智能电网课程设计报告-智能抄表硬件设计方案 下载本文

扫频的模拟波形。当三态信号TS被置高时,此波形经缓冲后从SO管脚输出。以上即为调制过程,解调过程是相反的过程,模拟通信信号首先从其SI管脚进入P300,然后由缓冲放大器放大,放大后的信号通过一个一位的模拟/数字转换器(A/D),转化为数字信号,以便于对信号进行数字信号处理(DSP),对输入信号的数字信号处理使用一个匹配相关滤波器以检测扩频载波波形。然后载波监测信息和媒介状态信息从DSP部分传输到DLL的微处理器,以便于将分组解码,协议功能和最终的分组传输到主处理器。

P300与电力线的接口由输出滤波、放大电路和输入滤波、放大电路及电力线耦合电路构成。模拟信号是通过信号入(SI)和信号出(SO)管脚在P300与交流电力线之间进行传输的。

在发送模式下,扩频载波“chirps”从P300的SO管脚传输到输出滤波器,然后输入到输出放大器,此放大器由P300的三态信号(TS)来决定其是否工作。一旦信号被放大,则输出信号通过媒介耦合电路传输到媒介中去。在接收模式下,模拟通讯信号通过外部媒介耦合电路传输到输入滤波器,此带通滤波器可通过频率为100KHz到400KHz的信号,经放大后传输到P300的SI管脚。

4.1.1电力线耦合电路

此电路主要是将信号由电力线接进来。由于电力输送工作在50Hz,相对于载波频率来说是低频率,故先将在信号进来之前进行高通滤波处理,然后通过12:12的线圈将信号耦合进来。为防止瞬间过载对设备造成损害,在线圈的电力线一侧增加防高压元件,而在设备一侧增加稳压电路。

图4-3电力线耦合电路

变压器T1为100KHz~400KHz的扩频载波信号提供了一个线性的传输功能;电容C1限制了变压器电流以免变压器铁心的饱和;电阻R1在设备与电力线断接

以后可对C1进行放电,因而减轻了C1中存储的高压而带来的对设备的损坏和破坏;稳压二级管W1和W2可用来钳制加在SSC P300模拟支持电路上的电压;而金属氧化压敏电阻M1则可以在电力线瞬间高压下提供保护。

4.1.2输入滤波电路

输入滤波电路是一前置带通滤波器,主要是把载波信号从耦合电路进来的较宽的信号中,按特定的带宽范围提取出来,送往后级电路处理。

图4-4输入滤波电路

4.1.3输入缓存和瞬间高压保护电路

经过滤波后的输入信号要经由下图中Q1、R4~R7组成的晶体管放大器进行缓存。此放大器的信号增益为20dB,之所以定位这个值是因为它可以提供峰—峰值为1mV的灵敏电压。而其它的增益值尽管可以提高接收的灵敏度,但同时降低了抗噪声干扰的能力。图中R3,R4两个电阻为放大器设置了直流工作点,将SSC P300的SI管脚输入的直流电压设置为电源电压的一半。二极管D3用来做温度补偿以稳定放大器的直流工作点。而二极管D1、D2将加在SSC P300 SI管脚的信号钳制在电源提供的电压范围内,这也为SSC P300提供了额外的瞬间高压保护。

图4-5输入缓存和瞬间高压保护电路

4.1.4 输出电路

这部分电路主要是把要发送的信号进行功率放大,并在三态开关打开期间,通过高压耦合电路耦合到电力线上。在发送模式下,P300 内部产生的“chirps”波形的信号输出到 SO 管脚,在进行功率放大之前先对信号进行预滤波。

图4-6输出电路

4.1.5 SSC P111 功率放大电路

成功发送的距离取决于功率放大器的驱动能力、电力线特性和接收机的灵敏度。由于电力线特性无法控制,而要提高接收机的灵敏度代价又很高,因此通常都是靠提高发送功率来完成的。故我们采用了Intellon公司的P111专用芯片把要发送到电力线上的SSC信号进行放大。P111电力线媒介接口芯片为电力线的收发器提供了输出功率放大器和输出三态开关的功能。其中,输出功率放大器满足EIA-600 CEBus标准中关于输出到普通阻抗和低阻抗电力线时所指定的电压值,而且它还提供了过温保护装置以提高系统的可靠性。

图 4-7 SSC P111 功率放大电路

4.1.6 SSC P300 其它接口电路 (1)时钟接口

SSC P300 的晶振输出管脚(XOUT)和晶振输入管脚(XIN)将片上振荡器与外部 12MHz 的晶振相连。另外,还需要一个1M欧姆的电阻(R17)与晶振并联,以及晶振两端与地之间各一个30pF的电容。

图4-8时钟接口电路

(2)电源

整个电路需要两个外部电源。一个+5V直流电源,其标准电流为30mA,用于SSC P300;另外一个+10V直流电源VAA,其标准电流为250mA,用于外部放大器。虽然外部放大器的电压需要直流11V,但是一般使用9V或10V直流电源。SSC P300的数字(VDDD)和(VDDA)电源必须进行隔离,使得信号从芯片的数字部分传输到模拟部分时,将噪声的漏值降到最小。上图中由R19、C19组成的滤波器可将SSC P300的模拟电源(+5VA)隔离,由 R18、C17组成的滤波器可将SSC P300的数字电源(+5VD)隔离。而晶体管缓存电路Q1为了使SSC P300信号输入脚的噪声耦合降到最小,也由+5V提供电源。

4.2 GSM模块

GSM无线调制解调模块是传统调制解调器与GSM无线移动通信系统相结合的一种终端设备。GSM模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT Command接口提供了一种移动台(MS)与数据终端设备(DTE)之间的通用接口。GSM07.05对短消息作了详细的规定。在模块接收到网络发来的短消息时,能够通过串口发送指示信息,同时数据终端设备也可以向模块发送