基于NE567的电力载波串口信号传输系统的设计

张国平

摘要： 本文设计的串口通信系统，以电力载波为传输媒介，选用NE567模拟信号解码器作为数/模转换芯片，可以实现RS232串口信号透传，用于电力系统内的实时监控、系统状态、用电度量等信号的交互和远程监控。本系统的硬件部分设计有推挽模块、配码模块等设计，具有多路同时传输、信号温度、信号失真率低等特点，在实际应用中亦具有良好的性能表现。

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.

關键词： 电力载波；串口通信；NE567

Key words： PLC；serial communication；NE567

中图分类号：{TN913.22} 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）35-0129-02

0 引言

电力载波通讯技术是电力系统特有的通信解决方案，指将现有电力线缆作为传输介质，通过载波高速传输模拟或数字信号。现阶段，工业智能化（例如各类设备的运行状态监控，分布式数据集中等）、公用设施智能化（例如电力远程抄表系统，路灯远程监控系统等）、家庭智能化逐渐成为电力载波通讯的三大应用领域。从技术角度来看，电力载波通讯不局限于点对点通讯的范畴，而是围绕开放式网络结构，在系统内的各个控制节点（受控设备）共同组成一个网络进行集中控制。当前，只有少数企业在电力载波应用领域具有网络协议或网络概念，美国Echelon公司的Lonworks网络，国内的KaiStar（凯星电子）电力载波远程智能控制系统，Raisecom（瑞斯康达）公司的瑞斯康达智能控制网络，这些集团公司的网络协议都是基于国际标准协议EIA709.1，EIA709.2编写的。

目前电力载波技术在我省的电力系统中主要用于井下、矿洞等通信条件受限的场景，其主要原因是电力载波传输信号易受干扰、传输距离较近，且近年WLAN等通信技术日益成熟价格趋于合理故而也越来越多被应用。但电力载波系统依然有其不可替代的优点：①不需要重新架设通讯网络，只要有电线，就能进行数据传输；②电力设备以串口通信为主，电力载波和串口的数模转换设备较之其他设备成本很低；③电力载波对于局内、小范围恶劣环境内的信号传输非常合适。因而设计一套能克服传统电力载波信号问题，传输衰减问题的系统对于整个电力系统内的信号传输方式而言是一种全新的探索。

1 发送模块

1.1 NE567模拟信号解码器

此模拟信号解码块由一个晶体管开关和一个锁相环电路组成。将模拟信号加载到该集成块的输入端后产生了一个接地方波。各个频率的模拟信号都能通过该模拟信号解码器成功解码。比如检测电话的按键音等。另外，也可以通过该解码器识别BB机、频率监视器和控制器、精密振荡器和遥测解码器的模拟信号，并快速完成解码。

NE567主要由输出晶体管、放大器、锁相环和直角相位检波器（正交鉴相器）组成。锁相环内装有反馈滤波器、电流控制振荡器（CC0）和鉴相器各一个。

NE567的基本工作状况有如一个低压电源开关，当其接收到一个位于所选定的窄频带内的输入模拟信号时，开关就接通。通用的NE567还可以用做可变波形发生器或通用锁相环电路。当其用作音调控制开关时，所检测的中心频率可以设定于0.1至500kHz内的任何值，检测带宽可以设定在中心频率14%内的任何值。而且，输出开关延迟可以通过选择外电阻和电容在一个宽时间范围内改变。电流控制的NE567振荡器可以通过外接电阻R1和电容器C1在一个宽频段内改变其振荡频率，但通过引脚2上的信号只能在一个很窄的频段（最大范围约为自由振荡频率的14%）改变其振荡频率。因此，NE567锁相环电路只能“锁定”在预置输入频率值的极窄频带内。NE567的积分相位检波器比较输入信号和振荡器输出的相对频率和相位，只有当这二个信号相同时（即锁相环锁定）才产生一个稳定的输出，NE567的音调开关的中心频率等于其自由振荡频率，而其带宽等于锁相环的锁定范围。

本系统中，将发送数据的频率由NE567锁定为210kHz，经220V交流电线传输到终端控制子系统的接收端，若接收端频率也在210kHz附近，那么将数据送入下位机。

1.2 配码电路endprint

如图1所示，在电路中将数字信号数据发送到220V的交流电线上进行叠加，当终端控制子系统的接收模块设置接收频率也为210kHz时就能获取数据并做出判断。

Q8、Q9是高频小功率三极管9018，二進制数据在为“1”即高电平时，Q8导通，Q9截止，变压器G2输出直流电压经T4的原边线圈向上流，通过Q8集电极形成回路。数据为“0”即低电平时，Q8截止，Q9导通，电压经T4的原边线圈向下流动，通过Q9形成回路。这样就用原边正、副极性电压表示成发送的二进制数据“1”和“0”。

电容C45、C46是将副边的正、反向电压进行耦合的作用。

设计时，为了防止数字信号电压在高、低电平转换的瞬间（上升沿或下降沿）三极管Q8、Q9同时导通而导致原件烧毁，在电路中加入了反相器4069、二极管1N4007、电容C43和C48。通过电容C43、C48的充放电特性在上升沿、下降沿时刻起到保持电平状态的作用。使三极管在导通时有一定延时，避免出现Q8、Q9同时导通的情况。

G2为变压器，将电线上的交流电压220V降压后经7809稳压器稳定到输出+9V，作为NE567的供电电源。

2 小结

电力载波技术由于生不逢时近些年的发展一直很受限制，但是其对于部分特定行业尤其是电力系统内部而言是具有显著优势的，因而作为电力系统内部研究和拓展应用的一个方向。本文所设计的电力载波通信系统克服了传统系统易受干扰、传输距离短这两大缺点，对于电力系统内部的采集、超标等应用上已经具有了实际价值。

在未来的研究中该系统仍有很大的改进空间：1通过与其他系统的对接，开发和实现一套完整的电力载波测量系统。2配合嵌入式系统及相关手持设备APP开发实现载波数据的实时解读，方便电力测检人员开展巡线、排障工作。

参考文献：

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