基于電力載波芯片的家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

線路訪問有異步和同步兩種通信方式，可以通過內(nèi)部寄存器來選擇。當(dāng)ST7538在數(shù)據(jù)接收模式時(shí)，內(nèi)部鎖相回路恢復(fù)參考時(shí)鐘，并且在CLR／T上升沿時(shí)RxD上的數(shù)據(jù)有效。
當(dāng)ST7538在數(shù)據(jù)發(fā)送模式時(shí)，參考時(shí)鐘由內(nèi)部產(chǎn)生，并且TxD上的數(shù)據(jù)在CLR／T的上升沿被讀取。如果RxTx線被設(shè)置為1且REG_DATA=O，則ST7538進(jìn)入閑置狀態(tài)，并且CLR／T被迫使為低電平。經(jīng)過一段時(shí)間，調(diào)制解調(diào)器開始在RxD上提供接收到的數(shù)據(jù)。如果RxTx線被設(shè)置為0且REG_DATA=0，則SF7538進(jìn)入一個(gè)閑置狀態(tài)并且發(fā)送電路打開，經(jīng)過一段時(shí)間，解調(diào)器開始發(fā)送數(shù)據(jù)到TxD端口。
讀寫控制寄存器時(shí)，操作ST7538控制寄存器總是使用同步方式，且使用和主接口相同的接口線(RxD、TxD和CLR／T)以及REG_DATA。當(dāng)REG_DATA=0并且RxTx=O時(shí)，TxD線的數(shù)據(jù)首先寫入控制寄存器的最高有效位(MSB)，在CLR／T的上升沿采樣TxD狀態(tài)?？刂萍拇嫫鞯膬?nèi)容在寄存器存取結(jié)束(REG_DATA下降沿)時(shí)更新，如果超過24位傳輸，則只有最后的24位有效。當(dāng)REG_DATA=1并且RxTx=1時(shí)，控制寄存器的內(nèi)容傳送到RxD口，CLR／T上升沿時(shí)穩(wěn)定，并且首先傳輸最高有效位(MSB)。
當(dāng)RxTx=1、REG_DATA=0時(shí)，接收電路部分處于工作狀態(tài)。輸入信號(hào)從RAI引腳取得，以SGND為參考地，并經(jīng)過帶通前置濾波(±10 kHz)，可通過設(shè)置控制寄存器23位取消前置濾波器。輸入階段在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，在噪音環(huán)境下接收到很弱的信號(hào)。所應(yīng)用的波形幅度由自動(dòng)增益控制機(jī)構(gòu)(AGC)自動(dòng)調(diào)整，再經(jīng)過一個(gè)窄帶帶通濾波器，之后信號(hào)被一個(gè)混頻器通過FSK調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的正弦波修整，在送入FSK解調(diào)器之前通過中頻帶低通濾波器進(jìn)一步改善信號(hào)，最后FSK解調(diào)器將信號(hào)傳至RX邏輯進(jìn)行最后的數(shù)字濾波。當(dāng)RAI引腳沒有檢測(cè)到標(biāo)志或空頻率時(shí)，數(shù)字濾波能消除帶尖峰的遠(yuǎn)大于零的噪音信號(hào)。在接收模式下，標(biāo)志和空頻率必須拉開至少“波特率／2”，以便正確解調(diào)。當(dāng)ST7538處在數(shù)據(jù)接收模式時(shí)，發(fā)送器電路(包括功率接口)都被關(guān)斷，這樣可以使器件達(dá)到很低的電流消耗(典型為5 mA)。

2 服務(wù)器的搭建
采用家用電腦，在電腦上安裝Microsoft IIS服務(wù)器，并制作成網(wǎng)站形式，用戶可以遠(yuǎn)程訪問屬于自己的頁面。其中，頁面上顯示出家電當(dāng)前的狀態(tài)，并可以通過按鈕來發(fā)送控制命令，進(jìn)而控制家電的狀態(tài)，比如燈的亮和滅。網(wǎng)頁采用Visual Studio 2008開發(fā)軟件，用C#語言編寫。上位機(jī)軟件和下位機(jī)主控制器采用串口進(jìn)行通信，而主節(jié)點(diǎn)控制器和從節(jié)點(diǎn)控制器通過ST7538在220 V電力線上進(jìn)行通信。

3 電力線接口電路設(shè)計(jì)
電力線接口電路的功能是將調(diào)制解調(diào)芯片與電力線相耦合。它的性能決定了通信效果的好壞，是實(shí)現(xiàn)載波通信的關(guān)鍵，主要包括發(fā)送濾波電路、接收濾波電路和耦合保護(hù)電路。發(fā)送濾波電路對(duì)ATOP1、ATOP2輸出的載波信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除摻雜在信號(hào)中的諧波噪聲和偽信號(hào)，從而將處理后的信號(hào)以較高的效率和一定的功率耦合到電力線上。在圖2中，由C4、L1和C3、C5、R1、L3構(gòu)成一個(gè)四階帶通濾波器，所用的信道頻率為132．5 kHz；接收濾波電路用以濾除指定頻率以外的無用信號(hào)和噪聲，將有用的載波信號(hào)輸入給ST7538，采用并聯(lián)諧振電路，由R2、L2、C2、C1構(gòu)成二階無源帶通濾波器，中心頻率為132．5 kHz(由L2、C2的值決定)；耦合保護(hù)電路用來隔離交流220 V強(qiáng)電信號(hào)，其中D1、D2、D3用于防止電力線上的浪涌或沖擊等高能量信號(hào)對(duì)后級(jí)電路的損壞。ST7538的Vsense、CL腳用于引入對(duì)輸出電壓、電流進(jìn)行自動(dòng)增益控制的反饋信號(hào)。

從圖2中可以看出，ST7538的外圍器件相對(duì)較少。ST7538是采用FSK調(diào)制技術(shù)的高集成度電力載波芯片，內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，包括功率放大、電壓／電流自動(dòng)控制，因此大大簡化了應(yīng)用電路。ST7538還提供了看門狗、時(shí)鐘輸出、復(fù)位、5 V／3．3 V電源輸出等，可以方便地與單片機(jī)相連接。