變電站數(shù)據(jù)采集通信modem及調制解調方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)傳輸領域，具體涉及一種變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM及調制解調 方法。
【背景技術】
[0002] 在變電站的數(shù)據(jù)采集過程中，變電站的數(shù)據(jù)采集終端與電能表數(shù)據(jù)采集主站(又 稱主站)之間的通信，是通過專線MODEM通信裝置來完成的。采用專線MODEM通信裝置能夠 可靠的將數(shù)據(jù)采集終端所采集的數(shù)據(jù)通過專線上傳到主站，通信距離可達到數(shù)千米，可靠 性極強。
[0003] 現(xiàn)有的專線MODEM通信裝置一般采用專用的通信芯片來完成傳輸信號的調制解 調工作。目前市面上最常見的專用的調制解調芯片是MSM7512B和ML7020兩種，ML7020的 功能較為強大，有幾種工作模式，現(xiàn)在主要使用ML7020。
[0004] 目前，專線MODEM通信模塊一般采用如圖1的方案：圖1中的單片機R5F100FE主 要功能是設置兩片ML7020的工作模式，通信模塊上電后單片機對ML7020的寄存器進行配 置，將一片設置為調制模式，一片設置為解調模式。圖中上面那一片ML7020用于信號調制 輸出，下面這片ML7020用于對輸入的調制信號進行解調。調制輸出的信號是以差分對的方 式輸出；輸入的調制信號同樣以差分對的方式輸入。兩片芯片與電能量采集終端是以串口 的方式進行通信。串口通信波特率固定為1200bps。此方案支持V. 23通信協(xié)議。
[0005] 但是，現(xiàn)有的專線MODEM通信裝置具有以下缺點： (1) 專用的調制解調芯片生產廠家很少，導致專用的調制解調芯片價格居高不下，采購 困難； (2) 目前所使用的調制解調芯片需要使用額外的單片機進行控制，使得產品成本較高。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種成本低廉、應用靈活的變電站數(shù)據(jù)采集通信 MODEM〇
[0007] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種該變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM采用的調制解調 方法。
[0008] 本發(fā)明提供的這種變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM，用于數(shù)據(jù)采集終端與主站之間的 通信，包括主控制器、調制輸出電路和輸入解調電路，其特征在于調制輸出電路采用數(shù)字/ 模擬轉換電路將調制輸出的信號轉換為模擬量信號進行輸出；輸入解調電路采用比較器將 輸入的調制模擬信號轉換為脈沖信號供主控制器采樣。
[0009] 所述的數(shù)字/模擬轉換電路為由R/2R網(wǎng)絡組成的硬件電路。
[0010] 所述主控制器將采樣到的脈沖信號解調后由第一輸入/輸出口輸出，再由第二輸 入/輸出口重采樣消除誤差后從第三輸入/輸出口輸出，以提高解調輸出信號的信號質量 和準確性。
[0011] 所述的主控制器為至少帶有2個定時器、1個外部中斷檢測輸入/輸出口和12個 輸入/輸出口的控制器。
[0012] 本發(fā)明提供的一種變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM采用的調制解調方法，包括調制輸 出方法和輸入解調方法，其特征在于所述的調制輸出方法包括如下步驟： (1) 用第一種頻率fl的正弦波表示高電平1，用第二種頻率f2的正弦波表示低電平0 ; 當調制輸出電路的輸入端電平發(fā)生變化時，調制輸出電路的輸出端輸出的波形連續(xù)，調制 輸出波形的峰峰值為Vpp; (2) 將一個周期的正弦波按時間n等分，依據(jù)公式生成離散的正 弦波形碼表，其中n彡2, m為從0到n-1的正整數(shù)，D為生成的正弦波形碼表的值； (3) 根據(jù)（2)中一個周期的等份數(shù)量，計算生成第一種頻率波形的間隔時間 rt = l..Y~/U，生成第二種頻率波形的間隔時間論二鋼設； (4) 當調制輸出電路的輸入端電平發(fā)生變換時，如果變換為高電平，則立即將間隔時間 調整為tl，以第一頻率fl按照正弦波形碼表輸出正弦波，如果變換為低電平，則將間隔時 間調整至t2,以第二頻率f2按照正弦波形碼表輸出正弦波； (5) 當調制輸出電路的輸入端電平發(fā)生變換時，取出正弦波形碼表的順序不發(fā)生變化， 用于保證數(shù)字/模擬電路輸出的波形連續(xù)性； 其特征還在于所述的輸入解調方法包括如下步驟： (1) 用第一種頻率為fl、周期為T1的正弦波表示高電平1，用第二種頻率為f2、周期為 T2的正弦波表示低電平0,且T1大于T2; (2) 主控制器測量輸入脈沖信號的高/低電平時間寬度t ; (3) 若t大于等于游?:，則認為被調制信號為高電平，將解調輸出口置為高電平；若 t小于等于含，則認為被調制信號為低電平，將解調輸出口置為低電平； (4) 若t不滿足（3)中的范圍，利用算式遲計算出tl 和t2,式中tl為時間t內前一種調制頻率信號所占時間，t2為時間t內后一種調制頻率信 號所占時間，且t=tl+t2;當步驟（3)解析出來的被調制信號電平與之前解調輸出的電平不 一致，則解調輸出口立即切換為解析出來的電平； (5) 若t滿足步驟（4)，則將解調輸出口繼續(xù)保持tl時間的電平狀態(tài)，當tl時間滿后 立即切換為相反電平狀態(tài)。
[0013] 所述的第一種頻率的正弦波為頻率為1300Hz正弦波，第二種頻率的正弦波為頻 率為2100Hz的正弦波。
[0014] 所述的解調方法還包括用主控制器輸入/輸出口進行解調誤差修正的方法，包括 如下步驟： (1)將解調輸出的波形輸入主控制器的第一輸入/輸出口，將主控制器的第二輸入/輸 出口連接數(shù)據(jù)采集終端的通信端口； (2 )當?shù)谝惠斎?輸出口檢測到下降沿中斷后，關閉第一輸入/輸出口的下降沿中斷檢 測功能與定時器定時中斷功能，同時設置定時器定時中斷時間為標準通信波特率的一個比 特時間的一半，然后啟動定時器； (3)當定時器產生定時中斷時，設置定時器定時中斷時間為標準通信波特率的一個比 特時間，同時讀取第一輸入/輸出口的電平狀態(tài)輸出至第二輸入/輸出口； (4) 重復步驟（3)直至第10位時開啟第一輸入/輸出口下降沿中斷檢測功能； (5) 重復步驟（4)直至第11位時關閉定時器定時中斷功能。
[0015] 所述的標準通信波特率為1200bps。
[0016] 所述的第一輸入/輸出口為帶有下降沿檢測功能的輸入/輸出口。
[0017] 所述的調制解調方法還包括通信自適應校驗位的方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 調制輸出電路模塊的輸入端僅檢測電平變換，不檢測實際發(fā)送的數(shù)據(jù)； (2) 在解調并經(jīng)過誤差修正輸出波形的第10比特位時開啟輸入/輸出口下降沿觸發(fā)中 斷功能，用于串口通信起始位同步； (3) 若此字節(jié)數(shù)據(jù)無奇偶校驗位，則第10位必定為停止位，為高電平，當采樣到下降沿 時，該字節(jié)數(shù)據(jù)結束； (4) 若此數(shù)據(jù)幀有奇偶校驗位，則第10位為奇偶校驗位，第11位為停止位，為高電平， 不會產生下降沿，從而完成一個字節(jié)數(shù)據(jù)的通信； (5) 若從第10位開始采樣，僅采樣到一位數(shù)據(jù)就采樣到了下降沿，則該數(shù)據(jù)幀無奇偶 校驗位；否則該數(shù)據(jù)幀存在奇偶校驗位。
[0018] 本發(fā)明提供的這種變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM及調制解調方法，采用硬件和軟件 相結合的方式完成了信號的調制、解調、誤差修正和通信校驗位的自適應，避免了采用專用 的調制解調芯片和額外的單片機控制器，成本較低，采購也比較方便；同時，本發(fā)明提供的 通信方法固化在通用的主控制器內，修改和應用比較靈活，適用性廣。
【附圖說明】
[0019]圖1為【背景技術】的功能模塊圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明的功能模塊圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明的調制輸出電路電路原理圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明的通信方法的調制輸出方法流程圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明的通信方法的輸入解調電路原理圖。
[0024] 圖6為本發(fā)明的通信方法的輸入解調方法流程圖。
[0025] 圖7為本發(fā)明的通信方法的解調波形誤差修正方法流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 如圖2所示，為本發(fā)明的功能模塊圖：本發(fā)明提供的變電站數(shù)據(jù)采集通信MODEM用 于數(shù)據(jù)采集終端與主站之間的通信，包括主控制器、調制輸出電路、運算放大器、輸出音頻 變壓器、輸出保護器、解調輸入電路、輸入音頻變壓器和輸入保護器；主控制器輸出的信號 通過調制輸出電路調制后，通過運算放大器放大，并通過輸出音頻變壓器和輸出保護器件 轉換為差分對的方式輸出至主站；主站通過差分對的方式輸出信號，通過輸入保護器件、輸 入音頻變壓器和解調輸入電路送入主控制器；主控制器將接收到的解調輸入電路的信號再 通過一個輸入/輸出口輸出并利用另一輸入/輸出口采樣，從而提高輸入解調信號的質量。
[0027] 如圖3所示，為本發(fā)明的調制輸出電路原理圖：調制輸出電路是由R/2R電阻網(wǎng)絡 組成的數(shù)字/模擬轉換器，主控制器的41~34共8個引腳，分別對應信號P20~P27,8個引腳 各自串聯(lián)一個阻值為2kfi的電阻，串聯(lián)的電阻共8個，在圖中的標號依次為R15、R17、R18、 R20、R21、R22、R29和R59,在串聯(lián)2kQ的電阻后，再在每兩個信號之間并聯(lián)一個lkQ的電 阻，并聯(lián)的電阻共8個，在圖中的標號依次為R40、R43、R54、R55、R56、R57和R58,同時，41 號引腳在串聯(lián)電阻后，還要通過一個2kQ的濾波電阻（圖中標號R39)接地，34號引腳串聯(lián) 電阻后，通過一個0. luF的濾波電容（圖中標號C48)接地，然后輸出調制信號FSK_OUT。
[0028] 如圖4所示，為本發(fā)明的通信方法的調制輸出方法流程圖，該方法包括如下步驟： (1) 用頻率fl=1300Hz的正弦波表示高電平1，用頻率f2=2100Hz的正弦波表示低電 平〇 ;當調制模塊的輸入端電平發(fā)生變化時，調制模塊的輸出端輸出的波形連續(xù)，調制輸出 波形的峰峰值為Vpp; (2) 將一個周期的正弦波n等分，依據(jù)公式D = 生成離散的正弦波形 碼表，公式中n彡2, m為從0~n-l的正整數(shù)； (3) 根據(jù)（2)中一個周期的等份數(shù)量，計算生成第一種頻率波形的間隔時間 = 1 w/U，生成第二種頻率波形的間隔時間; (4) 當調制輸出電路的輸入端電平發(fā)生變換時，如果變換為高電平，則立即將間隔時間 調整為tl，以第一頻率fl按照正弦波形碼表輸出正弦波，如果變換為低電平，則將間隔時 間調整至t2,以第二頻率f2按照