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(3) 通信功能
集中器接收上位机下载数据，包括电表数量、表号、抄表参数以及中继管理需要的信息，可根据设置抄收载波电表的数据。 (4) 数据处理
数据处理包括数据的存储、冻结等。 (5) 校时功能
集中器可通过上位机进行系统校时，调整时间误差。 4.1.2集中器的结构框图
集中器本身是由主控单元、数据库存储单元、时钟单元、载波通信单元、数据传送通信单元等部分组成。集中器既要做上位机的从机，又是载波电表的主机，其软、硬件的设计要求从根本上保证系统可靠、稳定。
主控器是集中器的核心，数据的采集、处理与传送都是在主控器的控制下进行的，外部扩展数据存储模块和时钟模块。数据存储器主要用于存储参数、变量、集中器自身的参数、所负责电表的参数以及电表电量等；实时时钟为集中器定时抄表提供时间标准；上行通道即集中器与上位机之间的通信线路，采用公用电话网络作为通信介质，上位机与集中器进行通信时要设置集中器连线所连接的电话号码；下行通道即集中器与载波电表之间的通信，采用以SSC P300为核心的电力载波方式进行抄表通信。集中器的组成结构框图如图4-1所示。
图4-l 集中器组成结构框图
时钟模块 数据存储模块 主 控 单 元 电力载波收发电路 低压电力网 Modem接口电路 公用电话网 4.2时钟模块
4.2.1设计思想
电力线载波抄表系统是一个与时间记录有很大关系的系统，上位机不但要从集中器采集电表数据，还要知道固定时刻电表数据的值，因此实时时钟是必不可少的。将时钟放在集中器上，既可以满足系统对时间信息的基本要求，也不会给系统增加过多的负担。当平时运行抄收命令时，集中器会每抄收一块电表就加上当时的时间。将时钟放在集中
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器上还有利于上位机对时钟进行精确校时。 4.2.2 时钟模块的选择[15]
本文选用的DS12887是DALLAS半导体公司新推出的实时时钟芯片,可直接取代DS1287,该芯片引脚少、体小、使用方便、价格便宜，功能丰富，应用广泛。它在工业控制及智能仪器仪表中有广泛用途,一般PC机内的时钟信号就是由DS12887提供的。DS12887的特点：(1)可作为个人计算机的时钟和日历；(2)与MCl46818B和DS1287的管脚兼容；(3)在没有外部电源的情况下可工作10年；(4)自带晶体振荡器及锂电池；(5)可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日、月、年七种日历信息并带闰年补偿；(6)用二进制码或BCD码来表示日历和闹钟信息；(7)并有128字节带掉电保护的RAM。DS12887的管脚图如下：
AD0-AD7：地址/数据，应接P0口；
MOT：总线类型选择，与89C51连接时接地； CS：片选 ；
AS：地址选通，与89C51连接时接ALE； R/W：读/写控制，与89C51连接时接WD； DS：数据选通，与89C51连接时接RD； RESET：复位，接+5V；
图4-5 DS12887的管脚图 IRQ：中断请求输
出。
4.2.3 时钟模块与单片机的连接[14]
时钟芯片在智能电量测量仪的设计中有着广泛的应用，显示积累值及当前时间。DS12887芯片在为系统提供时间信息的同时，还保证了积累值及其它重要数据在掉电情况下不致丢失 ，对时间的读取可以采用查询方式，即查询到位IRQ/为0时读时间，也可以采用中断方式使芯片每秒钟中断一次，在中断程序中读时间，为了提高工作效率
[16]通常采用中断方式。DS12887芯片与单片机的接口电路如图所示,因为与51系列单片
机连接，所以MOT接地；片选CS接138译码器的Y2端；IRQ端接一上拉电阻连到W77E58的中断INT1端，即采用中断方式读取时钟参数，当允许DS12887向单片机申请中断，SQW端输出为500ns的方波；数据模式为BCD码，时间采取24h模式。由于DS12887内部带有锂电池，可保证其正常工作达十年之久。所以不管外部供电电压如何，一旦启动DS12887的计时功能，它将自动地进行年、月、日、星期、时、分、秒的计时。并能保证在25℃环境温度的情况下，计时精度在±1min/月的范围内。
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图4-6 单片机与时钟芯片DS12887的连接电路
4.3电力线载波通信电路设计
电力线载波电路是负责与载波电表的通信，能同时接收多路电力载通信，每一路电力载波均有独立的收发系统。载波电路是整个系统的核心，本文采用SSC P300作为电力线载波专用调制解调芯片。需要配合外围功率放大电路和接收回路才能工作，载波通信的距离与外围电路设计优劣、功率小等密切相关。从SSCP300输出的信号幅度小、驱动能力弱，而且有各种谐波，因此要放大滤波，然后通过耦合电路将信号调制到电力线上。电力线传来的载波信号由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放大再送到SSCP300的接收端，再送给单片机进行处理，单片机中存储的数据经过现有的电话网传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进行控制。
低压扩频载波模块主要由SSCP300低压电力线扩频载波网络控制器、前置功放和电力线藕合电路构成，负责对单片机送来的数据进行线性扫频调制，放大后藕合到电力线上，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给单片机。这种数据通信采用了收发分时控制的半双工通讯。该模块与配变集中器的设计通信距离为1000米。在信道特性最恶劣的情况下，也要保证不小于600米。
低压电力线载波通信的原理结构框图如图4- 7所示。
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低压电力线 载波耦合 功率放大器 滤波器 缓冲器 S SCP 带通滤波器 前级放大器 3 0 图4-7 低压电力线载波通信的原理结构框图
电力线载波通信是电力线载波抄表集中器的核心任务，采用先进的载波调制原理，充分利用电子技术和微处理器技术，开发通用的电力线载波通信设备则是电力线载波抄表的重要基础工作。本文将以SSC P300为核心器件，就其工作原理、电路设计开发展开讨论。
扩频通信技术是将信息在载波调制的基础上再进行扩频调制，将信号频带展宽成比信息带宽大得多的宽频信息带进行通信的一种信息传输方式。扩频通信具有很强的抗干扰性能，通过相关分析实现可靠的数据传输。线性扩频是指在发送数据信号的一个周期内，其载波的频率作线性变化。线性调频信号的产生可由一个锯齿波信号调制压控振荡器来实现（与扫频信号相似）。发送时将该线性调频波作为载波来对传送的基带信号（信息数据）进行扩频调制，实现频谱扩展后形成相当带宽的低功率谱密度信号，通过输出放大器和媒介耦合电路传输到媒介；接收时电力线上的线性扩频信号通过耦合[滤波网络输入，并可采用匹配滤波器对线性调频信号进行压缩处理，使信号在一个很短的时间内输出集中的能量。而与滤波器不匹配的信号在时间上没有压缩，甚至反被扩展，从而提高信噪比。最后对检出的信号进行解调及相关处理，恢复原始信息。 4.3.1载波通信芯片SSCP300的发送与接收原理
SSCP300是Intellon公司推出的网络接口控制器提供了扩频载波电力线的传输技术,是符合CEBus标准的低价位产品,P300提供了EIA-600标准中的数据链路服务,物理层收发器,串行外围接口的主机接口；通讯中的数据链路功能的物理层的数据链路模式(DLL),控制模式(CON)和监控模式(MON)。
图4-10给出了SSCP300网络接口控制器的节点图，SSCP300提供了通讯中的数据链路功能和物理层协议服务,主处理器负责与SSCP300的通信及执行特殊的应用工作,SSCP300提供数据链路功能和物理层的协议LinkLa服务。其中特殊的DLL服务包含了对通信分组的发送和接收,对发送的字符由字节向符号转化,对于接收的分组由符号向节字转化,以及发送信道的存取和CRC的产生与校验,电力线模拟功能包括将信号频率耦合到媒体上,放大信号以驱动媒体的阻抗,对输入信号滤波。模拟通过信号首先从其SI脚进入SSCP300,然后被缓存放大器(Amp)所放大,放大后的信号通过A/D转化为数字
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信号,以便于对信号实施数字信号处理。对输入信号的数字信号处理,包括一个配套的滤波相关器以检测扩频“Chirps”的波形,而载体检测和媒介状态信息则被从DSP电路传输到数据链路层(DLL)的微处理器,以便于将分组解码,协议功能和最终的分组传输到主处理器。将欲发送的分组先从主处理器传输到内部的DLL微处理器,而DLL微处理器则将数据传输给DSP功能块。DSP可产生扩频载波(SSC)的高层状态和低层状态,通过D/A产生扩频“Chirps”模拟波形。当三态信号被置为高时,此波形经缓存后从SO脚输出,经功率放大模块(如P111)和变压器耦合到电力线上,为了保障扩频信号能够线性传输变压器应为1∶1,主处理器与SSCP300通过发布指令进行通信。[17]
从SSCP300输出的信号幅度小、驱动能力弱，而且有各种谐波，因此要放大滤波，然后通过耦合电路将信号调制到电力线上。电力线传来的载波信号由SSCP300接收，需一个带通滤波器，经过预放大再送到SSCP300的接收端，再送给单片机进行处理，单片机中存储的数据经过现有的电话网传送给控制计算机，控制计算机根据数据对供配电进行控制。
利用扩频载波技术开发多用户环境下的电力线Modem通信网络的通信模块是由电力线数据通信接口(PDCI)和电力线调制解调器(SSPM)构成。PDCI用于连接计算机和计算机、计算机和嵌入式设备,实现网络通信的上层(应用层和网络层)的通信协议。SSPM用于将数据包中的数据耦合到电力线上,实现网络通信的物理层和数据链路层的网络服务。SSPM是由SSC P300和SSC P111构成的,而SSPM是由主处理器W77E58控制核心控制的,SSC P111媒介接口和电力线耦合电路部分完成缓冲放大、低通滤波和信号耦合等功能。SSC P300网络接口控制器,实现具体的数据链路层功能(包括数据包的发送和接收、发送字节到符号的转换、接收符号到字节的转换及CRC的产生和校验等)。主处理器W77E58作为控制核心,控制通过5线的串行外围接口(SPI)把即将发送的分组先传输到SSC P300内部的DLL处理器,而DLL处理器则将数据传输给DSP功能块。DSP可以通过使用一个300点的ROM查询表来产生扩频载波(SSC)的高层状态和低层状态,此表可以驱动8位D/A转换器以产生SSC\IRPS\波的模拟波形。SSC P300从电力线上耦合并解调出来产生解调后的信号，主处理通过5线的串行外围接口SP2将从S2输入的解调后信号经过信号转换得到的数据分组接收进来，而PDCI实现SSPM和上位机的通信。我们选择使用计算机和嵌入式设备的标准接口RS-232和RS-485作为SSPM和上位机的通讯方式。[18]
下图为电力线载波通信模块