变电站数据采集通信modem及调制解调方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据传输领域，具体涉及一种变电站数据采集通信MODEM及调制解调 方法。
【背景技术】
[0002] 在变电站的数据采集过程中，变电站的数据采集终端与电能表数据采集主站(又 称主站)之间的通信，是通过专线MODEM通信装置来完成的。采用专线MODEM通信装置能够 可靠的将数据采集终端所采集的数据通过专线上传到主站，通信距离可达到数千米，可靠 性极强。
[0003] 现有的专线MODEM通信装置一般采用专用的通信芯片来完成传输信号的调制解 调工作。目前市面上最常见的专用的调制解调芯片是MSM7512B和ML7020两种，ML7020的 功能较为强大，有几种工作模式，现在主要使用ML7020。
[0004] 目前，专线MODEM通信模块一般采用如图1的方案：图1中的单片机R5F100FE主 要功能是设置两片ML7020的工作模式，通信模块上电后单片机对ML7020的寄存器进行配 置，将一片设置为调制模式，一片设置为解调模式。图中上面那一片ML7020用于信号调制 输出，下面这片ML7020用于对输入的调制信号进行解调。调制输出的信号是以差分对的方 式输出；输入的调制信号同样以差分对的方式输入。两片芯片与电能量采集终端是以串口 的方式进行通信。串口通信波特率固定为1200bps。此方案支持V. 23通信协议。
[0005] 但是，现有的专线MODEM通信装置具有以下缺点： (1) 专用的调制解调芯片生产厂家很少，导致专用的调制解调芯片价格居高不下，采购 困难； (2) 目前所使用的调制解调芯片需要使用额外的单片机进行控制，使得产品成本较高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的之一在于提供一种成本低廉、应用灵活的变电站数据采集通信 MODEM〇
[0007] 本发明的目的之二在于提供一种该变电站数据采集通信MODEM采用的调制解调 方法。
[0008] 本发明提供的这种变电站数据采集通信MODEM，用于数据采集终端与主站之间的 通信，包括主控制器、调制输出电路和输入解调电路，其特征在于调制输出电路采用数字/ 模拟转换电路将调制输出的信号转换为模拟量信号进行输出；输入解调电路采用比较器将 输入的调制模拟信号转换为脉冲信号供主控制器采样。
[0009] 所述的数字/模拟转换电路为由R/2R网络组成的硬件电路。
[0010] 所述主控制器将采样到的脉冲信号解调后由第一输入/输出口输出，再由第二输 入/输出口重采样消除误差后从第三输入/输出口输出，以提高解调输出信号的信号质量 和准确性。
[0011] 所述的主控制器为至少带有2个定时器、1个外部中断检测输入/输出口和12个 输入/输出口的控制器。
[0012] 本发明提供的一种变电站数据采集通信MODEM采用的调制解调方法，包括调制输 出方法和输入解调方法，其特征在于所述的调制输出方法包括如下步骤： (1) 用第一种频率fl的正弦波表示高电平1，用第二种频率f2的正弦波表示低电平0 ; 当调制输出电路的输入端电平发生变化时，调制输出电路的输出端输出的波形连续，调制 输出波形的峰峰值为Vpp; (2) 将一个周期的正弦波按时间n等分，依据公式生成离散的正 弦波形码表，其中n彡2, m为从0到n-1的正整数，D为生成的正弦波形码表的值； (3) 根据（2)中一个周期的等份数量，计算生成第一种频率波形的间隔时间 rt = l..Y~/U，生成第二种频率波形的间隔时间論二鋼设； (4) 当调制输出电路的输入端电平发生变换时，如果变换为高电平，则立即将间隔时间 调整为tl，以第一频率fl按照正弦波形码表输出正弦波，如果变换为低电平，则将间隔时 间调整至t2,以第二频率f2按照正弦波形码表输出正弦波； (5) 当调制输出电路的输入端电平发生变换时，取出正弦波形码表的顺序不发生变化， 用于保证数字/模拟电路输出的波形连续性； 其特征还在于所述的输入解调方法包括如下步骤： (1) 用第一种频率为fl、周期为T1的正弦波表示高电平1，用第二种频率为f2、周期为 T2的正弦波表示低电平0,且T1大于T2; (2) 主控制器测量输入脉冲信号的高/低电平时间宽度t ; (3) 若t大于等于游?:，则认为被调制信号为高电平，将解调输出口置为高电平；若 t小于等于含，则认为被调制信号为低电平，将解调输出口置为低电平； (4) 若t不满足（3)中的范围，利用算式遲计算出tl 和t2,式中tl为时间t内前一种调制频率信号所占时间，t2为时间t内后一种调制频率信 号所占时间，且t=tl+t2;当步骤（3)解析出来的被调制信号电平与之前解调输出的电平不 一致，则解调输出口立即切换为解析出来的电平； (5) 若t满足步骤（4)，则将解调输出口继续保持tl时间的电平状态，当tl时间满后 立即切换为相反电平状态。
[0013] 所述的第一种频率的正弦波为频率为1300Hz正弦波，第二种频率的正弦波为频 率为2100Hz的正弦波。
[0014] 所述的解调方法还包括用主控制器输入/输出口进行解调误差修正的方法，包括 如下步骤： (1)将解调输出的波形输入主控制器的第一输入/输出口，将主控制器的第二输入/输 出口连接数据采集终端的通信端口； (2 )当第一输入/输出口检测到下降沿中断后，关闭第一输入/输出口的下降沿中断检 测功能与定时器定时中断功能，同时设置定时器定时中断时间为标准通信波特率的一个比 特时间的一半，然后启动定时器； (3)当定时器产生定时中断时，设置定时器定时中断时间为标准通信波特率的一个比 特时间，同时读取第一输入/输出口的电平状态输出至第二输入/输出口； (4) 重复步骤（3)直至第10位时开启第一输入/输出口下降沿中断检测功能； (5) 重复步骤（4)直至第11位时关闭定时器定时中断功能。
[0015] 所述的标准通信波特率为1200bps。
[0016] 所述的第一输入/输出口为带有下降沿检测功能的输入/输出口。
[0017] 所述的调制解调方法还包括通信自适应校验位的方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 调制输出电路模块的输入端仅检测电平变换，不检测实际发送的数据； (2) 在解调并经过误差修正输出波形的第10比特位时开启输入/输出口下降沿触发中 断功能，用于串口通信起始位同步； (3) 若此字节数据无奇偶校验位，则第10位必定为停止位，为高电平，当采样到下降沿 时，该字节数据结束； (4) 若此数据帧有奇偶校验位，则第10位为奇偶校验位，第11位为停止位，为高电平， 不会产生下降沿，从而完成一个字节数据的通信； (5) 若从第10位开始采样，仅采样到一位数据就采样到了下降沿，则该数据帧无奇偶 校验位；否则该数据帧存在奇偶校验位。
[0018] 本发明提供的这种变电站数据采集通信MODEM及调制解调方法，采用硬件和软件 相结合的方式完成了信号的调制、解调、误差修正和通信校验位的自适应，避免了采用专用 的调制解调芯片和额外的单片机控制器，成本较低，采购也比较方便；同时，本发明提供的 通信方法固化在通用的主控制器内，修改和应用比较灵活，适用性广。
【附图说明】
[0019]图1为【背景技术】的功能模块图。
[0020] 图2为本发明的功能模块图。
[0021] 图3为本发明的调制输出电路电路原理图。
[0022] 图4为本发明的通信方法的调制输出方法流程图。
[0023] 图5为本发明的通信方法的输入解调电路原理图。
[0024] 图6为本发明的通信方法的输入解调方法流程图。
[0025] 图7为本发明的通信方法的解调波形误差修正方法流程图。
【具体实施方式】
[0026] 如图2所示，为本发明的功能模块图：本发明提供的变电站数据采集通信MODEM用 于数据采集终端与主站之间的通信，包括主控制器、调制输出电路、运算放大器、输出音频 变压器、输出保护器、解调输入电路、输入音频变压器和输入保护器；主控制器输出的信号 通过调制输出电路调制后，通过运算放大器放大，并通过输出音频变压器和输出保护器件 转换为差分对的方式输出至主站；主站通过差分对的方式输出信号，通过输入保护器件、输 入音频变压器和解调输入电路送入主控制器；主控制器将接收到的解调输入电路的信号再 通过一个输入/输出口输出并利用另一输入/输出口采样，从而提高输入解调信号的质量。
[0027] 如图3所示，为本发明的调制输出电路原理图：调制输出电路是由R/2R电阻网络 组成的数字/模拟转换器，主控制器的41~34共8个引脚，分别对应信号P20~P27,8个引脚 各自串联一个阻值为2kfi的电阻，串联的电阻共8个，在图中的标号依次为R15、R17、R18、 R20、R21、R22、R29和R59,在串联2kQ的电阻后，再在每两个信号之间并联一个lkQ的电 阻，并联的电阻共8个，在图中的标号依次为R40、R43、R54、R55、R56、R57和R58,同时，41 号引脚在串联电阻后，还要通过一个2kQ的滤波电阻（图中标号R39)接地，34号引脚串联 电阻后，通过一个0. luF的滤波电容（图中标号C48)接地，然后输出调制信号FSK_OUT。
[0028] 如图4所示，为本发明的通信方法的调制输出方法流程图，该方法包括如下步骤： (1) 用频率fl=1300Hz的正弦波表示高电平1，用频率f2=2100Hz的正弦波表示低电 平〇 ;当调制模块的输入端电平发生变化时，调制模块的输出端输出的波形连续，调制输出 波形的峰峰值为Vpp; (2) 将一个周期的正弦波n等分，依据公式D = 生成离散的正弦波形 码表，公式中n彡2, m为从0~n-l的正整数； (3) 根据（2)中一个周期的等份数量，计算生成第一种频率波形的间隔时间 = 1 w/U，生成第二种频率波形的间隔时间; (4) 当调制输出电路的输入端电平发生变换时，如果变换为高电平，则立即将间隔时间 调整为tl，以第一频率fl按照正弦波形码表输出正弦波，如果变换为低电平，则将间隔时 间调整至t2,以第二频率f2按照