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SSCP300电力线网络接口控制器的应用           
SSCP300电力线网络接口控制器的应用
作者:佚名 文章来源:不详 点击数: 更新时间:2008-9-24 9:57:39
左东广 卞树檀 王国华 叶 川
西安市第二炮兵工程学院 1 引言     随着现代社会自动化进程的不断发展,各种节省大量人力、物力的自动化系统、仪器、仪表不断涌现。Intellon公司为适应这一形势发展的需要,设计出了基于电力线载波技术的各种网络接口控制器,SSCP300即为其中的一种。SSCP300是一种CEBus总线兼容、高度集成的电力线网络信号收发控制器。它利用传输稳定可靠、通信保密程度高的扩频载波技术,通过CRC校验,来实现网络信息的安全传递。SSCP300提供了数据链接层(DLL)的控制逻辑,符合EIA-600标准的通道访问及通信服务,扩频载波(SSC,Spread Spectrum CarrierTM)技术的电力线信号收发器,信号调理电路以及同数据处理及控制部分联接的SPI·serial peripheral interface)接口电路。基于此,SSCP300在小区自动化建设,远程电网抄表网络的构建等方面有着极为广阔的应用空间。笔者曾参与了电网远程抄表系统设计的部分工作,其中的载波通信模块即是基于SSC P300而设计的。本文给出了远程抄表系统的原理框图及载波模块的部分电原理图,给出了在开发应用SSC P300时应注意的有关问题,并且给出了开发应用SSC P300的部分原代码以供参考。 2  SSCP300概述     SSCP300网络接口控制器的主要有数字控制逻辑电路(SPI接口)、内部逻辑控制寄存器、时钟电路、A/D、D/A、信号调制电路等部分构成,外观结构如图1。     其中SPI总线接口用于实现同微控制器的连接,由5根口线组成,时钟线(SCLK)、数据输入线(SDI)、数据输出线(SDO)、片选线(CS*),中断请求线(INT*),其中CS*的有效与否由微控制器选择,时钟信号也由主控制器发出。通过SPI接口,SSCP300同微控制器进行数据通信的读写逻辑时序图应如图2、3所示(数据读写发生在时钟脉冲的上升沿进行)。         应用SSC P300作为网络接口控制器时,它也可以主动要求微控制器对其进行服务。这时它首先通过INT*引线给出一个低电平的信号,向微控制器发出服务请求。微控制器响应其请求后,应首先通过对SSCP300状态标志寄存器的判断,查看是何种请求,而后给出相应的服务程序。此时,SSCP300的逻辑时序应如图4所示。       SSCP300网络接口控制器同模拟信号的接口主要通过TS、SI、SO三根模拟口线完成,TS端在向外发送扩频信号时有效,从而可以控制外部的功率放大电路的工作状态,SO为扩频信号输出端,SI为扩频信号输入端。     SSCP300内部共有100个字节的数据寄存器(如表1),用来实现与微控制器的数据通信,并通过SSCP300实现同系统网络其它接点的数据通信。         SSCP300的工作过程可分为如下三种情况:(1)初始化:给出SSCP300所属接点的系统配置信息,确定SSCP300所属接点的系统地址,通信工作方式等。(2)向系统中其它网络节点传送信息:这需要微控制器对SSCP300进行控制,给出需要通信的目的地址及需要传送的有效数据,SSCP300可以通过内部的信号调理电路将通信数据变换成扩频信号,并通过外部的功率放大电路耦合到电网中,到达目的节点。(3)接收系统网络中其它节点的有效通信数据。SSCP300工作在监控状态,当其它接点向本节点发送信号时,SSCP300将扩频信号进行解调,并通过AD转换电路变为数字信号将数据寄存接收数据包寄存器内,同时通过INT*引脚向微控制器发出服务请求,微控制器可通过对SSCP300内部接口标志寄存器内容的判断,进行相应的通信服务。     在应用SSCP300时应注意的一点是,其发送及接收数据包均为41个字节,有效的通信数据最多为32字节,因而这限制了它在其它场合的广泛应用,但在构建远程抄表系统,如果配上专门设计的功率放大电路,则完全满足低成本、高性能远程电路电网通信要求。 3  SSCP300在抄表网络中的应用     远程自动抄表系统是专为供电部门开发研制的,它采用扩频调制技术,将电能表的用电情况通过低压电网(不用另外架设网络),再经过一个路游设备(Modem)的转换通过公用电话网回送用电管理中心进行集中处理,管理中心也可以以同样的方式对用电单元(一个电表为一个用电单元)进行远程实时控制,如用电状态监控、远程断电与送电等。该系统集计算机、数字通信等多项技术于一体,具有抄收速度快,数据精度高,数据传输可靠,实时性好等显著特点。即有利于消除人工抄表方式带来的抄表误差,有效地避免人情电、关系电等现象的出现,提高线损统计的准确性,有效地防止和发现窃电行为,又可保证供、用电的平衡安全运行,对供电部门管理手段的现代化具有十分重要的意义。其基本的结构如图5所示。       SSCP300主要应用于该系统载波通信模块的设计。为了便于实现对数字电表及SSCP300的控制,该载波器采用了89C51单片机作为微控制器,同时也为了降低成本,其中的数字接口部分电路示于图6。图中SN75176为一RS485接口转换电路,实现一个节点控制多个数字电表的功能;MAX813是一个看门狗,实现对该模块的程序监控。在该电路中,由于AT89C51单片机没有提供SPI接口电路,故而通过其P1口的部分口线及INT0引脚模拟了SPI的接口电路。在设计电路时,应注意的是SSCP300内部有模拟电路及数字电路,因而对外部的模拟地及数字地的加接应尽可能的在一点完成。载波模块通过SSCP300的TS、SI、SO实现对功率放大电路的控制,使有效的数据信息通过功放电路的放大耦合从而在整个系统网络中传递。上述电路再加上功率放大电路即构成基于电力线载波的远程通信模块。       AT89C51通过其P1口与SSCP300实现数据通信。在实现微控制器同SSCP300的数据通信时,通过SPI接口总线,对SSCP300内部寄存器的数据单字节的读程序流程如下图所示,向SSCP300内部寄存器进行写数据的流程与此相反。       应用SSCP300的难点在于对SSCP300内部寄存器的读写操作,因而在合理设计硬件电路的基础上,要充分了解SSCP300的数据读写控制逻辑,尤其是SSCP300本身所属网络的系统属性及自身配置信息。这里给出对SSCP300进行控制时的部分采和C语言编写程序的代码。


    这段程序的目的在于完成微控制器与SSCP300有关的数据更新,或通过SSCP300外其它网络节点传送必要的通信信息,或者通过SSCP300网络接收其它网络节点传递给自身的有关信息,其中的标志信息由中断服务程序设定。SSCP300工作于DLL模式。该段程序代码与中断服务程序、初始化程序、读写指令程序、数据打包程序模块等代码一起即可实现微控制器对SSCP300的控制。 4  应用SSCP300网络接口控制器应注意的一些问题     在应用SSCP300时,设计人员一般应注意以下几个问题:     (1)SSCP300接口芯片读入或送出数据发生在时钟信号的上升沿。在进行编程时应使数据保持稳定后再进行数据的读写操作;     (2)数据需保持的最低有效时间,避免在SSCP300接口芯片未完成读写数据时即进行下一次的读写操作,出现数据信息的丢失;     (3)应注意SSCP300网络接口控制器发出中断数据请示信号后,所需的响应时间,以避免出现请求服务信号发出后长时间处于等待状态而致使数据信息丢失等情况的出现。     (4)在SSCP300进行数据通信时,通信字节位发出的顺序为MSB…LSB方式。     (5)SSCP300的TS端只有在输出经过扩频调制的信号时有效。利用这一属性可以控制功率放大电路使其工作在开关状态,以便于节省能源。 5  结束语     本文介绍了SSCP300网络接口控制器在远程抄表系统中的应用,给出了系统结构及部分电路原理图,并且给出了设计人员应用SSCP300时应注意的对几个问题及部分的程序代码以供参考。对SSCP300网络接口控制器的更为详细的了解请参阅文献[1]。  参考文献 [1]李华,等.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社,1993 [2]左东广,魏瑞轩.SPI接口技术及应用[J].工业控制计算机,2001,2,P9-10

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