基于PLC的TTU通信模块的设计

ST7538与微处理器之间通过SPI口进行通信，通过微处理器与ST7538的串口RxD、TxD和CLR/T可以实现微控制器与ST7538的数据交换。ST7538的工作模式由REG_DATA和RxTx的状态决定。微处理器与ST7538之间的通信采用同步方式，CLR/T作为参考时钟。ST7538处于接收数据状态时，RxTx为低，待发数据从TxD脚进入ST7538,时钟上升沿时被采样，并送入FSK调制器调制，调制信号经D/A转换、滤波和自动电平控制电路(ALC)，再通过差分放大器输出到电力线。ST7538处于接收数据状态时，RxTx为高，信号由模拟输入端RAI脚进入ST7538,经过一个带宽±10 kHz的带通滤波器，送入一个带有自动增益AGC的放大器。此信号再经过解调、滤波和锁相变成串行数字信号，输出给微处理器ARM。

信号滤波部分包括输入窄带滤波器和输出窄带滤波器两部分。输入滤波电路采用并联电流谐振电路，滤除指定频率以外的无用信号和噪声。输出滤波电路采用串联电压谐振电路，避免无用信号耦合到电力线上。

电力线信号耦合保护电路由功率放大器、输出保护匹配电路和输入增益平衡匹配电路3个基本部分组成，其耦合方式采用电容耦合。

2 配变监测终端通信模块的软件设计

2.1通信协议的制定

通信模块的通信协议根据DNP3.0规约制定，数据链路层的数据采用一种可变帧长格式：FT3。一个FT3帧被定义为一个固定长度的报头，随后是可以选用的数据块，每个数据块附有一个16 位的 CRC 校验码。固定的报头含有两个字节的起始字，一个字节的长度(LENGH)，一个字节的链路层控制字 (CONTROL)，一个16位的目的地址，一个16位的源地址和一个16位的CRC校验码，其帧格式如表1所示。



起始字：2字节，0x0564。

长度：1字节，是控制字、目的地址、源地址和用户数据之和，255≥长度≥5。

目的地址：2个字节，低字节在前。

源地址：2个字节，低字节在前。

用户数据：跟在报头之后的数据块，每16个字节一块，最后一个块包含剩下的字节,可以是1"16个字节。每个数据块都有一个CRC循环冗余码挂在后面。

CRC循环冗余码：2个字节。在一个帧内，挂在每个数据块之后。

控制字与功能码：通信控制字包含有本帧的传输方向，帧的类型以及数据流的控制信息。功能码的具体设定为:

对于原发送方的帧：
0：使远方链路复位
1：使远方进程复位
3：发送用户数据，须对方确认
4：发送用户数据，不须对方确认
9：询问链路状态
　  对于从方发送帧：
0：肯定确认
1：否定确认
11：回答链路状态

2.2 通信模块的软件设计方案

通信模块平时工作在载波接收状态，接收到一帧数据后解调给TTU数据采集端，TTU采集端接收并返回数据，数据调制后经电力线传给主站经解调后给采集终端。在规定的时间内RS485接收到数据时进行载波发送，数据发送结束后返回接收状态。若在规定的时间内RS485没有接收到数据也自动返回载波接收状态。通信模块的软件流程如图3所示。



当通信模块判断有帧命令接收时，开始解调，即载波接收，限定时间为5 s，在解调过程中同时判断帧命令，有则重新连续解调。有帧命令接收时才允许串口接收，限定时间为1.5 s。接收帧命令开始解调后，即向串口发送命令，TTU数据采集端接收到命令后,根据命令的指示进行数据的采集与处理，分析数据状态，并把采集与分析结果发送到串口。当通信模块接收帧头找到后1.5 s内收到采集端的返回数据，则将数据进行调制，向电力线发送，即载波发送，限时5 s，若帧头找到后1.5 s内没有收到采集端的返回数据,则禁止接收TTU采集端的数据。载波发送完毕，通信模块再次回到接收状态，等待主站的下一次命令。

本文实现了配电变压器监测系统通信模块的设计，该模块基于电力线载波通信技术，通过电力线与配电主站进行通信，无需另架线路，具有性价比好，集成度高，工作可靠的优点。通信模块与配电变压器的数据采集与分析处理模块结合在一起，构成配电变压器的监测终端，使配电变压器监测终端集采集、处理、通信于一体，改善了配电变压器监测终端的功能，优化了其设计，提高了整个监测终端的性能，具有很好的发展前景。