运用电力载波技术实施对发射机的监控管理

2009-09-11肖幼军蒋小梅

声屏世界 2009年7期

肖幼军　蒋小梅

近年来,随着通信技术的发展,人们在电力线载波通信方面做了大量的研究工作。电力供应网络四通八达,低压电力线连接千家万户,构成最普及的网络。利用它进行数据通信,传递各种信息,不占用无线频道资源,亦无需铺设专用通讯线路,省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景。

传统的发射机监测系统普遍采用有线式,不仅布线安装繁琐、维护不便、利用率低,而且实时性差。随着电力载波技术的发展,应用低压电力线作为传输媒质,采用扩频、数字编码、单片机控制等技术实现发射机监控已成为可能。

监控系统的基本要求

发射机监控系统是人机交流的媒介,可将发射机的运行状态及故障部位信息送给值班室,并在值班室的监控中心电脑上留下准确完整的记录。监控系统的优劣直接关系到发射机的播音质量及设备安全。它要求及时、准确、可靠、简便可行。利用电力线载波通信技术、单片机多机通信和计算机监控管理技术设计的具有呼叫、振铃、显示、存储记录等功能的发射机监控系统,满足了发射台的监控管理要求。

监控系统由若干个发射机取样电路、调制解调载波模块、耦合电路组成,如图1所示。当某台发射机出现故障,在监控系统上有相应的声、光呼叫报警指示,并能显示出发射机号及故障部位。若采用以往的并行总线扩展方式,很多台(几十台或更多)发射机与监控中心之间的布线太复杂,故本系统利用单片机的串行通讯功能,使得监控中心到各发射机之间的信号通过电力线载波调制解调模块,经过机房内220V电力线传输,实现主机和发射机之间的双向数据传送。

系统采用主从结构,监控计算机放在机房值班室内(可以通过接口电路与远程计算机相联,构成远程监控中心)。当发射机有故障报警,并在显示器上显示发射机号及故障部位,采样电路向8051单片机输入一个低电平,相应故障部位的指示灯LED亮,机房监控计算机与发射机之间通过机房220V电力线连接在一起。监控计算机循环向采样控制电路发送地址信息,采样控制电路接收到监控计算机送来的地址信息,与自己的地址相比较,如果相同,则向监控计算机发送信息;如发射机有故障则发送报警信息,无故障则向监控计算机发送“正常”信息。

SC1128扩频通信芯片

及收发电路简介

SC1128芯片是面向电力线载波通信市场而开发研制的专用扩频调制/解调器电路。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术,因此该电路应用在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频/解扩、调制/解调、D/A转换和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及与单片机(MCU)串口通信等功能。该芯片在小型多功能应用系统中可以起到降低系统成本并提高系统功能的作用。

信号由电力线经耦合器、带通滤波器和前级放大器进入SC1128芯片。经过处理后通过功率放大器和耦合器发送至电力线上,完成信号在电力线上的发送和接收。

发射机采样控制电路的设计

发射机采样控制电路由8051单片机、SC1128扩频通信芯片及一些外围电路组成。八个采样电路(采样电路可利用固态机本身的也可以另外加上,因有较成熟的电路,在此不作介绍)输出端接在8051单片机的P0口上,当某一采样电路输出电平对应的P0口的某一输入状态为0。如需要监测更多的点,还可以进行扩展。当单片机确认监控计算机呼叫该机地址时,扫描P0口上的8位I/O端口状态,立即把该P0口对应的请求信息发送给主机,并等待主机的确认。当监控计算机返回正确信息时,通过P2口驱动对应的LED指示灯显示,表明请求信号发送成功。

8051单片机的P1.0和RST/VPD口接备用电源及掉电保护电路,以保证发生停电等电源故障时系统能够正常使用。假如系统已检测到“即将发生掉电故障”信号,则信号通过外部中断INT0向主机请求中断,主机响应中断便把有关数据送内部RAM保存,然后向P1.0写入“0”,由P1.0引脚上的低电平触发555定时器,而555定时器的输出脉冲取决于R、C和VCC。若555定时器定时结束,VCC仍正常,这表明“即将发生掉电故障”信号是个错误的告警信号,则555输出的正脉冲加在RST/VPD使主机复位后开始重新操作;如果RST/VPD在555定时结束时确实变化了,则555定时器在P1.0低电平触发下输出高电平加在RST/VPD上作备用电源,直到VCC又恢复正常,然后再保持一段由R、C所决定的正脉冲宽度时间。应选择合适的R、C值,以使得在主电源VCC恢复正常后,有足够的加电复位时间,使主机可靠复位后恢复正常运行。8051单片机的时钟采用片内时钟拓荡方式,在STAL1和XTAL2脚外接石英晶体(6MHZ)和振荡电容。串行口RXD(P3.0)和TXD(P3.1)通过SC1128芯片及电力线与监控中心通讯。发射机监测中断程序流程图如图2所示。

监控系统设计

监控系统由8051单片机(主机)、显示装置、报警电器、SC1128芯片及一些外围电路组成。8051单片机P0口的三条I/O线,提供MC14499所需的时钟信号、使能信号和串行数据,MC14499驱动和控制四块LED八段显示器,LED数码管显示发出报警的发射机号及故障部位和报警类别,其中,前两位LED指示的是发射机号,后两位指示的是故障部位或报警类别。P2.0口通过非门驱动报警扬声器。主机设一个按钮键K,直接连在INT0上,K用于撤消报警声和LED数码管所指示的报警源。该电路采用的备用电源及掉电保护电路和时钟振荡方式与发射机监测电路相同。

机房发射机管理系统软件

设计

上述各部分电路组合已能完成监控报警功能,为完善系统,使报警系统能与每台发射机信息管理相结合,设计了机房发射机管理系统软件,从而构成由计算机及相应的接口电路所组成的发射机群监控中心。每台发射机信息经微处理器处理后通过接口电路输入到计算机,再通过计算机软件对每台发射机信息进行管理。可以用VB编程软件编程,机房发射机管理系统软件主要功能如下:

本系统设有保护功能,分等级进行管理,非管理人员不能进入系统修改发射机参数,只有获得密码才能进入该系统的信息界面,值机员能进入监视界面。

本系统具有添加功能、编辑功能、查询功能、删除功能、翻页功能、退出功能。

在检测到正确的密码后,系统进入管理界面,该界面包括发射机基本参数的管理,呼叫信息的显示,分类和存储查询等功能。发射机基本资料管理采用的是在数据库中建立发射的数据信息,数据库由表组成。表是在数据库中存储有组织的数据的方法,表有预先定义好的结构,并存储符合此结构的数据。

本系统的监控中心采用查询方式,发射机采样控制系统采用中断方式,系统具有如下几个特点:

第一,当发射机接收到的监控中心计算机发送的地址码与本机地址码一致时,将报警点的报警状态数据传送给监控中心;若不一样,则不予响应。单片机不断地对检测点进行巡回检测,就保证了某一个时刻只有一台发射机发出请求信号,解决了信道占用问题,真正实现了多路呼叫。

第二,本系统采用具有调制解调功能的SC1128芯片和借助电力线构成的通讯网络,具有结构简单、成本低、工作方式灵活可靠、抗干扰能力强等特点。

第三,本系统采用VB设计的信息监控管理系统软件具有界面友好、保密性强、易用性强等特点。

总之,本监控系统与现有的其它呼叫系统相比具有可靠、简单、实用等特点,适合各种中短波调频发射台使用。

(作者单位:吉安802台)

栏目责编:肖月

参考资料:

1.殷小贡,刘涤尘:《电力系统通信工程》,武汉水利电力大学出版社,2000年7月版。