電力載波防盜報警系統中通信問題研究

張懷廣，宋風忠

ZHANG Huai-guang, SONG Feng-zhong

（職業技術學院，濮陽 457000）

0 引言

隨著社會經濟的日益發展，防盜成了人們越來越關心的問題。社會對報警器材的需求日益迫切。智能報警系統，是以保障安全為目的建立起來的技術防范系統。他包括以現代通信和電子技術及時發現侵進入破壞行為、產生聲光報警阻嚇罪犯以及提醒值班人員采取恰當的防范措施。本文介紹PIC單片機在10kV電網設備N型電力載波防盜報警系統中通信電路和程序設計。

1 系統設計思想與原則

1OkV電網設備N型電力載波防盜系統是指對間斷運行灌溉變壓器，保留一相1OkV高壓不斷電，這時空載功耗幾乎為零，而變壓器機芯對地就有電壓。利用電力載波對1OkV電網設備變壓器，三相高壓線設計防盜報警系統。該防盜系統有1O kV載波主機報警器、1OkV載波分機報警器、1OkV載波中繼機報警器、工業控制計算機組成。各報警器信息的通信是通過一相1OkV高壓電力線和PIC單片機串行口實現多機通信。通信電路設計研制過程中所遇到的主要問題有：1OkV電網載波阻抗的測試、阻抗匹配、載波傳送距離、信息載波與高壓電力線結合濾波抗干擾、一個串口被多個設備共享等問題。由于篇幅所限，主要討論后兩個問題。

2 信息載波與高壓電力線結合濾波抗干擾

通過1OkV高壓電力網現場進行波阻抗實際測試和電網的干擾、無線電臺干擾的測試等，我們采用窄帶結合濾波器傳輸報警信息。PIC單片機采集報警信息的編碼為1時，PIC單片機串行口高電平，調制頻率選擇122.5 kHz±0.5 kHz。編碼為0時，串行口低電平，調制頻率選擇131.5 kHz±0.5 kHz，實際現場測量噪聲干擾均不在此頻帶范圍內。設計1OkV窄帶結合濾波器[1]如圖1所示。

圖1 窄帶結合濾波器

1OkV窄帶結合濾波器主要是由1OkV高壓耦合電容C1(7nF/20kV)、高頻載波（中心127kHZ）諧振檢波電路T1 C3；L2 C2組成。信號經C1耦合，接收和發射高頻電力載波。M1和Ra1為高壓保護。GND1和高壓電容C1的接地端要可靠接大地。GND2與GND1不相接，提高結合濾波抗干擾能力。

3 通信電路設計

3.1 設計一個設備的串口被多種設備共享的電路系統

在10kV農電網設備防盜報警系統中的載波通信主要有載波主機與載波中繼報警器、載波分機報警器的通信，還有載波主機與PC機之間的通信，如圖2所示。

圖2 載波主機，中繼，分機和PC機之間的連接框圖

10 kV設備防盜系統對實時性要求不高（從信息采集到報警約1分鐘）而PIC單片機通信速度很快。為此，筆者對PIC16F73單片機上的一個串口采用分時復用技術即：載波主機上的串口先分配給載波中繼及分機報警器，當載波主機與載波中繼及分機報警器通信完畢，再將載波主機上的串口分配給PC機，這樣反復進行下去就可以解決用一片PIC系列單片機就能實現載波主機既能與載波中繼及分機報警器進行通信，同時又能與PC機進行通信的問題。串口的切換采用三態門電路，硬件原理圖如圖3所示。

圖3 載波主機串行口接法示意圖

載波主機和載波中繼及分機報警器采用半雙工通信，即同一時刻載波主機只能和某一臺載波中繼報警器或載波分機報警器進行通信.另一方面，載波主機與工控機之間采用全雙工通信.即載波主機既要把載波中繼及分機報警器傳給它的報警信息送給PC機，同時還要接收PC機發來的命令。圖3中的PIC16F73單片機的串口是由三態門電路控制的，即PIC16F73的PORT B的2個I/O管腳RB2和RB3控制的：當RB2=1、RB3=0時，PIC16F73的串口才能和載波中繼及分機報警器通信；當RB2=0、RB3=1時，PIC16F73的串口才能和PC機通信，在任意時刻RB2和RB3中只能有一個為高電平。載波主機采用中斷的方式分別接收載波中繼報警器及分機報警器和PC機發來的數據。下面介紹軟件的實現

3.2 編寫載波中繼報警器串口中斷接收數據處理程序

在設計10 kV線路設備防盜載波中繼報警器時，載波中繼報警器的單片機要和載波主機及載波分機報警器進行通信，載波中繼報警器與載波主機之間的通信數據和載波中繼報警器與載波分機報警器之間的通信數據是不同的，即它們的同步字不同。這就要求載波中繼報警器的中斷接收處理程序能區分接收是誰的通信數據。該中斷處理程序[2]的設計方法如下：

3.3 軟件及設置

為了平衡PC機端和PIC16F73單片機端的波特率，統一采用1200 bps，PIC16F73單片機設置如下：PIC16F73單片機的寄存器PIE1送20 H，使能串行口接收中斷，PORT C的方向寄存器trisc送90H使RC7、RC6作為RS232通信用，根據時鐘的速度1.8432 MHZ和所希望的波特率1200 bps，初始化SPBRG寄存器為17 H，TXSTA寄存器中的BRGH位也對波特率的設定有影響，初始化TXSTA為20H，表示PIC16F73的通用同步／異步接收／發送器USART工作于異步方式字符長度8位，一個停止位。考慮到到本系統的低波特率應能滿足傳輸的可靠性，故不設校驗位。由于篇幅所限，其他程序不再詳細討論了。

4 結論

作者在從事電力電子教學，電力設備防盜系統研制開發工作中，探討和解決了通過1OkV高壓電力網采用窄帶結合濾波器傳輸報警信息的波抗干擾問題，以及設計一個設備的串口被多種設備共享的電路，使得電力載波防盜報警系統產品在濮陽地區成功生產和應用，為保護農村灌溉變壓器做出了貢獻。

[1]P.格里維,黃鶴松,譯.高頻傳輸線的物理基礎[M].上海:上海科學技術出版社,l984.

[2]李學海.PIC單片機實用教程:提高篇[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.