基于電力線(xiàn)載波芯片ST7538實(shí)現(xiàn)TTU通信模塊的設(shè)計(jì)

電力線(xiàn)載波通信技術(shù)出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期，它以電力線(xiàn)路為傳輸通道，具有可靠性高、投資少、見(jiàn)效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)。電力線(xiàn)載波又分為高壓電力線(xiàn)載波(電力線(xiàn)載波中通常指35 kV及以上電壓等級(jí))、中壓電力線(xiàn)載波(10 kV電壓等級(jí))和低壓電力線(xiàn)載波(380/220 V電壓等級(jí))。

1 、配變監(jiān)測(cè)終端通信模塊的硬件設(shè)計(jì)

1.1配電自動(dòng)化對(duì)TTU通信的要求

根據(jù)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，配變監(jiān)測(cè)終端TTU對(duì)上應(yīng)能與配電子站或主站進(jìn)行通信，將終端采集的實(shí)時(shí)信息上報(bào)，同時(shí)接收子站/主站下達(dá)的各種控制命令，對(duì)下要求可與附近的配變監(jiān)測(cè)終端(TTU)或其他智能設(shè)備進(jìn)行通信。因此，對(duì)配變監(jiān)測(cè)終端通信功能的要求比較嚴(yán)格，無(wú)論通信方式、通信協(xié)議、通信接口都要滿(mǎn)足配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，主要包括：

(1)通信的可靠性：配變監(jiān)測(cè)終端的通信應(yīng)能抵制惡劣的氣候條件，如雨、雪、冰雹和雷陣雨，還有長(zhǎng)期的紫外線(xiàn)照射、強(qiáng)電磁干擾等。

(2)較高的性?xún)r(jià)比：考慮通信系統(tǒng)的費(fèi)用，選擇費(fèi)用和功能及技術(shù)先進(jìn)性的最佳組合，追求最佳性?xún)r(jià)比。

(3)配電通信的實(shí)時(shí)性：電網(wǎng)故障時(shí)TTU快速及時(shí)地傳送大量故障數(shù)據(jù)，配變監(jiān)測(cè)終端的通信系統(tǒng)必須具有雙向通信的能力，具有半雙工或全雙工的能力。

(4)通信方式的標(biāo)準(zhǔn)化及通用性：配變監(jiān)測(cè)終端的通信系統(tǒng)包括發(fā)送器、接收器。使用中常常需要與其他配電設(shè)備進(jìn)行通信，因此應(yīng)盡量選擇具有通用性、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的通信方式及設(shè)備，便于使用和維護(hù)。

1.2 TTU通信模塊的構(gòu)成

1.2.1 通信模塊的整體框圖

TTU的通信模塊整體框圖如圖1所示。

基于電力線(xiàn)載波芯片ST7538實(shí)現(xiàn)TTU通信模塊的設(shè)計(jì)接口通過(guò)電力線(xiàn)接收來(lái)自主站的命令信息，經(jīng)過(guò)濾波放大后，命令經(jīng)過(guò)解調(diào)送到控制器，然后控制器通過(guò)串口將主站命令發(fā)送給數(shù)據(jù)采集與處理模塊。數(shù)據(jù)采集與處理模塊根據(jù)接收到的主站命令對(duì)配電變壓器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)分析處理后，將數(shù)據(jù)信息通過(guò)串口發(fā)送給通信模塊的控制器，再經(jīng)過(guò)調(diào)制，最后經(jīng)由接口發(fā)送到電力線(xiàn)上，等待主站接收。

1.2.2 電力線(xiàn)載波芯片的選擇

在電力線(xiàn)載波通信中，電力線(xiàn)載波芯片起著至關(guān)重要的作用，它直接影響到信息的準(zhǔn)確傳送，因此電力線(xiàn)載波芯片的選擇是十分重要的。

XR2210/XR2206套片或LM1893是比較早的電力線(xiàn)載波芯片。XR2210/XR2206是一組FSK方式的調(diào)制解調(diào)芯片，并不是專(zhuān)門(mén)針對(duì)電力線(xiàn)載波通信設(shè)計(jì)的。LM1893是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的modem芯片，采用FSK調(diào)制解調(diào)方式，它只是對(duì)一般FSK調(diào)制解調(diào)芯片稍作改進(jìn)，目前，這兩款modem芯片在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有采用。SSC P300是Intellon公司采用現(xiàn)代最新通信技術(shù)設(shè)計(jì)的電力線(xiàn)載波modem芯片。它采用了擴(kuò)頻(Chirp方式)調(diào)制解調(diào)技術(shù)、現(xiàn)代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的CEBus協(xié)議，可稱(chēng)為智能modem芯片，體現(xiàn)了modem芯片的發(fā)展趨勢(shì)。但它是Intellon公司按北美地區(qū)頻率標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)特性，特別針對(duì)家庭自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的。頻率范圍100 kHz“400 kHz，電網(wǎng)電壓480 Y/277 Vac、208 Y/120 Vac、60 Hz，不適合我國(guó)50 Hz電網(wǎng)頻率。ST75xx芯片是SGS-THOMSON公司專(zhuān)為電力線(xiàn)載波通信而設(shè)計(jì)的modem芯片。由于它是專(zhuān)用modem芯片，所以除有一般modem芯片的信號(hào)調(diào)制解調(diào)功能外，還針對(duì)電力線(xiàn)應(yīng)用加入了許多特別的信號(hào)處理手段，目前，在國(guó)內(nèi)電力線(xiàn)載波抄表領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

本文選用SGS-THOMSON公司的電力線(xiàn)載波芯片ST7538，它是在 ST7536、ST7537基礎(chǔ)上推出的一款為家庭和工業(yè)領(lǐng)域電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信而設(shè)計(jì)的半雙工、同步/異步FSK調(diào)制解調(diào)器芯片。ST7538內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過(guò)串行通信，可以方便地與微處理器相連接，內(nèi)部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，只要通過(guò)耦合變壓器等少量外部器件即可連接到電力網(wǎng)中，可以在噪聲頻帶很寬的信道環(huán)境下實(shí)現(xiàn)可靠通信。ST7538還提供了看門(mén)狗、過(guò)零檢測(cè)、運(yùn)算放大器、時(shí)鐘輸出、超時(shí)溢出輸出、+5 V電源和+5 V電源狀態(tài)輸出等，大大減少了ST7538應(yīng)用電路的外圍器件數(shù)量，是一款功能強(qiáng)大、集成度很高的電力載波芯片，為家庭和工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采取了多種抗干擾技術(shù)。