基于NE567的電力載波串口信號傳輸系統的設計

張國平

摘要： 本文設計的串口通信系統，以電力載波為傳輸媒介，選用NE567模擬信號解碼器作為數/模轉換芯片，可以實現RS232串口信號透傳，用于電力系統內的實時監控、系統狀態、用電度量等信號的交互和遠程監控。本系統的硬件部分設計有推挽模塊、配碼模塊等設計，具有多路同時傳輸、信號溫度、信號失真率低等特點，在實際應用中亦具有良好的性能表現。

Abstract： The serial communication system designed in this paper takes the power line carrier as the transmission medium， NE567 analog signal decoder as the digital/analog conversion chip， and can realize RS232 serial signal transmission. It is used for real-time monitoring and system status， electrical measurement and other signal interaction and remote monitoring in power system. The hardware part of the system is designed with push-pull module， code module and so on. It has the characteristics of multi-channel transmission， signal temperature and low signal distortion. It also has good performance in practical application.

關鍵詞： 電力載波；串口通信；NE567

Key words： PLC；serial communication；NE567

中圖分類號：{TN913.22} 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0129-02

0 引言

電力載波通訊技術是電力系統特有的通信解決方案，指將現有電力線纜作為傳輸介質，通過載波高速傳輸模擬或數字信號。現階段，工業智能化（例如各類設備的運行狀態監控，分布式數據集中等）、公用設施智能化（例如電力遠程抄表系統，路燈遠程監控系統等）、家庭智能化逐漸成為電力載波通訊的三大應用領域。從技術角度來看，電力載波通訊不局限于點對點通訊的范疇，而是圍繞開放式網絡結構，在系統內的各個控制節點（受控設備）共同組成一個網絡進行集中控制。當前，只有少數企業在電力載波應用領域具有網絡協議或網絡概念，美國Echelon公司的Lonworks網絡，國內的KaiStar（凱星電子）電力載波遠程智能控制系統，Raisecom（瑞斯康達）公司的瑞斯康達智能控制網絡，這些集團公司的網絡協議都是基于國際標準協議EIA709.1，EIA709.2編寫的。

目前電力載波技術在我省的電力系統中主要用于井下、礦洞等通信條件受限的場景，其主要原因是電力載波傳輸信號易受干擾、傳輸距離較近，且近年WLAN等通信技術日益成熟價格趨于合理故而也越來越多被應用。但電力載波系統依然有其不可替代的優點：①不需要重新架設通訊網絡，只要有電線，就能進行數據傳輸；②電力設備以串口通信為主，電力載波和串口的數模轉換設備較之其他設備成本很低；③電力載波對于局內、小范圍惡劣環境內的信號傳輸非常合適。因而設計一套能克服傳統電力載波信號問題，傳輸衰減問題的系統對于整個電力系統內的信號傳輸方式而言是一種全新的探索。

1 發送模塊

1.1 NE567模擬信號解碼器

此模擬信號解碼塊由一個晶體管開關和一個鎖相環電路組成。將模擬信號加載到該集成塊的輸入端后產生了一個接地方波。各個頻率的模擬信號都能通過該模擬信號解碼器成功解碼。比如檢測電話的按鍵音等。另外，也可以通過該解碼器識別BB機、頻率監視器和控制器、精密振蕩器和遙測解碼器的模擬信號，并快速完成解碼。

NE567主要由輸出晶體管、放大器、鎖相環和直角相位檢波器（正交鑒相器）組成。鎖相環內裝有反饋濾波器、電流控制振蕩器（CC0）和鑒相器各一個。

NE567的基本工作狀況有如一個低壓電源開關，當其接收到一個位于所選定的窄頻帶內的輸入模擬信號時，開關就接通。通用的NE567還可以用做可變波形發生器或通用鎖相環電路。當其用作音調控制開關時，所檢測的中心頻率可以設定于0.1至500kHz內的任何值，檢測帶寬可以設定在中心頻率14%內的任何值。而且，輸出開關延遲可以通過選擇外電阻和電容在一個寬時間范圍內改變。電流控制的NE567振蕩器可以通過外接電阻R1和電容器C1在一個寬頻段內改變其振蕩頻率，但通過引腳2上的信號只能在一個很窄的頻段（最大范圍約為自由振蕩頻率的14%）改變其振蕩頻率。因此，NE567鎖相環電路只能“鎖定”在預置輸入頻率值的極窄頻帶內。NE567的積分相位檢波器比較輸入信號和振蕩器輸出的相對頻率和相位，只有當這二個信號相同時（即鎖相環鎖定）才產生一個穩定的輸出，NE567的音調開關的中心頻率等于其自由振蕩頻率，而其帶寬等于鎖相環的鎖定范圍。

本系統中，將發送數據的頻率由NE567鎖定為210kHz，經220V交流電線傳輸到終端控制子系統的接收端，若接收端頻率也在210kHz附近，那么將數據送入下位機。

1.2 配碼電路endprint

如圖1所示，在電路中將數字信號數據發送到220V的交流電線上進行疊加，當終端控制子系統的接收模塊設置接收頻率也為210kHz時就能獲取數據并做出判斷。

Q8、Q9是高頻小功率三極管9018，二進制數據在為“1”即高電平時，Q8導通，Q9截止，變壓器G2輸出直流電壓經T4的原邊線圈向上流，通過Q8集電極形成回路。數據為“0”即低電平時，Q8截止，Q9導通，電壓經T4的原邊線圈向下流動，通過Q9形成回路。這樣就用原邊正、副極性電壓表示成發送的二進制數據“1”和“0”。

電容C45、C46是將副邊的正、反向電壓進行耦合的作用。

設計時，為了防止數字信號電壓在高、低電平轉換的瞬間（上升沿或下降沿）三極管Q8、Q9同時導通而導致原件燒毀，在電路中加入了反相器4069、二極管1N4007、電容C43和C48。通過電容C43、C48的充放電特性在上升沿、下降沿時刻起到保持電平狀態的作用。使三極管在導通時有一定延時，避免出現Q8、Q9同時導通的情況。

G2為變壓器，將電線上的交流電壓220V降壓后經7809穩壓器穩定到輸出+9V，作為NE567的供電電源。

2 小結

電力載波技術由于生不逢時近些年的發展一直很受限制，但是其對于部分特定行業尤其是電力系統內部而言是具有顯著優勢的，因而作為電力系統內部研究和拓展應用的一個方向。本文所設計的電力載波通信系統克服了傳統系統易受干擾、傳輸距離短這兩大缺點，對于電力系統內部的采集、超標等應用上已經具有了實際價值。

在未來的研究中該系統仍有很大的改進空間：1通過與其他系統的對接，開發和實現一套完整的電力載波測量系統。2配合嵌入式系統及相關手持設備APP開發實現載波數據的實時解讀，方便電力測檢人員開展巡線、排障工作。

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