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1、以电力线作为载波信道的分布式单片机系统通信一、引言随着计算机通信的迅速发展,各种通信系统不断涌现。本文介绍一种利用编解码电路的可编址性及硬件查错功能,以电力线作为载波信道的分布式单片机系统通信方式,该系统具有信息传输稳定、可靠性高、抗干扰性和抗衰减性强、成本低的特点。二、编解码芯片简介本系统的编解码电路所用芯片为ED5026 和ED5027 ,下面简单介绍这两种芯片。1. 编码电路芯片编码电路芯片ED5026 的管脚图如图2 所示,8条地址线A0A7 ,可构成28 = 256 个地址码;4 位数据线D0 D3 ,当ED5026 的使能端TE 为低电平时,其8 位地址信息及4 位数据信息从OUT
2、 脚串行发送出去。2. 解码芯片解码芯片ED5027 也具有A0 A7 8 条地址线。当解码芯片的8 条地址线的设定情况与IN 脚收到的地址信息和数据信息连续两帧完全相同时,解码输出标志VT 输出一由低变高的脉冲信号,同时将发送来的数据锁存在D0 D3 上。这样就可以利用硬件配合软件实现自动查错重发,使系统的通信具主机的编码器ED5026 的8 条地址线A0A7 直接与单片机89C51 的低8 位地址线相连,主机可分别构成256 个地址,即可控制256 个分机。ED5026的数据线D0D3 与锁存器74LS373 的输出端Q0 Q3 相连,锁存器的输入D0D3 直接与89C51 的4 位数据线
3、相连。TE 使能端由P3. 4 控制,当TE 为低电平时, ED5026 将从OUT 端串行输出地址及数据信息,经过电力线接口电路调制到电力线上,进行传输。在软件设计上必须先送出地址和数据信息,再使TE 变为低电平,以防数据尚未稳定就发送出,造成误码。(2) 主机接收电路主机接收电路如图3 上半部分所示。主机接收电路主要由解码芯片ED5027 完成,把解码器ED5027 的地址线A0 A7 接成固定地址,即为55H ,因此分机发送编码芯片的地址也必须为55H。当分机发送信息连续两帧相同时,在ED5027的状态输出端VT 将出现一个由低变高的脉冲,此信号反相后送到89C51 的P3. 2端口上,
4、以使89C51 查有很高的可靠性。三、收发电路的工作原理1. 主机收发电路原理(1) 主机发送电路主机发送电路如图3 下半部分所示。询此信号或产生中断,决定是否读取数据D0 D3 ,状态输出信号VT 仅在对方发出信号期间有效,与发送端TE 相对应。2. 分机收发电路原理(1) 分机接收电路分机接收电路原理如图主机发来的信号经电力线载波传输到分机解码电路ED5027 的输入端IN。分机地址由A0A7 外接8 位DIP 开关,一共可形成256 个不同的地址码。主机发送的地址码与分机一致并连续收到两帧相同的信息时,状态输出端VT 出现正跳变脉冲,被分机查询或产生中断,读取数据D0 D3 ,收到主机发
5、来的命令或数据。(2) 分机发送电路分机发送电路原理如图5 上半部分所示。分机发送的数据D0D3 经89C51 的数据口P0. 0P0. 3 输出,经锁存器锁存,数据稳定后,由P3. 4 发一低电平,使TE 有效,数据便从OUT 端输出。由于主机的收信地址为55H ,各分机的发信地址码也应为55H。四、电力线载波通信电路低压电力线载波通信的基本原理如图7 所示。发送数据时,发送机先将数据调制在一个高频载波再耦合至电力线上。因为耦合信号只有几伏,其载波为几百千赫兹的高频信号,所以不会对电力线路造成不良的影响。接收方则在电力线路中通过解调电路分离出原数据。1. 电力线调制解调器低压电力线是专为传输
6、50 Hz 的工频电能而铺设的,故其特性较难直接满足载波通信的要求。这主要体现在2 个方面:一是电力网络的阻抗特性及其线路衰减,制约了信号的传输距离;二是电力线路上的噪音干扰,制约了信号的传输质量。因此为达到稳定通信的效果,在本系统中我们选用了欧洲ST公司的电力载波调制解调芯片ST7536。ST7536芯片有28 个引脚; 属于半双工、同步的FSK MO2DEM ,它具有发送和接收2 种工作模式。由于在其内部采用了硬件数字滤波,因此对通信频带外的干扰有较好的抑制能力,而且其接收灵敏度和抗干扰能力都较高。2. 电力线接口电路电力线接口连接着ST7536 芯片和低压电力线,图8 是根据ENEL 规
7、范设计的一种电力线接口电路。在发送模式下,电力线接口把来自ST7536 芯片ATO 的发送信号进行放大和滤波。缓冲区的作用是保护ST7536 ,并且驱动电力线接口中的下一个部件。低通滤波器(LPF) 的作用是抑制谐波。滤波后的信号被送入功率放大器,这个功率放大器通过转换器来驱动阻抗为1100 Ω 的电力线。此外,放大器也进行频段滤波,来抑制发送信号的二次谐波。在接收模式下,转换器从电力线上取得信号,在预放大器中进行放大,再送给ST7536 的接收输入引脚RAI。这种模式下,为了避免功率放大器的低输出阻抗所造成接收信号的衰减,关闭缓冲器和功率放大器。五、结束语用编解码集成电路构成的以电力线作为载波信道的通信系统,其抗衰减和抗干扰性能较强,造价较低,结构简单,同时可靠性和扩展性较高。参考文献1 曹志刚,等. 现代通信原理M . 北京:清华大学出版社,1994.2 王立宁,等. MATLAB 与通信仿真M . 北京:人民邮电出版社,2000.3 朱明珏,张福民. 电力线MODEM芯片ST7536J . 单片机与嵌入式系统应用,2001 , (7) .