电力线接口模块的框图如图3所示。线驱动器起放大ST7537的输出信号(AT0)的作用。为了使线驱动器适用于电力线,使用了线接口。在线接口中使用了变压器,其功能为:
◆把其他电路与电力线隔离开;
◆把传输信号送到电力线上去;
◆从电力线中提取出接收信号;
◆滤除传输信号中的谐波。
电力线接口模块的电路原理图如图4所示。
复合晶体管Q1、Q2、Q3、Q4组成推挽式放大器。电阻R1、R2可使放大器获得最佳性能。当(接收模式)时,ST7537输出信号PABC=1和使双极型晶体管Q1和Q5截止,切断了功率放大器的电源,功放不工作。
变压器由1个主绕组和2个副绕组组成。绕组比例为4:1:1,其参数为:主绕组9.4μH,副绕组140μH,C1=2.2 nF。为了防止非线性畸变,C2的线性必须非常好,C3滤除从电力线过来的50/60 Hz的信号,并有短路保护功能。当相位不知时,使用附加电容C4加到C3上去,组成放电回路,避免发生触电危险。
为了避免尖峰信号对电路的破坏,采用1个双向稳压管。当电压值大于或等于稳压管电压时,稳压管就会短接到地,保护接口电路地器件不会被烧坏。
另外,该系统采用了Dallas半导体公司的DS1302涓流充电时钟芯片。该芯片是可编程I2C串行接口时钟芯片,还提供31字节的非易失SRAM用于数据存储。优点是电路结构简单,可以通过单片机的任意I/O口作为SCL和SDA信号线,编程简单,成本较低。
4 系统软件设计
系统主要采用无线Modem CMS91来进行历史数据、实时数据以及报告信息的远程传输。通过单片机AT指令对CMS91进行上网前的设置和数据的传输。当收到CMS91的正确反馈回答后,1条物理信道就在CMS91和GPRS网络之间建立起来。单片机通过向Modem发送不同的AT命令来控制其工作。
CMS91加电后,应用程序需通过P0口操作CMS91的ON/OFF控制位,CMS91正式启动的过程大约3~5 s,若CMS91接有有效的SIM卡,CMS91将附着在GPRS网络。对CMS91的串口读写操作仍然由中断服务程序来实现,复位上电后,程序先进行工作频率等参数的设置,然后进行拨号和PPP协商。PPP协商成功后,将得到系统本地IP,一旦获得自己的IP,系统实际上就已经连入Internet,但要和连入Internet的另一IP终端通信,就还需要与另一IP终端进行端对端的TCP连接。在TCP连接成功后,整个程序将保持这个连接状态。进入TCP连接状态后,可能会收到TCP连接的另一IP终端发来的数据,在层层解包处理之后,便可以得到TCP层之上的种种应用层数据。如果要向对方发送数据,则要先进行中断请求发送,在等到TCP连接建立之后方可发送。这部分TCP/IP协议的处理由CMS91内嵌的单片机来完成。
GPRS模块发送子程序和接收子程序的流程如图5所示。
5 结论
本文设计的基于GPRS和PLC的远程路灯监控系统,相对于以往的时钟以及光电控制路灯,能够对路灯线路进行有效的监控,实现遥控、遥测和遥信功能,而且运行稳定、可靠。该设计采用GPRS和PLC进行通信,无需重新铺设线缆和构建新的通信网络,运行成本很低,具有很好的应用和推广价值。