基于LM1893的電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計方案

　　電力線載波通信以電力線路為傳輸通道，具有通道可靠性高，投資少，見效快，與電網(wǎng)建設(shè)同步等優(yōu)點。系統(tǒng)所有設(shè)備可就近、就地接入電力線，無需重新布線破壞建筑結(jié)構(gòu)及裝潢，具備適用于早期無通信系統(tǒng)的舊建筑以及不占用其他資源的特點；同時能夠巡檢用戶，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，利于查找事故原因。其缺點是僅限于單個變壓器供電范圍內(nèi)的管理，超出變壓器供電范圍的設(shè)計復(fù)雜，成本較高。
　　
　　隨著入們生活水平的提高，智能大廈、智能小區(qū)已成為市場熱點。作為一個綜合性的系統(tǒng)工程，它包含許多小系統(tǒng)，各家各戶、每一房間也存在鋪設(shè)通信線路問題，例如消防報警系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)等。把各報警點信息集中起來統(tǒng)一處理，采用電力線載波通信有其無法比擬的優(yōu)越性。由于小區(qū)本身具有社區(qū)服務(wù)、保安中心，可在第一時間內(nèi)獲取相關(guān)報警信息以及定時巡檢用戶，根據(jù)需要可以采用電話聯(lián)系方式與上級報警中心聯(lián)系，完全可以彌補電力線載波通信存在的不足。本節(jié)以智能小區(qū)安全報警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用為例，對基于LM1893的電力線載波通信系統(tǒng)作一介紹。
　　
　　一、系統(tǒng)簡介
　　
　　電力線載波通信即將載波通信信號調(diào)制在輸電線路上。載波通道的衰減特性類似于架空　　明線，即頻率越高，其衰減越大，因而傳輸頻段一般選在40～500 kHz范圍內(nèi)（為中頻段），電力線與端局的耦合通過耦合電容進行。此外，為了阻止載波通信信號流人各種電力設(shè)備，配置了扼流線圈。智能小區(qū)通信報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 - 157所示。

　　
　　二、系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　區(qū)域控制中心硬件電路框圖如圖1 - 158所示。中心設(shè)備采用51單片機為主控單元，通過電力線載波芯片LM18 93實現(xiàn)與各用戶端通信、傳輸報警和巡檢信息。

　　
　　LM1893是美國National SEMIcon-ductor公司生產(chǎn)的高性能專用電力線載波通信芯片，可實現(xiàn)可靠的半雙工電力線數(shù)據(jù)通信。LM1893含有數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)的全部功能，只要設(shè)計出控制單元及線路耦合變壓器，即可構(gòu)成電力線載波通信系統(tǒng)。由于采用基于鎖相環(huán)的解調(diào)器和針對脈沖噪聲干擾設(shè)計的脈沖噪聲濾波電路接收數(shù)據(jù)，使接收信號的動態(tài)范圍很寬，靈敏度極高，且干擾?。话l(fā)送數(shù)據(jù)時，運用基帶數(shù)據(jù)對載波進行調(diào)制，調(diào)制后的載波信號經(jīng)片內(nèi)功率驅(qū)動器加到電力線上，進行半雙工數(shù)據(jù)通信。
　　
　　語音電路用于報警提示，包括語音接口電路、語音處理組件以及話筒揚聲器等。芯片選用ISD2500系列，外圍少，控制簡單，可根據(jù)需要分組錄放并預(yù)置播放次數(shù)。
　　
　　看門狗電路選用X25045，以防止數(shù)據(jù)丟失和CPU誤動作。該芯片集成了看門狗定時器、電源監(jiān)控電路及EE PROM三部分，可編程操作，可靠性高，功耗低，內(nèi)含512字節(jié)的EE PROM，用于存儲話機號碼、系統(tǒng)設(shè)置等數(shù)據(jù)。
　　
　　1．通信接口設(shè)計
　　
　　LM1893與51單片機的接口電路如圖1- 159所示。采用51單片機為主控單元，通過LM1893芯片實現(xiàn)與各用戶端的通信、傳輸報警和信息巡檢。LM1893[5]電路的工作狀態(tài)由發(fā)送／接收引出端TX/RX控制。當處于高電平發(fā)送狀態(tài)時，由單片機送出的串行數(shù)據(jù)經(jīng)LM1893的17腳送人內(nèi)部調(diào)制器，產(chǎn)生控制電流，控制輸出三角波的電流，控制振蕩器工作頻率。其輸出信號經(jīng)正弦波成形器、自動電平控制電路及輸出功率放大器后輸出，經(jīng)過LC選頻網(wǎng)絡(luò)以后，由高壓耦合電容送到電力線上。當處于低電平接收狀態(tài)時，從電力線上來的信號經(jīng)高壓耦合電容和變壓器T組成的耦合電路從LM1893的10腳送人內(nèi)部平衡限幅放大器，經(jīng)鎖相環(huán)路解調(diào)，得出包含載波的高次諧波、噪聲及直流分量的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)三階RC濾波器和偏移抵消電路后的信號再經(jīng)過比較器進行整形，并由脈沖噪聲濾波器濾出信號中的脈沖干擾，從數(shù)據(jù)輸出端12腳輸出數(shù)據(jù)信號。

　　
　　當發(fā)生火警、盜警時，不僅要把報警信號及時、準確地發(fā)給中心主機，而且要對中心主機的巡檢作出反應(yīng)。為此，本節(jié)采用了兩種載頻來完成這兩種通信任務(wù)，以解決相互干擾問題。LM1893的1、2腳為電流控制振蕩器的外接電容端，用于控制電流振蕩器的振蕩頻率。因此，本節(jié)通過單片機的Pl.1口，根據(jù)通信種類控制載波電容2的接入與斷開，實現(xiàn)兩種載頻的切換，確保通信數(shù)據(jù)可靠。LM1893調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)的輸入、輸出端分別與單片機的串行輸出、輸入端口相連接。單片機的Pl.0口為發(fā)送／接收控制端。
　　
　　LM1893初始化設(shè)置在接收報警信號狀態(tài)，發(fā)生警情后，區(qū)域中心單片機一旦檢測到Pl.3口負跳變信號，便讀取LM1893的報警信息，發(fā)出報警。單片機上電復(fù)位后，將LM1893置于發(fā)送巡檢信號狀態(tài)，接收用戶端返回的巡檢結(jié)果。若出現(xiàn)異常情況，則接通報警。
　　
　　2．通信軟件設(shè)計
　　
　　本系統(tǒng)利用單片機的多機通信功能通過串行工作方式實現(xiàn)區(qū)域報警中心與用戶間的通信。主機通過不同的地址幀和數(shù)據(jù)幀信號與多用戶實現(xiàn)一對一的通信，程序框圖如圖1 - 160所示。

　　
　　3．通信協(xié)議
　　
　　為確保通信的準確可靠，在本報警系統(tǒng)中采用了如下通信協(xié)議。

　　①主機發(fā)送的控制命令代碼（發(fā)送時TB8=0）為：
　　
　　OOH:要求從機接收數(shù)據(jù)塊；
　　
　　O1H:要求主機發(fā)送數(shù)據(jù)塊。
　　
　?、诘刂稦FH（發(fā)送時TB8 -1）是對所有從機都起作用的命令，命令所有從機恢復(fù)到
　　
　　SM2-1狀態(tài)，準備重新接收主機發(fā)送的地址。
　　
　　③從機狀態(tài)字格式為：

　　
　　其中
　　
　　如果DERR-1，則表示從機接收到非法命令；
　　
　　如果TRDY-1，則表示從機發(fā)送準備就緒；
　　
　　如果RRDY=1，則表示從機接收準備就緒。
　　
　?、馨l(fā)送數(shù)據(jù)塊長度為16字節(jié)。
　　
　　本節(jié)設(shè)計的電力線載波通信系統(tǒng)由于具備數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)功能和與電力線的連接功能，并且包含了濾出電力線所特有的脈沖噪聲的濾波器的LM1893集成電路，故可用于借助電力線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)，具有成本低，工作方式靈活、可靠，抗干擾能力強的特點，可廣泛應(yīng)用于智能小區(qū)、商業(yè)網(wǎng)點等單變壓器供電的局域網(wǎng)通信。