以电力线作为载波信道的分布式单片机系统的通信方式分析

武德庆

（盐城生物工程高等职业技术学校 盐城 224051）

0 引言

单片机已经成为了我们生活中不可缺少的一部分，你可以在我们生活的各个角落找到它的身影，在高科技领域，从宇宙航天装置到国家的导弹武器装置再到飞机的仪表控制装置等；在生活中和我们密不可分的计算机通讯网络到轿车的安全保障系统再到家庭用电器的数字控制等，这些都体现了我们在科技、生活、工作、学习中离不开单片机的应用。

1 单片机的工作过程及分类

单片机是靠程序运行的，功能靠不同的控制程序来具体实现，单片机有了程序，就如同给它的“大脑”添加了“知识”，用已有的“知识”即程序来完成数据处理。按照单片机处理的字长，即每次能够处理的二进制的位数，有4位，8位，16位，32位单片机，它处理二进制的位数越多，处理数据信息的速度越快，运算的能力就越高。

2 编译码芯片简介

本文选用了ED5026芯片和ED5027芯片做为系统的编码器和解码器。如图1所示为ED5026外形引脚图，如图2所示为ED5027外形引脚图，从图中我们可以看出它们的应用组合形成一个接收、发射数字信息的编译码系统。编码器ED5026是一种8位编码数字信息发射器。解码器ED5027是专门用来接收数字信息的，它有相对应ED5026编码器的12位信息，这种集成电路应用比较广泛。ED5026编码器的第1脚～第8脚，即A0～A7是电路芯片的地址线端口，它能够形成256个地址码信息，其中编码器ED5026的第10脚～第13脚是此芯片的数据端口，即D0～D3。当编码器的第14脚，即TE使能端是低电平时，编码器ED5026的第17脚，即OUT端口就会串行发出由A0～A7的地址信息和D0～D3的信息数据。ED5027是接收数字信息的译码器，它有相对应ED5026编码器的12位信息，A0～A7（第一脚～弟八脚）是地址线，当编码器ED5026发送出的地址编码信息与解码器ED5027的预置编码信息相同的时候，也就是说解码芯片ED5027的第一脚～第八脚，即A0～A7的地址线设定情况与解码器ED5027的第14脚，即IN端口收到的地址信息和数据信息连续两帧相同的时候，ED5027解码器的第17脚，即VT输出端口就会输出一个由低变高的脉冲信号将发送过来的数据信息锁存在第10脚～第13脚，即D0～D3上面，也就是说D0～D3有数据输出，这个输出的数据信息与ED5026编码器的第10脚～第13脚，即D0～D3所置的数据信息相同。这样我们就可以利用硬件之间的配合来实现自动查找错误并重新发送数据信息。

图1 ED5026外形引脚图

图2 ED5027外形引脚

3 发送、接收电路原理

3.1 主机的发送及接收电路

1）主机的发送电路

如图3所示，为了能够使主机能够控制256个分机，主机需要有256个地址数据信息，具体做法如下：我们把主机编码器ED5026第1脚～第8脚的地址数据线通过锁码器连接到单片机89C51地址数据端口32脚～39脚上，即P0.0～P0.7。将ED5026编码器的10脚～13脚数据线D0～D3连接到74LS373锁存器的2、5、6、9脚数据输出端口，即Q1～Q3，然后将单片机89C51的第一脚～第四脚，即P1.0～P1.3数据线和74LS373锁存器的第 3、4、7、8脚，即D0～D3输入端口连接。这样89C51单片机的第14脚，即P3.4端口来控制编码器ED5026的使能端TE，当它给编码器ED5026使能端TE输入低电平时，编码器ED5026的第17脚，即OUT端口就会串行发出由A0～A7的地址信息和D0～D3的信息数据，这些地址信息和数据信息将通过电力线的接口反到电路调制解调，然后到电力线上面进行传送，传输。在软件设计方面必须要先将地址及数据信息发送出去，然后再让ED5026的使能端TE为低电平，这样就能防止还没有稳定的数据信息发出，防止系统造成误码情况。

2）主机的接收电路原理

从图3中也可看出主机是如何接收电路数据信息的，它是通过解码器ED5027来具体执行的，把解码器ED5027的第一脚～第八脚，即A0～A7地址端口数据线连接成55H的固定地址，因此分机的发送编码芯片的地址信息必须要与主机的解码器的固定地址信息相同，主机解码器ED5027的第17脚，即VT状态输出端口将会输出一个由低变高的脉冲信号，将该信号反相后再送到单片机89C51的第12脚即P3.2的LNTO端口上，给89C51单片机提供中断或查询信号，以判断是不是读取锁存器D0～D3的数据信息，有效的状态输出信号必须要输出端VT发出信号的时候才能成功输出，它与发送端口的使能端即TE相互对应。如图4所示为主机的接收发送程序框图。

图3 主机发送接收电路图

图4 主机接收发送程序框图

图5 分机接收发送电路图

3.2 分机的发送及接收电路

1）分机的发送电路原理

如图5所示为了分机的发送电路。分机发送的数据信息从编码器ED5026的第10脚～第13脚即D0～D3经过单片机89C51第36脚～第39脚,即P0.0～P0.3的数据端口输出，通过锁存器74LS373锁存等数据信息稳定过后，再由单片机89C51的第14脚即P3.4发出一个低电平来让分机解码器ED5026的第14脚即解码器使能端TE有效，这样数据信息就会在解码器ED5026的第17脚，即OUT端口输出。由于主机的接收数据信息的地址是55H，所以各个分机所发送的数据信息的地址码也是55H。

2）分机接收电路原理

从图5中也可以看出分机的接收电路，主机发送过来的数字信号数据经过PLC的传输送到分机解码器ED5027的第14脚即输入端口IN，分机地址信息由解码器ED5027的第1脚～第8脚，即A0～A7地址端口外接一个8位的DIP开关，这样就形成了256个不同的地址数据信息码。当主机发送的地址信息码与分机发送的地址信息码一致并且收到连续两帧相同的地址信息的时侯，解码器ED5027的第17脚即输出端口VT就会输出一个正的跳变脉冲，为分机提供数据信息的查询或产生中断数据信息。解码器ED5027第10脚～第13脚即D0～D3读取数据端口就会收到从主机发送过来的命令程序或数据信息。

4 电力线载波通讯电路低压电力线载波通讯的基本原理

电力线载波通信的基本原理为：发送数据信息的时候，发送机会先将数据信息调制在一个高频载，波然后再将其通过耦合器耦合到电力线上。耦合的信号不会对电力线路造成什么不良的影响，那是因为耦合信号的电压只有几伏，它所载波的高频信号也只有几百千赫兹。接收机会把原数据信息通过电力线调制解调器从电力线路中分离出来，如图6所示。

图6 电力线载波通信的基本原理框图

4.1 电力线调制解调器和电力线调制解调器芯片简介

电力线调制解调器低压的电力线并不是为通信而铺设的，而是专门为了传输工频电能为50Hz而铺设安装的，所以它的工作特性不能满足载波通信的要求，主要体现在两个方面：第一，数字信号传输距离有限，因为电力网路的组抗性以及线路电力的衰减性，所以它的信号传输距离有限。第二，信号质量不能保证，因为电力线路会受噪音的干扰，所以信号的质量并不能被保障。考虑到这两方面的因素，为了能够使信号的传输达到一个稳定而高品质的通信效果，所以在电力线调制解调器的芯片选择上，我们经过多方面的考虑及比较最终选择了ST公司的芯片ST7536。芯片ST7536它共有28个引脚。芯片ST7536具有的工作模式就是发送模式和接收模式两种，并且它还是一个半双工以及同步的FSK MO-DEM。因为芯片ST7536的内部应用了硬件数字滤波技术，所以它能很好的遏制对通信频带以外的干扰，并且它还具有灵敏的接收数据的能力。

4.2 电力线接口电路

1）发送模式

在发送信息的模式下，芯片ST7536的第28脚即ATO数据端口处发送数据信号，然后被电力线的接口来放大和滤波。缓冲器的作用是用来驱动电力线接口中的下一个电力元气部件，并且起到芯片ST7536保镖的作用来保护芯片。遏制谐波的主要工作是通过低通滤波器（LPF）来完成和实现的，数据信息信号滤波后，把这些数据信息信号送入功率放大器，数据信号被放大后的功率通过转换器来驱动电阻为1～100欧姆的电力线。系统中通过放大器来进行的频段滤波来抑制二次谐波。

2）接收模式

在接收数据信息的模式下，变压器通过电力线得到了数据信号，将这个数据信号通过预放大器进行数据信号放大之后再传送到芯片ST7536的第24脚即RAI接收输入引脚。为了遏制和避免接收数据信号的衰减让接收的数据信号强度几乎不变，因此在接收模式下关闭了功率的放大器和缓冲器使功率放大器不会低输出阻抗。

5 结束语

通过利用编解码电路的硬件查找错误的能力以及可编性对电路系统的组装进行设计和处理，用电力线作为载波信道的分布式单片机系统通信方式使得电路系统的各个性能更加强大，让系统的数据信号传输更加稳定、运行的可靠性更高、遏制其他电路元器部件的电磁干扰能力和信息数据传输的抗衰减性能更强，并且成本较低，机构简单。它的高效率低成本适应了现代市场经济的潮流。

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