电力载波防盗报警系统中通信问题研究

2010-08-23张怀广宋风忠

制造业自动化 2010年3期

张怀广，宋风忠

ZHANG Huai-guang, SONG Feng-zhong

（职业技术学院，濮阳 457000）

0 引言

随着社会经济的日益发展，防盗成了人们越来越关心的问题。社会对报警器材的需求日益迫切。智能报警系统，是以保障安全为目的建立起来的技术防范系统。他包括以现代通信和电子技术及时发现侵进入破坏行为、产生声光报警阻吓罪犯以及提醒值班人员采取恰当的防范措施。本文介绍PIC单片机在10kV电网设备N型电力载波防盗报警系统中通信电路和程序设计。

1 系统设计思想与原则

1OkV电网设备N型电力载波防盗系统是指对间断运行灌溉变压器，保留一相1OkV高压不断电，这时空载功耗几乎为零，而变压器机芯对地就有电压。利用电力载波对1OkV电网设备变压器，三相高压线设计防盗报警系统。该防盗系统有1O kV载波主机报警器、1OkV载波分机报警器、1OkV载波中继机报警器、工业控制计算机组成。各报警器信息的通信是通过一相1OkV高压电力线和PIC单片机串行口实现多机通信。通信电路设计研制过程中所遇到的主要问题有：1OkV电网载波阻抗的测试、阻抗匹配、载波传送距离、信息载波与高压电力线结合滤波抗干扰、一个串口被多个设备共享等问题。由于篇幅所限，主要讨论后两个问题。

2 信息载波与高压电力线结合滤波抗干扰

通过1OkV高压电力网现场进行波阻抗实际测试和电网的干扰、无线电台干扰的测试等，我们采用窄带结合滤波器传输报警信息。PIC单片机采集报警信息的编码为1时，PIC单片机串行口高电平，调制频率选择122.5 kHz±0.5 kHz。编码为0时，串行口低电平，调制频率选择131.5 kHz±0.5 kHz，实际现场测量噪声干扰均不在此频带范围内。设计1OkV窄带结合滤波器[1]如图1所示。

图1 窄带结合滤波器

1OkV窄带结合滤波器主要是由1OkV高压耦合电容C1(7nF/20kV)、高频载波（中心127kHZ）谐振检波电路T1 C3；L2 C2组成。信号经C1耦合，接收和发射高频电力载波。M1和Ra1为高压保护。GND1和高压电容C1的接地端要可靠接大地。GND2与GND1不相接，提高结合滤波抗干扰能力。

3 通信电路设计

3.1 设计一个设备的串口被多种设备共享的电路系统

在10kV农电网设备防盗报警系统中的载波通信主要有载波主机与载波中继报警器、载波分机报警器的通信，还有载波主机与PC机之间的通信，如图2所示。

图2 载波主机，中继，分机和PC机之间的连接框图

10 kV设备防盗系统对实时性要求不高（从信息采集到报警约1分钟）而PIC单片机通信速度很快。为此，笔者对PIC16F73单片机上的一个串口采用分时复用技术即：载波主机上的串口先分配给载波中继及分机报警器，当载波主机与载波中继及分机报警器通信完毕，再将载波主机上的串口分配给PC机，这样反复进行下去就可以解决用一片PIC系列单片机就能实现载波主机既能与载波中继及分机报警器进行通信，同时又能与PC机进行通信的问题。串口的切换采用三态门电路，硬件原理图如图3所示。

图3 载波主机串行口接法示意图

载波主机和载波中继及分机报警器采用半双工通信，即同一时刻载波主机只能和某一台载波中继报警器或载波分机报警器进行通信.另一方面，载波主机与工控机之间采用全双工通信.即载波主机既要把载波中继及分机报警器传给它的报警信息送给PC机，同时还要接收PC机发来的命令。图3中的PIC16F73单片机的串口是由三态门电路控制的，即PIC16F73的PORT B的2个I/O管脚RB2和RB3控制的：当RB2=1、RB3=0时，PIC16F73的串口才能和载波中继及分机报警器通信；当RB2=0、RB3=1时，PIC16F73的串口才能和PC机通信，在任意时刻RB2和RB3中只能有一个为高电平。载波主机采用中断的方式分别接收载波中继报警器及分机报警器和PC机发来的数据。下面介绍软件的实现

3.2 编写载波中继报警器串口中断接收数据处理程序

在设计10 kV线路设备防盗载波中继报警器时，载波中继报警器的单片机要和载波主机及载波分机报警器进行通信，载波中继报警器与载波主机之间的通信数据和载波中继报警器与载波分机报警器之间的通信数据是不同的，即它们的同步字不同。这就要求载波中继报警器的中断接收处理程序能区分接收是谁的通信数据。该中断处理程序[2]的设计方法如下：

3.3 软件及设置

为了平衡PC机端和PIC16F73单片机端的波特率，统一采用1200 bps，PIC16F73单片机设置如下：PIC16F73单片机的寄存器PIE1送20 H，使能串行口接收中断，PORT C的方向寄存器trisc送90H使RC7、RC6作为RS232通信用，根据时钟的速度1.8432 MHZ和所希望的波特率1200 bps，初始化SPBRG寄存器为17 H，TXSTA寄存器中的BRGH位也对波特率的设定有影响，初始化TXSTA为20H，表示PIC16F73的通用同步／异步接收／发送器USART工作于异步方式字符长度8位，一个停止位。考虑到到本系统的低波特率应能满足传输的可靠性，故不设校验位。由于篇幅所限，其他程序不再详细讨论了。