CEWayPL-III电力线载波模块及其应用

2006-05-07 15:50:05来源: 电子技术应用

    摘 要:介绍一种电力线载波模块CEWay PL-III的电力线载波收发器及其在所设计的远程抄表系统中的应用。由其构成的远抄系统可靠性高,误码率低,便于组网,所以很有使用价值。

    关键词: 电力线载波 扩频通信 CEBus标准

    目前,电能表远程抄表及远控系统越来越受到电力部门的重视。其远抄远控系统的关键技术之一为数据的传远,通过电力线载波通信传远有着无可比拟的优势,比如,采用原有的电力线作为通信媒质,节省大量的人力、物力和财力资源;电力线遍布城乡,组网方便;所采用的扩频技术具有很强的抗干扰和抗衰减能力等等。这些优点使得这种通信方式很有发展前途。

    目前已有几种用于电力线载波通信的模块或产品,但总的来说通信的可靠性较差。本文采用一种新器件CEWay PL-III,其内部有CEBus标准的物理层和数据链路层,联网非常方便,用它实现电力线载波通信收发器,用于电能远方抄表系统具有通信可靠性高,误码率低等优点。

    1 CEWay PL-III简介

    1.1 CEWay PL-III特性

    · CEBus电力线物理层

    · 以电力线为传输媒介的物理和编码子层

    · CEBus数据链路层

    · 在强干扰下,DSP能改善信号质量

    · 应答、非应答,地址、非地址服务

    · 串行或并行接口

    · 最多27组地址

    · 32管脚PLCC封装t1.gif (8292 字节)

    · 工业级温度范围

    1.2 CEWay PL-III的功能

    PL-III的功能框图如图1所示。CEWay PL-III 主要引脚及其说明如表1所示。

     2 电力线载波收发器硬件组成及其工作原理

    2.1 载波收发器硬件构成

    t2.gif (10645 字节)载波收发器构成框图如图2所示。为了上层协议和应用的需要,采用单片机89C2051作为载波收发器的主处理器,完成对PL-III的控制并与上位机或下位机的通信。

    2.2 工作原理

    载波收发器有三种工作状态:主处理器与电能表通信状态、主处理器与PL-III通信状态、准备状态。下面就这三种状态来说明系统的工作原理。

    · 主处理器与电能表通信状态

    在这种状态下,主处理器一方面接收来自智能多用户电能表的各户用电量数据,另一方面把接收到的控制信息如购电量、断电警示等送给电能表,电能表再根据这些信息进行相应的动作。

    · 主处理器与PL-III通信状态

    主处理器要向PL-III发送数据时,它先把要发送的数据按照规定的格式进行封装,成帧后,经P1口发送给PL-III。PL-III把收到的帧存入RAM中的发送缓冲区,如果线路空闲的话,就对数据进行编码、扩频、调制,再输出到前级放大器上进行电压放大。同时,从CEBAM输出一个控制信号,打开功放并使开关接通发送端,这样经过放大的信号就被送到滤波器进行滤波,之后,由耦合电路耦合到电力线上。

    当PL-III不向电力线上发送数据时,电子开关K与接收端接通。这时,电力线上的电能载波信号经耦合电路耦合过来,经过带通滤波器滤波、限幅去干扰送到PL-III的接收端。在PL-III内部把这扩频调制信号解调解扩、译码,DSP再对之进行纠错,然后由数据链路层送入RAM中的接收缓冲区。如果主处理器发出接收数据请求,那么,PL-III产生响应,把数据从RAM中取出来,经I/O口送到主处理器去。主处理器首先判断这组数据或控制命令是否是发给它的,如果是就接收,否则就再把它发出去。

    · 准备状态

    当系统所处的状态不是前两种时,那就是准备状态。在这种状态下,PL-III接收电力线上的信号,经过处理,存入RAM中的接收缓冲区。当接收帧的数目超过10组时,原来的帧将会被新的帧所覆盖。

   b2.gif (9184 字节) 3 载波收发器通信协议与软件

    3.1 数据格式与通信协议

    主处理器与PL-III的通信状态是由两个控制线(即初始形式)来决定的,对应关系如表2所示。

    不管主处理器处于何种通信状态,数据传输的格式是一样的。数据帧传输的格式如下所示:

    发送方:数据线<初始标识><数据段><和校验><接受校验状态>

  b3.gif (11339 字节)  控制线<初始形式><00><无关>

    接受方:数据线<接收发送方输出的数据><发送校验状态>

    控制线<接收发送方输出的控制信息><无关>

    数据帧要遵循一定的协议,具体的协议如表3、表4所示。

    3.2 时序与主流程图

    主处理器与PL-III通信过程分成三个阶段:同步阶段,发送阶段,校验阶段。通信的时序如图3所示。t5.gif (9810 字节)

    主程序框图如图4所示。

    4 电能表远抄集中管理系统的构成

    电能表远抄集中管理系统的构成如图5所示。该系统中多用户电能表是一种新型电子式电能表,它具有计量、通信等功能。电能表远抄集中管理由PC计算机完成。管理计算机与多用户电能表通讯通过电力线载波和公用电话网完成。电力线载波收发器由CEWay PL-III等器件构成,它是本文重点介绍的内容。

    5 实验结果

    我们在几种不同的环境下对载波收发器进行了测试,取得了比较满意的结果。依照CEBus标准编制的程序,在传输过程中,没有发现误码的存在。不同的测试环境下,数据通信成功的平均帧延迟时间与平均通信距离较大。表5是我们在非用电高峰期得到的测试结果。干扰强度与负载吸收是影响通信距离的两个主要因素。

 

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200605/2941.html
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