息都是通過載波電流環(huán)來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　載波電流環(huán)是由單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，將發(fā)送的信號(hào)通過放大器和振蕩電路以及調(diào)制進(jìn)行調(diào)制，將調(diào)制的電路將信號(hào)

34、給耦合電路，耦合電路再將將信號(hào)進(jìn)行處理耦合，耦合后給解調(diào)電路，解調(diào)電路將數(shù)據(jù)信號(hào)從解調(diào)的信號(hào)中分離出來，還原該數(shù)據(jù)信號(hào)，再將其信號(hào)給單片機(jī)，這樣單片機(jī)就控制信號(hào)。</p><p>　　信號(hào)通過串行通信通道耦合到電流環(huán)上，然后通過電流環(huán)上的耦合電路對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理過的信號(hào)通過單片機(jī)發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)載波電流環(huán)的工作，這就是載波電流環(huán)。在控制上位機(jī)電路單元中,用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)低電壓信號(hào)的保護(hù)，以及單片機(jī)輸入輸出系

35、統(tǒng)的控制。載波電流環(huán)發(fā)送電路由耦合，電力線，磁環(huán)組成的電流環(huán)，當(dāng)通信處于室內(nèi)發(fā)送、室外接收時(shí)，信息不能遠(yuǎn)距離傳輸，因此電流環(huán)將接收到的信息通過自己傳輸過去。調(diào)制解調(diào)電路是由振蕩電路，放大電路，二極管，單片機(jī)，比較器組成的。振蕩器是不需要外信號(hào)激勵(lì)、自身講直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，通過對(duì)載波電流環(huán)通信系統(tǒng)的了解，設(shè)計(jì)出了載波電流環(huán)的電路圖，先通過在PERTUES中畫圖，在仿真中

36、實(shí)現(xiàn)載波電流環(huán)通信電路，融合了仿真效果后，在實(shí)際中做實(shí)物，通過實(shí)物來展示載波電流環(huán)通信。其首先要考慮信號(hào)的處理問題，先連接振蕩信號(hào)電路、單片機(jī)、放大電路，對(duì)采集來的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，再通過電流環(huán)的制作讓信號(hào)順利通過，在檢測(cè)信號(hào)是否正確，再對(duì)其信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的信號(hào)給單片機(jī)進(jìn)行處理。載波電流環(huán)上可以連接多個(gè)單片機(jī)，這些單片機(jī)除了有控制數(shù)據(jù)接收的功能，還有控制數(shù)據(jù)發(fā)送的功能，載波電流環(huán)將這些單片機(jī)串聯(lián)在一起構(gòu)成了一個(gè)回路，如果有一個(gè)單片機(jī)發(fā)

37、送了數(shù)據(jù)，那么其他單片機(jī)同時(shí)接收數(shù)據(jù)。載波電流環(huán)出現(xiàn)故障，可通過控制接受數(shù)據(jù)的單片機(jī)是否回應(yīng)信號(hào)來確認(rèn)故障的位置和原因。因此，載波電流環(huán)具有容易控制和監(jiān)測(cè)的功能。</p><p>　　2.2.3 結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　載波電流環(huán)是負(fù)責(zé)與單片機(jī)的通信，能同時(shí)接收多路電力載波通信。每一路電力載波均有獨(dú)立的收發(fā)系統(tǒng)。載波電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心。本文采用STC作為電力線載波專用調(diào)制、解調(diào)芯片

38、。需要配合外圍功率放大電路和接收回路才能工作，載波通信的距離與外圍電路設(shè)計(jì)優(yōu)劣、功率小等密切相關(guān)。傳來的載波信號(hào)由單片機(jī)接收，經(jīng)過預(yù)放大送到電流環(huán)，再送給單片機(jī)進(jìn)行處理。載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4</p><p>　　圖2-4載波通信的原理結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2.1軟件流程圖</p><p>　　在本系統(tǒng)中,軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用STC12C

39、5A60S2語言編寫。由于采用模塊化技術(shù),使系統(tǒng)程序更加簡(jiǎn)潔,占用內(nèi)存容量少。</p><p>　　系統(tǒng)軟件主要包括以下程序: </p><p>　　初始化程序,主要完成以下工作:初始化MCU、初始化LM393、初始化串行口; </p><p>　　(2)模/數(shù)轉(zhuǎn)換子程序,主要完成以下工作:ADC復(fù)位、控制字移入ADC,啟動(dòng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換、按先高位后低位接收數(shù)

40、據(jù)、按先低位后高位接收數(shù)據(jù)·開啟中斷; </p><p>　　電流環(huán)發(fā)送子程序,主要完成以下工作:設(shè)置串行口的工作方式、啟動(dòng)串行口的發(fā)送·等待中斷。 </p><p>　　軟件的主程序框圖如圖2-5</p><p>　　圖2-5軟件的主程序框圖</p><p>　　為了保證電流環(huán)通訊的順利進(jìn)行,本系統(tǒng)采用的通信協(xié)議

41、遵守《地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》,并且參照了DLT645協(xié)議。在載波通信的過程中,因?yàn)橥ㄐ欧绞綖榘腚p工方式,所以一定要有包含控制機(jī)制的傳輸協(xié)議,以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。</p><p><b>　　3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件設(shè)計(jì)模塊</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)主要由單片機(jī)主控單元和載波電流環(huán)電路和調(diào)制

42、解調(diào)電路三部分組成。</p><p>　　在控制電路單元,用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)低電壓信號(hào)的保護(hù)，以及單片機(jī)輸入輸出系統(tǒng)的控制。它使整個(gè)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)成為一個(gè)智能化的有機(jī)整體。單片機(jī)采用STC12C5A60S2，它包含了7個(gè)外部中斷，2個(gè)串口中斷，4個(gè)定時(shí)器，采用A/D轉(zhuǎn)換器，有8路數(shù)據(jù)端，采取雙工異步串行口，精度達(dá)到10位。在設(shè)計(jì)中，用到了STC12C5A60S2的T1定時(shí)器和串行口以及P1端口線。由于該單片機(jī)STC12

43、C5A60S2幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。上位機(jī)系統(tǒng)與調(diào)制解調(diào)電路連接，通過耦合電路將其信號(hào)放大解調(diào)，得到需要的信號(hào)。因此在硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程方面更加方便使用。然而單片機(jī)與調(diào)制解調(diào)電路的連接如圖 3-1所示；</p><p>　　圖3-1 硬件連接圖</p><p>　　3.3.1 主控核心芯片的作用介紹</p><p>

44、　　STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期（１Ｔ）的單片機(jī)，是高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾的新一代8951單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。</p><p>　　增強(qiáng)型　8051CPU，1T，單時(shí)鐘／機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051　

45、工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）</p><p>　　STC12C5A60S2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、程序存儲(chǔ)器(Flash)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗低電壓檢測(cè)及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。S

46、TC2C5A60S2系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。單片機(jī)信號(hào)是通過TXD發(fā)送，通過RXD接受。</p><p>　　STC12C5A60S2引腳圖如圖3-2，引腳功能見附錄 </p><p>　　圖3-2 STC12C5A60S2引腳圖</p><p>　　3.3.1.1 最小系統(tǒng)</p><p&

47、gt;　　在單片機(jī)外部只要增加時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng) ，時(shí)鐘電路 單片機(jī)系統(tǒng)中的各個(gè)部分是在一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制下有序地進(jìn)行工作，時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)最基本、最重要的電路。單片機(jī)的時(shí)鐘可由兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu) STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)

48、到250KHz（25萬次/秒）。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不須作為A/D使用的口可繼續(xù)作為IO口使用。 單片機(jī)ADC由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及ADC_CONTER構(gòu)成。 該單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次

49、比較邏輯，從最高位（MSB）開始，順序地對(duì)每一輸入電T 引腳上出現(xiàn)大于兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間的高電平即可引起單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位操作。復(fù)位后，單片機(jī)內(nèi)部各SFR的值也復(fù)位。單片 機(jī)的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。 在時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)完畢后，我們的單片機(jī)最小系統(tǒng)就做好了，現(xiàn)在單片機(jī)就可以正常工作了。</p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘電路如圖3-3</p><p><b>

50、　　圖3-3時(shí)鐘電路</b></p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位電路如圖3-4</p><p><b>　　圖3-4復(fù)位電路</b></p><p>　　在數(shù)字鐘、某些定時(shí)器和日歷鐘等類型的單片機(jī)系統(tǒng)中．當(dāng)主電源 DC5V 失去時(shí)，稱之為掉電。掉電后，單片機(jī)停止工作，時(shí)鐘也會(huì)停止，這種結(jié)果在許多場(chǎng)合是不希望的，為了保證單片機(jī)在主電壓失

51、去時(shí)仍然能夠保持運(yùn)行，通常就利用干電池對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行供電的辦法加以解決。單片機(jī)允許在電壓低至 2V 甚至更低的電壓供電時(shí)，仍能保證其最基本運(yùn)行 ( 對(duì)外部輸入輸出功能將會(huì)失效或越來越高，所需要的掉電保護(hù)電流就會(huì)越大。</p><p>　　注意：掉電保護(hù)的電流大小，還與單片機(jī)的晶體頻率的高低以及程序軟件的編寫有關(guān)，因 為電池對(duì)單片機(jī)供電時(shí)，雖然電池供電不能通過 D2 反向?qū)ǖ狡渌骷墓补╇娋€路上 ．但是

52、，單片機(jī)的其他輸出端口卻會(huì)通過其他器件消耗電流，造成保護(hù)電流很大．大大縮短電池保護(hù)的工作時(shí)間.</p><p>　　3.3.2調(diào)制電路模塊</p><p>　　調(diào)制解調(diào)電路是由振蕩電路，放大電路，二極管，單片機(jī)，比較器組成的。而調(diào)制模塊是由振蕩電路，放大電路，4066調(diào)制電路組成。調(diào)制電路模塊框圖如圖3-4</p><p>　　圖3-4 調(diào)制模塊框圖</p&g

53、t;<p>　　振蕩電路的振蕩器是不需要外信號(hào)激勵(lì)、自身講直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。本實(shí)驗(yàn)的核心部分為RC和LC振蕩電路。采用4069放大，而RC和LC振蕩回路反饋。形成低頻載波振蕩電路。放大器能對(duì)振蕩器輸入端所加的輸入信號(hào)予以放大使輸出信號(hào)保持恒定的數(shù)值。正反饋電路保證向振蕩器輸入端提供的反饋信號(hào)是相位相同的，只有這樣才能使振蕩維持下去。選頻網(wǎng)絡(luò)則只允許某個(gè)特定頻率 f 0 能通過，使振蕩器產(chǎn)生單一頻率的輸出。振蕩器

54、振蕩器振蕩器振蕩器能不能振蕩起來并維持穩(wěn)定的輸出是由以下兩個(gè)條件決定的；一個(gè)是反饋電壓 u f 和輸入電壓 U i 要相等，這是振幅平衡條件。二是 u f 和 u i 必須相位相同，這是相位平衡條件，也就是說必須保證是正反饋。一般情況下，振幅平衡條件往往容易做到，所以在判斷一個(gè)振蕩電路能否振蕩，主要是看它的相位平衡條件是否成立。</p><p>　　“放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入

55、信號(hào)來控制另一個(gè)能源，使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號(hào)。放大的對(duì)象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。一般溫度變化引起的工作點(diǎn)不穩(wěn)定、電路元器件參數(shù)誤差造成的放大特性的變化等，都可以看作是一種共模信號(hào)，放大電路對(duì)上述變化有良好的適應(yīng)性，能保持工作狀態(tài)和放大特性有較高的穩(wěn)定度.. 因而被廣泛地應(yīng)用于各種電路中。低頻小信號(hào)放大電路是常用的實(shí)用電路，電路中既有線性元件，又有非線性元件，而且直流、交流并存于電路中，因此在分析和設(shè)計(jì)電路時(shí)較為復(fù)

56、雜。疊加定理把線性電路中多個(gè)電源作用分解成各個(gè)電源的單獨(dú)作用，然后進(jìn)行代數(shù)和疊加。屬于非線性元件的半導(dǎo)體晶體管工作在低頻小信號(hào)，近似作為線性元件使用。應(yīng)用疊加定理分析和設(shè)計(jì)低頻小信號(hào)放大電路，抓住主要，忽略次要，使問題變得既容易、簡(jiǎn)單又明確低頻小信號(hào)放大電路的用途非常廣泛，它能夠把微弱電信號(hào)增強(qiáng)到所要求的值。低頻小信號(hào)放大電路的用途非常廣泛，它能夠把微弱電信號(hào)增強(qiáng)到所要求的值。調(diào)制解調(diào)電路見附錄I</p><p>

57、;　　3.3.2.1 晶器振蕩電路設(shè)計(jì)圖</p><p>　　晶體振蕩器簡(jiǎn)稱晶振，能夠提供高精度和高穩(wěn)定度的振蕩信號(hào)，被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。</p><p>　　晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生

58、振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，需要外接電路，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器,內(nèi)含IC電路，加上電壓就會(huì)振蕩起來。諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，LC 諧振器等。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)中都有個(gè)計(jì)時(shí)電路，盡管一般使用“時(shí)鐘”這個(gè)詞來表示這些設(shè)備，但它們實(shí)際上并不是通常意義的時(shí)鐘，把它們稱為計(jì)時(shí)器(timer)可能更恰當(dāng)一點(diǎn)。計(jì)算機(jī)的計(jì)時(shí)器通常是一個(gè)精密

59、加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內(nèi)以一定的頻率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個(gè)寄存器與每個(gè)石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個(gè)計(jì)數(shù)器(counter)和一個(gè)保持寄存器(holdingregister)。石英晶體的每次振蕩使計(jì)數(shù)器減1。當(dāng)計(jì)數(shù)器減為0時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)中斷，計(jì)數(shù)器從保持計(jì)數(shù)器中重新裝入初始值。晶振在電氣上可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中

60、較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那</p><p><b&g

61、t;　　圖3-5振蕩電路圖</b></p><p>　　CD4069是一種高輸入阻抗器件，就是反相放大器，容易受外界干擾造成邏輯混亂或出現(xiàn)感應(yīng)靜電而擊穿場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。雖然器件內(nèi)部輸入端設(shè)置了保護(hù)電路。但使用4069的。CD4069中未使用的非門的輸入端{(lán)9}、{11}、{13}腳均接到Vss接地端以作保護(hù)。CD4069管腳如圖3-6</p><p>　　圖3-6 CD40

62、69管腳</p><p>　　CD4069 是由六個(gè)COS/MOS反相器電路組成，此器件主要用作通用反相器，即用于不需要中功率TTL驅(qū)動(dòng)和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。 CD4069提供了14引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4種封裝形式。</p><p><b>　　推薦工作條件： </b></p>&

63、lt;p>　　電源電壓范圍…………3V～15V </p><p>　　輸入電壓范圍…………0V～VDD </p><p>　　3.3.2.2 2ASK（MC74HC4066D模擬開關(guān)調(diào)制器）調(diào)制電路</p><p>　　模擬雙向開關(guān)CD4066的引腳功能如圖3-7。每個(gè)封裝內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的模擬開關(guān),每個(gè)模擬開關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子,其中輸入端和輸出端可互

64、換。當(dāng)控制端加高電平時(shí),開關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開關(guān)截止。模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí),導(dǎo)通電阻為幾十歐姆;模擬開關(guān)截止時(shí),呈現(xiàn)很高的阻抗,可以看成為開路。模擬開關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào),可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開關(guān)間的串?dāng)_很小,典型值為－50dB。 </p><p>　　圖3-7 4066的管腳圖</p><p>　　CD4066是四雙向模擬開關(guān)，主要

65、用作模擬或數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。CD4066由四個(gè)相互獨(dú)立的雙向開關(guān)組成，每個(gè)開關(guān)有一個(gè)控制信號(hào)端，開關(guān)可以相互獨(dú)立地開斷，互補(bǔ)影響。這種結(jié)構(gòu)消除了開關(guān)晶體管閾值電壓隨輸入信號(hào)的變化，因此在整個(gè)工作信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較低。CD4066引出端排列與CC4016一致，但具有比較低的導(dǎo)通阻抗。另外，導(dǎo)通阻抗在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)基本不變。與單通道開關(guān)相比，具有輸入信號(hào)峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗比較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。但若應(yīng)用于

66、采保電路，仍推薦CD4016。當(dāng)模擬開關(guān)的電源電壓采用雙電源時(shí)，例如 =﹢5V， =﹣5V（均對(duì)地0V而言），則輸入電壓對(duì)稱于0V的正、負(fù)信號(hào)電壓（﹢5V～﹣5V）均能傳輸。這時(shí)要求控制信號(hào)C=“1”為+5V，C=“0”為-5V，否則只能傳輸正極性的信號(hào)電壓。</p><p>　　圖3-8 CD4066芯片連接圖</p><p>　　CD4066電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示</p>

67、<p>　　2ASK信號(hào)與模擬調(diào)制中的AM信號(hào)類似。所以，對(duì)2ASK信號(hào)也能夠采用非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)和相干解調(diào)(同步檢測(cè)法)，其相應(yīng)原理方框圖如圖3-9所示。2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-9 2ASK調(diào)制框圖</p><p>　　圖3-10 解調(diào)波形</p><p>　　3.3.2.3放大器的功能

68、與作用</p><p>　　LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。 </p><p>　　LM358該型號(hào)，市場(chǎng)上比較常見，在各大網(wǎng)站上，搜索比較頻繁，價(jià)格一直相對(duì)平穩(wěn)。有些分析人士，還把該型號(hào)歸類為電源電路，因?yàn)樗褂梅秶?/p>

69、較寬。</p><p>　　引腳功能如圖3-11所示;</p><p>　　圖3-11 LM358引腳功能</p><p>　　LM358的特點(diǎn): . 內(nèi)部頻率補(bǔ)償. 低輸入偏流. 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流. 共模輸入電壓范圍寬，包括接地. 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍. 直流電壓增益高(約100dB) . 單位增益頻帶寬(約1MHz) .

70、電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?3—30V)；. 雙電源(±1.5 一±15V). 低功耗電流，適合于電池供電. 輸出電壓擺幅大(0 至Vcc-1.5V) </p><p><b>　　參數(shù)</b></p><p>　　輸入偏置電流45 nA</p><p>　　輸入失調(diào)電流50 nA</p><p>

71、　　輸入失調(diào)電壓2.9mV</p><p>　　輸入共模電壓最大值VCC~1.5 V</p><p><b>　　共模抑制比80dB</b></p><p>　　電源抑制比100dB</p><p>　　本穩(wěn)壓器的核心器件采用LM358它主要由供電、基準(zhǔn)電壓、電壓取樣比較等組成。LM358將信號(hào)放大還可以進(jìn)行信號(hào)的比較來

72、使信號(hào)達(dá)到要求。</p><p>　　3.3.2.4 LM358放大器應(yīng)用芯片：</p><p>　　LM358應(yīng)用芯片的連接框圖如圖3-12，LM358放大芯片通過管腳1,2,4來連接電阻在接地，電路的大小決定放大的倍數(shù)，電阻R20和R21我們用的是1K和1K的電阻，使信號(hào)放大兩倍，管腳3連接單片機(jī)TXD發(fā)送數(shù)據(jù)端口并且管腳1還是LM358的輸出端，管腳8連接電源。</p>

73、<p>　　圖3-12 芯片的連接框圖</p><p>　　3.3.3 電力載波通信原理設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.3.1載波電路環(huán)原理</p><p>　　載波電流環(huán)發(fā)送電路由耦合，電力線，鐵石環(huán)組成的電流環(huán)，當(dāng)通信處于室內(nèi)發(fā)送、室外接收時(shí)，信息不能遠(yuǎn)距離傳輸，因此電流環(huán)將接收到的信息通過自己傳輸過去。載波電流環(huán)考慮電流的大小，電力線的長(zhǎng)度與耦合

74、的圈數(shù)，這是否能達(dá)到信號(hào)的要求，線的長(zhǎng)度和耦合數(shù)是計(jì)算的結(jié)果，并且要考慮耦合線是否合格。電流環(huán)常被用來遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，傳輸信號(hào)和傳輸能量。在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)常常采用電壓的方式傳輸，高壓低電流，這樣能有效減少熱能耗散。而對(duì)于信號(hào)，在傳輸過程中衰減，由高電平減到了低電平。所以需要有效的監(jiān)聽，確保正確傳輸。用電流環(huán)傳輸信號(hào)，相當(dāng)于增加了負(fù)反饋（類似于閉環(huán)控制）。它的反饋可以利用傳輸?shù)木€，只要兩根線。</p><p>　　電

75、流環(huán)抗干擾性能較好，光電耦合器也常用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送。在傳送中光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)電源相互獨(dú)立，形成電流環(huán)路的傳送形式。由于電流環(huán)電路是低阻抗電路，它對(duì)噪音的敏感度低，因此提高了通訊系統(tǒng)的抗干擾能力。常用于有噪音干擾的環(huán)境下作遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。當(dāng)系統(tǒng)傳輸距離不同時(shí)，線路上的等效電阻也不一樣，所以每個(gè)系統(tǒng)的電流環(huán)結(jié)構(gòu)不一定完全相同。這主要體現(xiàn)為環(huán)路電阻的取值。</p><p>

76、;　　載波電流環(huán)通信原理圖如圖3-13</p><p>　　圖3-13載波電流環(huán)通信原理圖</p><p>　　電力線載波通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。在電力線載波通信系統(tǒng)中最基本的一項(xiàng)任務(wù)就是根據(jù)通信信道的不同選擇不同的調(diào)制方式。本章主要介紹電力線載波通信中的數(shù)字調(diào)制方式，重點(diǎn)介紹本設(shè)計(jì)中所采用的二進(jìn)制頻移鍵控（BFSK）調(diào)制方式和直接序列擴(kuò)

77、頻方式。電力線載波模塊由載波耦合電路、信號(hào)發(fā)送電路（信號(hào)功率放大電路和輸出功率控制電路） 、濾波接收單元（接收濾波電路和解調(diào)電路） 、電力線載波擴(kuò)頻通信芯片 PLCI36-III-E 等組成，信號(hào)發(fā)送部分由信號(hào)功率放大電路和輸出功率控制電路組成，其作用是將電力線載波擴(kuò)頻通信芯片發(fā)出的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大，以便順利地注入電力線中。</p><p>　　3.3.3.2 通信串口及其介紹</p><p&

78、gt;　　隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通信功能越來越顯的重要。這里所說的通信是只計(jì)算機(jī)與外界的信息交換。因此，通信既包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間，也包括計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的信息交換。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息，所用的傳輸線少，并且可以借助現(xiàn)成的電話網(wǎng)進(jìn)行信息傳送，因此，特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。對(duì)于那些與計(jì)算機(jī)相距不遠(yuǎn)的人－機(jī)交換設(shè)備和串行存儲(chǔ)的外部設(shè)備如終端、打印機(jī)、邏輯分析儀、磁盤等，采用串行方式交換數(shù)據(jù)也很普

79、遍。在實(shí)時(shí)控制和管理方面，采用多臺(tái)微機(jī)處理機(jī)組成分級(jí)分布控制系統(tǒng)中，各CPU之間的通信一般都是串行方式。所以串行接口是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的接口。許多外設(shè)和計(jì)算機(jī)按串行方式進(jìn)行通信，這里所說的串行方式，是指外設(shè)與接口電路之間的信息傳送方式，實(shí)際上，CPU與接口之間仍按并行方式工作。</p><p>　　1 串行通信的數(shù)據(jù)傳輸概念如圖3-14</p><p><b>　　圖3-14數(shù)據(jù)

80、傳輸</b></p><p>　　所謂“串行通信”是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間使用一根數(shù)據(jù)信號(hào)線(另外需要地線,可能還需要控制線),數(shù)據(jù)在一根數(shù)據(jù)信號(hào)線上一位一位地進(jìn)行傳輸，每一位數(shù)據(jù)都占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。如圖1-1所示。這種通信方式使用的數(shù)據(jù)線少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本，當(dāng)然，其傳輸速度比并行傳輸慢。 由于CPU與接口之間按并行方式傳輸，接口與外設(shè)之間按串行方式傳輸，因此，在串行接口中，必須要有“

81、接收移位寄存器”（串→并）和“發(fā)送移位寄存器”（并→串）。典型的串行接口的結(jié)構(gòu)如圖3-15</p><p>　　圖3-15串行接口的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在數(shù)據(jù)輸入過程中，數(shù)據(jù)1位地從外設(shè)進(jìn)入接口的“接收移位寄存器”，當(dāng)“接收移位寄存器”中已接收完1個(gè)字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器”進(jìn)入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”。CPU從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中讀取接收到的字符。（并行讀取，即D7~D

82、0同時(shí)被讀至累加器中）?！敖邮找莆患拇嫫鳌钡囊莆凰俣扔伞敖邮諘r(shí)鐘”確定。 在數(shù)據(jù)輸出過程中，CPU把要輸出的字符（并行地）送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器”，“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”，然后由“發(fā)送移位寄存器”移位，把數(shù)據(jù)1位地送到外設(shè)?！鞍l(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時(shí)鐘”確定。 接口中的“控制寄存器”用來容納CPU送給此接口的各種控制信息，這些控制信息決定接口的工作方式?！盃顟B(tài)寄存器”的各位稱為“狀態(tài)位”，每一個(gè)狀態(tài)位

83、都可以用來指示數(shù)據(jù)傳輸過程中的狀態(tài)或某種錯(cuò)誤。例如，用狀態(tài)寄存器的D5位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空，用D0位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”，用D2位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。 串行通訊的</p><p>　　基本概念：與外界的信息交換稱為通訊?；镜耐ㄓ嵎绞接胁⑿型ㄓ嵑痛型ㄓ崈煞N。一條信息的各位數(shù)據(jù)被同時(shí)傳送的通訊方式稱為并行通訊。并行通訊的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)位同時(shí)傳送，傳送速度快、效率高，但有多少數(shù)據(jù)位就需多少數(shù)據(jù)線

84、，因此傳送成本高，且只適用于近距離（相距數(shù)米）的通訊。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，傳輸按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工；信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工；信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工。串行通訊又分為異步通訊和同步通訊

85、兩種方式。在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。 MCS_51單片機(jī)有一個(gè)全雙工串行口。全雙工的串行通訊只需要一根輸出線和一根輸入線。數(shù)據(jù)的輸出又稱發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD），數(shù)據(jù)的輸入又稱接收數(shù)據(jù)（RXD）。串行通訊中主要有兩個(gè)技術(shù)問題，一個(gè)是數(shù)據(jù)傳送、另一個(gè)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)傳送主要解決傳送中的標(biāo)準(zhǔn)、格式及工作方式等問題。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)換。具體</p><p><b>　　3.3.4解調(diào)模塊</

86、b></p><p>　　檢波（也稱解調(diào)）二極管的作用是利用其單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號(hào)中的低頻信號(hào)或音頻信號(hào)取出來廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、電視機(jī)及通信等設(shè)備的小信號(hào)電路中其工作頻率較高處理信號(hào)幅度較弱。在檢波電路中調(diào)幅信號(hào)加到檢波二極管的正極這時(shí)的檢波二極管工作原理與整流電路中的整流二極管工作原理基本一樣利用信號(hào)的幅度使檢波二極管導(dǎo)通，檢波電路輸出信號(hào)由音頻信號(hào)、直流成分和高頻載波信號(hào)三種

87、信號(hào)成分組成。檢波電路輸出信號(hào)的平均值是直流成分它的大小表示了檢波電路輸出信號(hào)的平均幅值大小檢波電路輸出信號(hào)幅度大其平均值大這一直流電壓值就大反之則小。當(dāng)檢波二極管開路和短路時(shí)，都不能完成檢波任務(wù)。</p><p>　　對(duì)兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行比較，以確定它們是否相等，或確定它們之間的大小關(guān)系及排列順序稱為比較。 能夠?qū)崿F(xiàn)這種比較功能的電路或裝置稱為比較器。 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。比

88、較器的兩路輸 入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。因此，也可以將其當(dāng)作一個(gè)1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。運(yùn)算放大器在不加負(fù)反饋時(shí)從原理上講可以用作比較器，但由于運(yùn)算放大器的開環(huán)增益非常高，它只能處理輸入差分電壓非常小的信號(hào)。而且，一般情況下，運(yùn)算放大器的延遲時(shí)間較長(zhǎng)，無法滿足實(shí)際需求。比較器經(jīng)過調(diào)節(jié)可以提供極小的時(shí)間延遲，但其頻響特性會(huì)受到一定限制。為避免輸出振蕩，許多比較器還帶有內(nèi)部滯回電路。

89、比較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。比較器的兩路輸入為模擬信號(hào)，輸出則為二進(jìn)制信號(hào)，當(dāng)輸入電壓的差值增大或減小時(shí)，其輸出保持恒定。從這一角度來看，也可以將比較器當(dāng)作一個(gè)1位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運(yùn)算放大器。電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小(用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系)</p><p>　　解調(diào)電路中的檢波二極管的作用&

90、lt;/p><p>　　檢波（也稱解調(diào)）二極管的作用是利用其單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號(hào)中的低頻信號(hào)或音頻信號(hào)取出來廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、電視機(jī)及通信等設(shè)備的小信號(hào)電路中其工作頻率較高處理信號(hào)幅度較弱。檢波電路輸出信號(hào)的平均值是直流成分。它的大小表示了檢波電路輸出信號(hào)的平均幅值大小，檢波電路輸出信號(hào)幅度大，其平均值大，這一直流電壓值就大，反之則小。這一直流成分在收音機(jī)電路中用來控制一種稱為中頻放大器的

91、放大倍數(shù)也可以稱為增益稱為AGC自動(dòng)增益控制電壓。AGC電壓被檢波電路輸出端耦合電容隔離不能與音頻信號(hào)一起加到后級(jí)放大器電路中而是專門加到AGC電路中。檢波電路輸出信號(hào)中還有高頻載波信號(hào)，這一信號(hào)無用通過接在檢波電路輸出端的高頻濾波電容C1被濾波到地端。從檢波電路中可以看出高頻濾波電容C1接在檢波電路輸出端與地線之間由于檢波電路輸出端的三種信號(hào)其頻率不同加上高頻濾波電容C1的容量取得很小這樣C1對(duì)三種信號(hào)的處理過程不同。對(duì)于直流電壓而

92、言電容的隔直特性使C1開路。所以檢波電路輸出端的直流電壓不能被C1旁路到地線。對(duì)于檢波二極管不能用測(cè)量直流電壓的方法來進(jìn)行檢測(cè)因這種二極管不工作在直流電壓中所以</p><p>　　3.3.4.1比較器 </p><p>　　LM393是高增益,寬頻帶器件,像大多數(shù)比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合,則很容易產(chǎn)生振蕩.這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí),輸出電壓過渡的

93、間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問題,標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的.減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號(hào),而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩.除非利用滯后,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號(hào)是脈沖波形,并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快,則滯回將不需要.  比較器的所有沒有用的引腳必須接地

94、.  LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.0~30V無關(guān).  通常電源不需要加旁路電容。 差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件.保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過-0.3V. LM393的輸出部分是集電極開路,發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管,可以用多集電極輸出提供或OR 功能.輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上,不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出&

95、lt;/p><p>　　LM393主要特點(diǎn)如下：●工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:±1～±18V；●消耗電流小，Icc=0.8mA；●輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV；●共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；●輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；●輸出可以用開路集電極連接“或”門；LM393引腳圖及內(nèi)部框圖3-1

96、6</p><p>　　采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）</p><p>　　圖3-16 LM393引腳圖及內(nèi)部框圖</p><p>　　LM393引腳功能排列表表一：</p><p>　　在解調(diào)模塊中還有放大電路，LM358放大芯片通過管腳1,2,4來連接電阻再接地，電阻的大小決定放大的倍數(shù)，電阻

97、R20和R21我們用的是1K和6K的電阻，使信號(hào)放大六倍，管腳3連接單片機(jī)TXD發(fā)送數(shù)據(jù)端口并且管腳1還是LM358的輸出端，管腳8連接電源。信號(hào)通過電流環(huán)后，在LM358放大器中將信號(hào)放大六倍，這個(gè)放大器的管腳功能和調(diào)制模塊的放大器的管腳功能相同，只是電阻的大小變了，那么放大倍數(shù)就不同，這里是六倍，調(diào)制模塊的放大倍數(shù)是兩倍，調(diào)制模塊的LM358的3管腳接單片機(jī)的RXD，這解調(diào)模塊放大器的3管腳接解調(diào)信號(hào)。</p><

98、;p><b>　　4 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　4.1 硬件電路調(diào)試 </p><p>　　(1) 載波芯片的測(cè)試</p><p>　　為整個(gè)電路提供供電電壓，以使載波模塊正常工作，用示波器測(cè)量STC12C5A60</p><p>　　引腳的波形，若波形正常則證明載波芯片可能是完好的，需要做進(jìn)一步的測(cè)

99、試。然后測(cè)量455kHz（12 引腳）的波形圖如圖所示4.1，波形正常則證明載波芯片是完好的。如圖4.2</p><p>　　圖4-1 基波波形圖</p><p>　　圖4-2 調(diào)制波形圖</p><p>　?。?) 最小系統(tǒng)的測(cè)試</p><p>　　首先應(yīng)該確認(rèn)電源電壓是否正常。用電壓表測(cè)量接地引腳跟電源引腳之間的電壓，看是否是電源電壓

100、，例如常用的5V。接下來就是檢查復(fù)位引腳電壓是否正常。分別測(cè)量按下復(fù)位按鈕和放開復(fù)位按鈕的電壓值，看是否正確。然后再檢查晶振是否起振了，一般用示波器來看晶振引腳的波形，注意應(yīng)該使用示波器探頭的“X10”檔。另一個(gè)辦法是測(cè)量復(fù)位狀態(tài)下的IO口電平，按住復(fù)位鍵不放，然后測(cè)量IO口（沒接外部上拉的P0口除外）的電壓，看是否是高電平，如果不是高電平，則多半是因?yàn)榫д駴]有起振。另外還要注意的地方是，如果使用片內(nèi)ROM的話（大部分情況下如此，現(xiàn)在已

101、經(jīng)很少有用外部擴(kuò)ROM的了），一定要將EA引腳拉高，否則會(huì)出現(xiàn)程序亂跑的情況。有時(shí)用仿真器可以，而燒入片子不行，往往是因?yàn)镋A引腳沒拉高的緣故（當(dāng)然，晶振沒起振也是原因之一）。經(jīng)過上面幾點(diǎn)的檢查，一般即可排除故障了。如果系統(tǒng)不穩(wěn)定的話，有時(shí)是因?yàn)殡娫礊V波不好導(dǎo)致的。在單片機(jī)的電源引腳跟地引腳之間接上一個(gè)0.1uF的電容會(huì)有所改善。如果電源沒有濾波電容的話，則需要再接一個(gè)更大濾波電容，例如220uF的。遇到系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，就可以并上電容試試

102、（越靠近芯片越好）。</p><p>　　調(diào)制解調(diào)集成電路的測(cè)試 </p><p>　　首先用示波器對(duì) 4066 的 16 引腳進(jìn)行測(cè)試，如果波形正常則證明接收電路相應(yīng)的電子器件正常。其次用示波器對(duì)4066 的 1 引腳進(jìn)行測(cè)試，如果波形正常證明載波芯片與 4066 間的濾波電路正常。然后對(duì) 4066 的 3 引腳、5 引腳、9 引腳、11引腳、13 引腳分別進(jìn)行測(cè)試，波形正常則證明調(diào)制解

103、調(diào)集成電路部分正常。若中間出現(xiàn)不正常的波形，主要檢查陶瓷濾波器是否正常工作。 由于發(fā)送端的電路相對(duì)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易。所以發(fā)送端的電路可靠性高一些，只需對(duì)</p><p>　　變壓器的原邊的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行測(cè)試即可。調(diào)試解調(diào)電路見附錄I</p><p>　　4.2軟件系統(tǒng)的調(diào)試</p><p>　　調(diào)試是軟件開發(fā)遠(yuǎn)程過程中不可缺少的重要階段。 統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試三Ｅ要是通

104、過軟件仿真的方式或通過處理器硬件調(diào)試手段來完成。計(jì)算機(jī)器微型純、高速嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的調(diào)試手段是其高昂的開發(fā)維護(hù)費(fèi)用較長(zhǎng)的時(shí)鐘周期，于是近軟件調(diào)試就成為嵌入式系統(tǒng)調(diào)試的重要手段。為了給系統(tǒng)開發(fā)人員提供靈活方便的調(diào)試界面，調(diào)試器運(yùn)行在ＰＣ機(jī)（本地調(diào)試機(jī)）上的應(yīng)用程序，技調(diào)試的程序行于基于特定硬件平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)（機(jī)）。嵌人式系統(tǒng)中還存在一個(gè)監(jiān)控程序。ＰＣ機(jī)和嵌入式系統(tǒng)通過串口或ＵＳＢ相連。嵌入式系統(tǒng)開機(jī)對(duì)自動(dòng)運(yùn)行監(jiān)控程穿，監(jiān)

105、控程序負(fù)責(zé)初始他串口或并口的中斷服務(wù)程序、單步中斷服務(wù)程序的初始化“及調(diào)試中用到的INT３中斷服務(wù)程序的初始化。串日或并口的中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)和ＰＣ機(jī)交換數(shù)據(jù)及對(duì)被調(diào)試程序設(shè)計(jì)和恢復(fù)斷點(diǎn)，．INT３中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)向Ｐｃ機(jī)傳送被調(diào)試程序運(yùn)行的斷點(diǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)以及對(duì)被調(diào)試程序設(shè)置和恢復(fù)斷點(diǎn)。被調(diào)試程序在ＰＣ視上編譯和鏈接、分析EXE文件后下載到嵌人式系統(tǒng)，然后通過凋試器進(jìn)行調(diào)試。這種調(diào)試方式稱為遠(yuǎn)程交叉調(diào)試。控制臺(tái)程序可以調(diào)用另一個(gè)控制系統(tǒng)并完

106、成輸入輸出重定向。我們通過中介工具程序并隨時(shí)</p><p><b>　　如圖4.3</b></p><p><b>　　圖4-3調(diào)試程序圖</b></p><p><b>　　4.3綜合測(cè)試</b></p><p>　　系統(tǒng)的各分項(xiàng)工程完成后，最后要進(jìn)行系統(tǒng)的連機(jī)統(tǒng)調(diào)。首先要

107、制定好統(tǒng)調(diào)方案，按照預(yù)定的方案檢查系統(tǒng)的運(yùn)行是否正常、系統(tǒng)及各種參數(shù)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)間的通信是否暢通，與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的設(shè)備控制是否靈活，有時(shí)要反復(fù)調(diào)整多次，才能使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)。 設(shè)備安裝調(diào)試過程中，參加安裝和調(diào)試的人員要認(rèn)真做好各項(xiàng)記錄，包括單機(jī)、子系統(tǒng)和系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)的各種記錄測(cè)試結(jié)果等。 為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠程度，還要進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行試驗(yàn)，確認(rèn)系統(tǒng)在功能方面的完備性、可靠性、并做好系統(tǒng)試運(yùn)行記錄。這些記錄均是工程驗(yàn)收和日后維修、維