基于LM1893的電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jiàn)效快，與電網(wǎng)建設(shè)同步等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)所有設(shè)備可就近、就地接入電力線，無(wú)需重新布線破壞建筑結(jié)構(gòu)及裝潢，具備適用于早期無(wú)通信系統(tǒng)的舊建筑以及不占用其他資源的特點(diǎn)；同時(shí)能夠巡檢用戶，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，利于查找事故原因。其缺點(diǎn)是僅限于單個(gè)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(jì)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(chǎng)熱點(diǎn)。作為一個(gè)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(wèn)題，例如消防報(bào)警系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)等。把各報(bào)警點(diǎn)信息集中起來(lái)統(tǒng)一處理，采用電力線載波通信有其無(wú)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(shí)間內(nèi)獲取相關(guān)報(bào)警信息以及定時(shí)巡檢用戶，根據(jù)需要可以采用電話聯(lián)系方式與上級(jí)報(bào)警中心聯(lián)系，完全可以彌補(bǔ)電力線載波通信存在的不足。本節(jié)以智能小區(qū)安全報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用為例，對(duì)基于LM1893的電力線載波通信系統(tǒng)作一介紹。
　　
　　一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　電力線載波通信即將載波通信信號(hào)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(guò)耦合電容進(jìn)行。此外，為了阻止載波通信信號(hào)流人各種電力設(shè)備，配置了扼流線圈。智能小區(qū)通信報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 - 157所示。

　　
　　二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　
　　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(jī)為主控單元，通過(guò)電力線載波芯片LM18 93實(shí)現(xiàn)與各用戶端通信、傳輸報(bào)警和巡檢信息。

　　
　　LM1893是美國(guó)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(shí)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(jì)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(duì)脈沖噪聲干擾設(shè)計(jì)的脈沖噪聲濾波電路接收數(shù)據(jù)，使接收信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍很寬，靈敏度極高，且干擾小；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，運(yùn)用基帶數(shù)據(jù)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的載波信號(hào)經(jīng)片內(nèi)功率驅(qū)動(dòng)器加到電力線上，進(jìn)行半雙工數(shù)據(jù)通信。
　　
　　語(yǔ)音電路用于報(bào)警提示，包括語(yǔ)音接口電路、語(yǔ)音處理組件以及話筒揚(yáng)聲器等。芯片選用ISD2500系列，外圍少，控制簡(jiǎn)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(dòng)作。該芯片集成了看門狗定時(shí)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(chǔ)話機(jī)號(hào)碼、系統(tǒng)設(shè)置等數(shù)據(jù)。
　　
　　1．通信接口設(shè)計(jì)
　　
　　LM1893與51單片機(jī)的接口電路如圖1- 159所示。采用51單片機(jī)為主控單元，通過(guò)LM1893芯片實(shí)現(xiàn)與各用戶端的通信、傳輸報(bào)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(dāng)處于高電平發(fā)送狀態(tài)時(shí)，由單片機(jī)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(hào)經(jīng)正弦波成形器、自動(dòng)電平控制電路及輸出功率放大器后輸出，經(jīng)過(guò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)以后，由高壓耦合電容送到電力線上。當(dāng)處于低電平接收狀態(tài)時(shí)，從電力線上來(lái)的信號(hào)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(hào)，經(jīng)三階RC濾波器和偏移抵消電路后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)比較器進(jìn)行整形，并由脈沖噪聲濾波器濾出信號(hào)中的脈沖干擾，從數(shù)據(jù)輸出端12腳輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。

　　
　　當(dāng)發(fā)生火警、盜警時(shí)，不僅要把報(bào)警信號(hào)及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)給中心主機(jī)，而且要對(duì)中心主機(jī)的巡檢作出反應(yīng)。為此，本節(jié)采用了兩種載頻來(lái)完成這兩種通信任務(wù)，以解決相互干擾問(wèn)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(guò)單片機(jī)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(shí)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(jī)的串行輸出、輸入端口相連接。單片機(jī)的Pl.0口為發(fā)送／接收控制端。
　　
　　LM1893初始化設(shè)置在接收?qǐng)?bào)警信號(hào)狀態(tài)，發(fā)生警情后，區(qū)域中心單片機(jī)一旦檢測(cè)到Pl.3口負(fù)跳變信號(hào)，便讀取LM1893的報(bào)警信息，發(fā)出報(bào)警。單片機(jī)上電復(fù)位后，將LM1893置于發(fā)送巡檢信號(hào)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(bào)警。
　　
　　2．通信軟件設(shè)計(jì)
　　
　　本系統(tǒng)利用單片機(jī)的多機(jī)通信功能通過(guò)串行工作方式實(shí)現(xiàn)區(qū)域報(bào)警中心與用戶間的通信。主機(jī)通過(guò)不同的地址幀和數(shù)據(jù)幀信號(hào)與多用戶實(shí)現(xiàn)一對(duì)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(zhǔn)確可靠，在本報(bào)警系統(tǒng)中采用了如下通信協(xié)議。

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

　　
　　其中
　　
　　如果DERR-1，則表示從機(jī)接收到非法命令；
　　
　　如果TRDY-1，則表示從機(jī)發(fā)送準(zhǔn)備就緒；
　　
　　如果RRDY=1，則表示從機(jī)接收準(zhǔn)備就緒。
　　
　?、馨l(fā)送數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為16字節(jié)。
　　
　　本節(jié)設(shè)計(jì)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(qiáng)的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能小區(qū)、商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)等單變壓器供電的局域網(wǎng)通信。