以電力線作為載波信道的分布式單片機系統的通信方式分析

武德慶

（鹽城生物工程高等職業技術學校 鹽城 224051）

0 引言

單片機已經成為了我們生活中不可缺少的一部分，你可以在我們生活的各個角落找到它的身影，在高科技領域，從宇宙航天裝置到國家的導彈武器裝置再到飛機的儀表控制裝置等；在生活中和我們密不可分的計算機通訊網絡到轎車的安全保障系統再到家庭用電器的數字控制等，這些都體現了我們在科技、生活、工作、學習中離不開單片機的應用。

1 單片機的工作過程及分類

單片機是靠程序運行的，功能靠不同的控制程序來具體實現，單片機有了程序，就如同給它的“大腦”添加了“知識”，用已有的“知識”即程序來完成數據處理。按照單片機處理的字長，即每次能夠處理的二進制的位數，有4位，8位，16位，32位單片機，它處理二進制的位數越多，處理數據信息的速度越快，運算的能力就越高。

2 編譯碼芯片簡介

本文選用了ED5026芯片和ED5027芯片做為系統的編碼器和解碼器。如圖1所示為ED5026外形引腳圖，如圖2所示為ED5027外形引腳圖，從圖中我們可以看出它們的應用組合形成一個接收、發射數字信息的編譯碼系統。編碼器ED5026是一種8位編碼數字信息發射器。解碼器ED5027是專門用來接收數字信息的，它有相對應ED5026編碼器的12位信息，這種集成電路應用比較廣泛。ED5026編碼器的第1腳～第8腳，即A0～A7是電路芯片的地址線端口，它能夠形成256個地址碼信息，其中編碼器ED5026的第10腳～第13腳是此芯片的數據端口，即D0～D3。當編碼器的第14腳，即TE使能端是低電平時，編碼器ED5026的第17腳，即OUT端口就會串行發出由A0～A7的地址信息和D0～D3的信息數據。ED5027是接收數字信息的譯碼器，它有相對應ED5026編碼器的12位信息，A0～A7（第一腳～弟八腳）是地址線，當編碼器ED5026發送出的地址編碼信息與解碼器ED5027的預置編碼信息相同的時候，也就是說解碼芯片ED5027的第一腳～第八腳，即A0～A7的地址線設定情況與解碼器ED5027的第14腳，即IN端口收到的地址信息和數據信息連續兩幀相同的時候，ED5027解碼器的第17腳，即VT輸出端口就會輸出一個由低變高的脈沖信號將發送過來的數據信息鎖存在第10腳～第13腳，即D0～D3上面，也就是說D0～D3有數據輸出，這個輸出的數據信息與ED5026編碼器的第10腳～第13腳，即D0～D3所置的數據信息相同。這樣我們就可以利用硬件之間的配合來實現自動查找錯誤并重新發送數據信息。

圖1 ED5026外形引腳圖

圖2 ED5027外形引腳

3 發送、接收電路原理

3.1 主機的發送及接收電路

1）主機的發送電路

如圖3所示，為了能夠使主機能夠控制256個分機，主機需要有256個地址數據信息，具體做法如下：我們把主機編碼器ED5026第1腳～第8腳的地址數據線通過鎖碼器連接到單片機89C51地址數據端口32腳～39腳上，即P0.0～P0.7。將ED5026編碼器的10腳～13腳數據線D0～D3連接到74LS373鎖存器的2、5、6、9腳數據輸出端口，即Q1～Q3，然后將單片機89C51的第一腳～第四腳，即P1.0～P1.3數據線和74LS373鎖存器的第 3、4、7、8腳，即D0～D3輸入端口連接。這樣89C51單片機的第14腳，即P3.4端口來控制編碼器ED5026的使能端TE，當它給編碼器ED5026使能端TE輸入低電平時，編碼器ED5026的第17腳，即OUT端口就會串行發出由A0～A7的地址信息和D0～D3的信息數據，這些地址信息和數據信息將通過電力線的接口反到電路調制解調，然后到電力線上面進行傳送，傳輸。在軟件設計方面必須要先將地址及數據信息發送出去，然后再讓ED5026的使能端TE為低電平，這樣就能防止還沒有穩定的數據信息發出，防止系統造成誤碼情況。

2）主機的接收電路原理

從圖3中也可看出主機是如何接收電路數據信息的，它是通過解碼器ED5027來具體執行的，把解碼器ED5027的第一腳～第八腳，即A0～A7地址端口數據線連接成55H的固定地址，因此分機的發送編碼芯片的地址信息必須要與主機的解碼器的固定地址信息相同，主機解碼器ED5027的第17腳，即VT狀態輸出端口將會輸出一個由低變高的脈沖信號，將該信號反相后再送到單片機89C51的第12腳即P3.2的LNTO端口上，給89C51單片機提供中斷或查詢信號，以判斷是不是讀取鎖存器D0～D3的數據信息，有效的狀態輸出信號必須要輸出端VT發出信號的時候才能成功輸出，它與發送端口的使能端即TE相互對應。如圖4所示為主機的接收發送程序框圖。

圖3 主機發送接收電路圖

圖4 主機接收發送程序框圖

圖5 分機接收發送電路圖

3.2 分機的發送及接收電路

1）分機的發送電路原理

如圖5所示為了分機的發送電路。分機發送的數據信息從編碼器ED5026的第10腳～第13腳即D0～D3經過單片機89C51第36腳～第39腳,即P0.0～P0.3的數據端口輸出，通過鎖存器74LS373鎖存等數據信息穩定過后，再由單片機89C51的第14腳即P3.4發出一個低電平來讓分機解碼器ED5026的第14腳即解碼器使能端TE有效，這樣數據信息就會在解碼器ED5026的第17腳，即OUT端口輸出。由于主機的接收數據信息的地址是55H，所以各個分機所發送的數據信息的地址碼也是55H。

2）分機接收電路原理

從圖5中也可以看出分機的接收電路，主機發送過來的數字信號數據經過PLC的傳輸送到分機解碼器ED5027的第14腳即輸入端口IN，分機地址信息由解碼器ED5027的第1腳～第8腳，即A0～A7地址端口外接一個8位的DIP開關，這樣就形成了256個不同的地址數據信息碼。當主機發送的地址信息碼與分機發送的地址信息碼一致并且收到連續兩幀相同的地址信息的時侯，解碼器ED5027的第17腳即輸出端口VT就會輸出一個正的跳變脈沖，為分機提供數據信息的查詢或產生中斷數據信息。解碼器ED5027第10腳～第13腳即D0～D3讀取數據端口就會收到從主機發送過來的命令程序或數據信息。

4 電力線載波通訊電路低壓電力線載波通訊的基本原理

電力線載波通信的基本原理為：發送數據信息的時候，發送機會先將數據信息調制在一個高頻載，波然后再將其通過耦合器耦合到電力線上。耦合的信號不會對電力線路造成什么不良的影響，那是因為耦合信號的電壓只有幾伏，它所載波的高頻信號也只有幾百千赫茲。接收機會把原數據信息通過電力線調制解調器從電力線路中分離出來，如圖6所示。

圖6 電力線載波通信的基本原理框圖

4.1 電力線調制解調器和電力線調制解調器芯片簡介

電力線調制解調器低壓的電力線并不是為通信而鋪設的，而是專門為了傳輸工頻電能為50Hz而鋪設安裝的，所以它的工作特性不能滿足載波通信的要求，主要體現在兩個方面：第一，數字信號傳輸距離有限，因為電力網路的組抗性以及線路電力的衰減性，所以它的信號傳輸距離有限。第二，信號質量不能保證，因為電力線路會受噪音的干擾，所以信號的質量并不能被保障。考慮到這兩方面的因素，為了能夠使信號的傳輸達到一個穩定而高品質的通信效果，所以在電力線調制解調器的芯片選擇上，我們經過多方面的考慮及比較最終選擇了ST公司的芯片ST7536。芯片ST7536它共有28個引腳。芯片ST7536具有的工作模式就是發送模式和接收模式兩種，并且它還是一個半雙工以及同步的FSK MO-DEM。因為芯片ST7536的內部應用了硬件數字濾波技術，所以它能很好的遏制對通信頻帶以外的干擾，并且它還具有靈敏的接收數據的能力。

4.2 電力線接口電路

1）發送模式

在發送信息的模式下，芯片ST7536的第28腳即ATO數據端口處發送數據信號，然后被電力線的接口來放大和濾波。緩沖器的作用是用來驅動電力線接口中的下一個電力元氣部件，并且起到芯片ST7536保鏢的作用來保護芯片。遏制諧波的主要工作是通過低通濾波器（LPF）來完成和實現的，數據信息信號濾波后，把這些數據信息信號送入功率放大器，數據信號被放大后的功率通過轉換器來驅動電阻為1～100歐姆的電力線。系統中通過放大器來進行的頻段濾波來抑制二次諧波。

2）接收模式

在接收數據信息的模式下，變壓器通過電力線得到了數據信號，將這個數據信號通過預放大器進行數據信號放大之后再傳送到芯片ST7536的第24腳即RAI接收輸入引腳。為了遏制和避免接收數據信號的衰減讓接收的數據信號強度幾乎不變，因此在接收模式下關閉了功率的放大器和緩沖器使功率放大器不會低輸出阻抗。

5 結束語

通過利用編解碼電路的硬件查找錯誤的能力以及可編性對電路系統的組裝進行設計和處理，用電力線作為載波信道的分布式單片機系統通信方式使得電路系統的各個性能更加強大，讓系統的數據信號傳輸更加穩定、運行的可靠性更高、遏制其他電路元器部件的電磁干擾能力和信息數據傳輸的抗衰減性能更強，并且成本較低，機構簡單。它的高效率低成本適應了現代市場經濟的潮流。

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