基于標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖高保真?zhèn)鬏數(shù)姆椒?/h1>
2015-10-29 02:22:22翟曉卉孫艷玲何毓函張國(guó)棟劉蜜
山東電力技術(shù) 2015年12期
翟曉卉，孫艷玲，何毓函，張國(guó)棟，劉蜜
（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250003）
·班組創(chuàng)新·
基于標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖高保真?zhèn)鬏數(shù)姆椒?/p>
翟曉卉1，孫艷玲1，何毓函1，張國(guó)棟2，劉蜜1
（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250003）
介紹傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸方法的不足，提出了一種利用標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖進(jìn)行一對(duì)多傳輸高保真?zhèn)鬏數(shù)姆椒?，并基于RS485接口芯片進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)原理論述該方法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，通過(guò)試驗(yàn)論證高頻脈沖高保真?zhèn)鬏敺椒ǖ恼_性和可行性，該方法適用性強(qiáng)、成本低、集成度高。
標(biāo)準(zhǔn)電能；高頻脈沖；高保真?zhèn)鬏?；信?hào)傳輸
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛［1］，電能計(jì)量技術(shù)也越發(fā)成熟，高等級(jí)的電能標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多，電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)要求越來(lái)越高［2］，同時(shí)，用電信息采集終端檢測(cè)裝置精度要求也越來(lái)越高。標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖進(jìn)行一對(duì)多傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)因?yàn)橥饨缧盘?hào)干擾產(chǎn)生噪音、衰減、使標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖失真，影響標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖的保真度，進(jìn)而影響計(jì)量的準(zhǔn)確度［3］。標(biāo)準(zhǔn)高頻電能脈沖是電子式電能表重要的輸出信號(hào)，這就對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖的傳輸方法提出了更高的要求，電能信號(hào)的高頻率、低失真?zhèn)鬏敽投啾砦粰z測(cè)是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
針對(duì)電能高頻脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易被外界隨機(jī)信號(hào)干擾引起噪音、衰減等造成信號(hào)傳輸失真、變形和不能驅(qū)動(dòng)多數(shù)量接收電路等問(wèn)題，提出了一種實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖高保真?zhèn)鬏數(shù)募夹g(shù)和方法，采用RS485接口電路對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真、一對(duì)多傳輸，有效地解決標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸以及一對(duì)多的傳輸中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多路大量數(shù)據(jù)的高效同步傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸效率［4］。
1 傳統(tǒng)高頻脈沖信號(hào)傳輸方法
傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸方法是通過(guò)信號(hào)源發(fā)出的高頻脈沖信號(hào)，直接單相傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)高頻脈沖信號(hào)和單片機(jī)單元之間的數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。
圖1 傳統(tǒng)TTL電平信號(hào)傳輸方法
圖2 系統(tǒng)原理
在傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方法中，由于TTL信號(hào)為數(shù)字信號(hào)0和1，在傳輸過(guò)程中受高低電平電壓上、下限閾值限制，信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)有壓降損耗，當(dāng)距離太遠(yuǎn)時(shí)，就會(huì)存在壓降損耗而不能保證原有信號(hào)的正確接收。例如，當(dāng)發(fā)送的是高電平信號(hào)時(shí)，損耗后達(dá)不到TTL高電平下限電壓閾值，就會(huì)導(dǎo)致接收方接收到的是低電平信號(hào)，從而使數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方法不能滿足信號(hào)傳輸?shù)恼_性。
2 新型標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)姆椒?/h2>
2.1技術(shù)方案
在TTL電平信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，為了保證信號(hào)的高保真信號(hào)傳輸，采用RS485對(duì)脈沖源的TTL信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由TTL信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)的傳輸。TTL信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，而差分信號(hào)為模擬量，只要在兩點(diǎn)之間存在微小的電壓差，經(jīng)過(guò)模塊轉(zhuǎn)換解析后差值是正值就可以認(rèn)為是高電平，差值是負(fù)值就可認(rèn)為是低電平。因此在傳輸?shù)倪^(guò)程中，抗干擾性能力比較強(qiáng)。在接收信號(hào)時(shí)，又采用RS485進(jìn)行信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換，把差分信號(hào)還原成TTL信號(hào)，被還原后TTL信號(hào)可被單片機(jī)識(shí)別。總體方案見(jiàn)圖2。
2.2抗噪原理
標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸是為了能夠保證脈沖源發(fā)出的高頻脈沖信號(hào)不失真地傳遞［5］。采用RS485完成信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換。信號(hào)在傳輸過(guò)程中，具有明顯的抗噪能力。從原理上講，在差分信號(hào)傳輸線路上可以看出，若是理想狀況，線路沒(méi)有干擾時(shí)，在發(fā)送側(cè)，可以理解為：
IN=IN+-IN-
在接收側(cè)，可以理解為：
IN+-IN-=OUT
所以：OUT=IN
在實(shí)際線路傳輸中，線路存在干擾，并且同時(shí)出現(xiàn)在差分線上，在發(fā)送側(cè)，仍然是：
IN＝IN＋－IN－
線路傳輸干擾同時(shí)存在于差分對(duì)上，假設(shè)干擾為q，則接收則：
（IN＋＋q）－（IN－＋q）＝OUT
所以：
OUT＝IN
由此可見(jiàn)，噪聲被抑制。
2.3高頻脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)的過(guò)程
將非平衡傳輸?shù)腡TL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS（Low Voltage Differertial Signaling）信號(hào)，由一個(gè)RS485芯片來(lái)完成，又將平衡傳輸?shù)腖VDS差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL電平信號(hào)，由另一個(gè)RS485芯片來(lái)完成，如圖3所示。按照IEEE規(guī)定，終端匹配電阻為100 Ω，通常選擇100 Ω或120 Ω。
圖3 信號(hào)傳輸組成
應(yīng)用到系統(tǒng)中，其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程為：系統(tǒng)采用脈沖驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖時(shí)，經(jīng)功率放大，電平轉(zhuǎn)換芯片對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻信號(hào)調(diào)制成差分信號(hào)，經(jīng)雙絞總線式傳輸?shù)礁麟娔鼙硇ｒ?yàn)臺(tái)的誤差處理單元，差分信號(hào)再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片接收并還原成標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)輸送至單片機(jī)單元進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真、一對(duì)多傳輸。
該方法不僅能保證標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)母弑Ｕ嫣匦裕€可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，具有功耗低、誤碼率低、串?dāng)_低和輻射低等特點(diǎn)，終端適用性強(qiáng)、成本低、集成能力強(qiáng)、抗干擾與驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。
2.3.1發(fā)送單元電路設(shè)計(jì)
發(fā)送單元主要是選用RS485接口芯片SN65HVD3088ED，通過(guò)5 V電壓供電，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。RS485接口芯片的接收發(fā)送使能引腳固定接在5V直流電壓上，實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能。TTL電平信號(hào)通過(guò)發(fā)送引腳DI傳入RS485接口芯片，最終轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)從接口芯片的A、B端輸出。
圖4 TTL信號(hào)發(fā)送轉(zhuǎn)換電路
2.3.2接收單元電路設(shè)計(jì)
接收單元電路同樣選用RS485接口芯片SN65HVD3082ED，通過(guò)5V電壓供電，電路設(shè)計(jì)如圖5所示。RS485接口芯片的接收發(fā)送使能引腳固定接在直流地上，實(shí)現(xiàn)接收功能。差分信號(hào)由接口芯片的A、B引腳輸入。通過(guò)RS485接口芯片轉(zhuǎn)換，變成TTL電平信號(hào)由接收引腳RO送出。
圖5 TTL信號(hào)接收轉(zhuǎn)換電路
2.4結(jié)果驗(yàn)證
在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)示波器對(duì)該方法進(jìn)行模擬驗(yàn)證。所選示波器和差分探頭需要至少1GHz帶寬，示波器良好接地，使用3pin的AC輸入線，在示波器上除了連接差分探頭外，在其他通道上連接1個(gè)電壓探頭。采用的探頭耦合設(shè)置為交流耦合，Bandwidth設(shè)置為FULL，衰減設(shè)置為1；示波器時(shí)間軸設(shè)置為2 ns/格，軌跡亮度設(shè)置為100%；用低通道上的差分探頭測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)（CLK），另一個(gè)差分探頭測(cè)試數(shù)據(jù)信號(hào)（Data），觸發(fā)源選擇測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)的通道，觸發(fā)電平調(diào)到0，把示波器的Fastacq功能打開(kāi)，測(cè)試點(diǎn)選擇在輸入端口的測(cè)試點(diǎn)，也可選擇在信號(hào)終端匹配電阻端進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試波形如圖6所示。
圖6 信號(hào)讀取
在信號(hào)輸入、輸出時(shí)，波形的高低電平如圖7所示，比對(duì)分析輸出和輸入信號(hào)的高低電平，輸入時(shí)間延時(shí)tr，輸出時(shí)間延時(shí)tf，輸出信號(hào)只存在時(shí)間上的延時(shí)，并無(wú)變形等失真現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真?zhèn)鬏?，因此在傳輸過(guò)程中，也能進(jìn)行一對(duì)多傳輸。
圖7 信號(hào)波形圖
3 結(jié)語(yǔ)
標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)在一對(duì)多傳輸過(guò)程中容易被外界隨機(jī)信號(hào)干擾引起噪音、衰減等，造成信號(hào)傳輸失真、變形或傳輸速率低等問(wèn)參考文獻(xiàn)
題，提出一種利用RS485接口芯片對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)發(fā)送和接收的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)的傳輸。該方案已于成功應(yīng)用到國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院的用電信息采集終端檢測(cè)裝置中，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，不僅能保證標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)母弑Ｕ嫣匦?，而且終端適用性強(qiáng)、成本低、功耗低、傳送速度高、集成性高、抗干擾能力強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。
［1］李愛(ài)傳，李琳，于海芙.基于組態(tài)王的持水率計(jì)刻度標(biāo)定監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2011（5）：227－228.
［2］黃若谷.電能計(jì)量裝置的誤差及應(yīng)用設(shè)計(jì)研究［J］.中華民居（下旬刊），2013（12）：186－186.
［3］王一鶴.水表計(jì)量準(zhǔn)確度的影響因素分析［J］.科技風(fēng)，2013（11）：232－232.
［4］張愛(ài)國(guó).感應(yīng)式電能和信號(hào)同步傳輸技術(shù)的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.
［5］肖斌.退化圖像不變性識(shí)別研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2012.
High Fidelity Transmission Based on the High Frequency Pulse of the Standard Power
ZHAI Xiaohui1，SUN Yanling1，HE Yuhan1，ZHANG Guodong2，LIU Mi1
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan，250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan，250003，China）
Shortcomings of the traditional transmission method of the standard high-frequency pulse signal are briefly introduced.A high fidelity transmission method of the standard high frequency pulse is put forward.The system and circuit of the Hi-Fi transmission method are designed based on the RS485 interface chip.The process of the method is discussed according to principles of the system，and the correctness and feasibility are demonstrated by tests.The method is of wide applicability，low cost and high integration.
standard electric energy；high frequency impulse；Hi-Fi transmission；signal transmission
TB971
B
1007－9904（2015）12－0072－03
2015－08－16
翟曉卉（1982），女，工程師，主要從事電能計(jì)量工作。
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基于標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖高保真?zhèn)鬏數(shù)姆椒?/p>
翟曉卉1，孫艷玲1，何毓函1，張國(guó)棟2，劉蜜1
（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司，濟(jì)南250003）
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標(biāo)準(zhǔn)電能；高頻脈沖；高保真?zhèn)鬏?；信?hào)傳輸
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子器件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛［1］，電能計(jì)量技術(shù)也越發(fā)成熟，高等級(jí)的電能標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越多，電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)要求越來(lái)越高［2］，同時(shí)，用電信息采集終端檢測(cè)裝置精度要求也越來(lái)越高。標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖進(jìn)行一對(duì)多傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)因?yàn)橥饨缧盘?hào)干擾產(chǎn)生噪音、衰減、使標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖失真，影響標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖的保真度，進(jìn)而影響計(jì)量的準(zhǔn)確度［3］。標(biāo)準(zhǔn)高頻電能脈沖是電子式電能表重要的輸出信號(hào)，這就對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖的傳輸方法提出了更高的要求，電能信號(hào)的高頻率、低失真?zhèn)鬏敽投啾砦粰z測(cè)是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
針對(duì)電能高頻脈沖信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易被外界隨機(jī)信號(hào)干擾引起噪音、衰減等造成信號(hào)傳輸失真、變形和不能驅(qū)動(dòng)多數(shù)量接收電路等問(wèn)題，提出了一種實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖高保真?zhèn)鬏數(shù)募夹g(shù)和方法，采用RS485接口電路對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的發(fā)送和接收實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真、一對(duì)多傳輸，有效地解決標(biāo)準(zhǔn)電能脈沖信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸以及一對(duì)多的傳輸中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多路大量數(shù)據(jù)的高效同步傳輸，提高數(shù)據(jù)傳輸效率［4］。
1 傳統(tǒng)高頻脈沖信號(hào)傳輸方法
傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸方法是通過(guò)信號(hào)源發(fā)出的高頻脈沖信號(hào)，直接單相傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)高頻脈沖信號(hào)和單片機(jī)單元之間的數(shù)據(jù)交換，如圖1所示。
圖1 傳統(tǒng)TTL電平信號(hào)傳輸方法
圖2 系統(tǒng)原理
在傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方法中，由于TTL信號(hào)為數(shù)字信號(hào)0和1，在傳輸過(guò)程中受高低電平電壓上、下限閾值限制，信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)有壓降損耗，當(dāng)距離太遠(yuǎn)時(shí)，就會(huì)存在壓降損耗而不能保證原有信號(hào)的正確接收。例如，當(dāng)發(fā)送的是高電平信號(hào)時(shí)，損耗后達(dá)不到TTL高電平下限電壓閾值，就會(huì)導(dǎo)致接收方接收到的是低電平信號(hào)，從而使數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方法不能滿足信號(hào)傳輸?shù)恼_性。
2 新型標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)姆椒?/h2>
2.1技術(shù)方案
在TTL電平信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，為了保證信號(hào)的高保真信號(hào)傳輸，采用RS485對(duì)脈沖源的TTL信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由TTL信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)的傳輸。TTL信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，而差分信號(hào)為模擬量，只要在兩點(diǎn)之間存在微小的電壓差，經(jīng)過(guò)模塊轉(zhuǎn)換解析后差值是正值就可以認(rèn)為是高電平，差值是負(fù)值就可認(rèn)為是低電平。因此在傳輸?shù)倪^(guò)程中，抗干擾性能力比較強(qiáng)。在接收信號(hào)時(shí)，又采用RS485進(jìn)行信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換，把差分信號(hào)還原成TTL信號(hào)，被還原后TTL信號(hào)可被單片機(jī)識(shí)別。總體方案見(jiàn)圖2。
2.2抗噪原理
標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸是為了能夠保證脈沖源發(fā)出的高頻脈沖信號(hào)不失真地傳遞［5］。采用RS485完成信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換。信號(hào)在傳輸過(guò)程中，具有明顯的抗噪能力。從原理上講，在差分信號(hào)傳輸線路上可以看出，若是理想狀況，線路沒(méi)有干擾時(shí)，在發(fā)送側(cè)，可以理解為：
IN=IN+-IN-
在接收側(cè)，可以理解為：
IN+-IN-=OUT
所以：OUT=IN
在實(shí)際線路傳輸中，線路存在干擾，并且同時(shí)出現(xiàn)在差分線上，在發(fā)送側(cè)，仍然是：
IN＝IN＋－IN－
線路傳輸干擾同時(shí)存在于差分對(duì)上，假設(shè)干擾為q，則接收則：
（IN＋＋q）－（IN－＋q）＝OUT
所以：
OUT＝IN
由此可見(jiàn)，噪聲被抑制。
2.3高頻脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)成差分信號(hào)的過(guò)程
將非平衡傳輸?shù)腡TL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成平衡傳輸?shù)腖VDS（Low Voltage Differertial Signaling）信號(hào)，由一個(gè)RS485芯片來(lái)完成，又將平衡傳輸?shù)腖VDS差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成非平衡傳輸?shù)腡TL電平信號(hào)，由另一個(gè)RS485芯片來(lái)完成，如圖3所示。按照IEEE規(guī)定，終端匹配電阻為100 Ω，通常選擇100 Ω或120 Ω。
圖3 信號(hào)傳輸組成
應(yīng)用到系統(tǒng)中，其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程為：系統(tǒng)采用脈沖驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖時(shí)，經(jīng)功率放大，電平轉(zhuǎn)換芯片對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻信號(hào)調(diào)制成差分信號(hào)，經(jīng)雙絞總線式傳輸?shù)礁麟娔鼙硇ｒ?yàn)臺(tái)的誤差處理單元，差分信號(hào)再經(jīng)電平轉(zhuǎn)換芯片接收并還原成標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)輸送至單片機(jī)單元進(jìn)行信息處理，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真、一對(duì)多傳輸。
該方法不僅能保證標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)母弑Ｕ嫣匦裕€可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接，具有功耗低、誤碼率低、串?dāng)_低和輻射低等特點(diǎn)，終端適用性強(qiáng)、成本低、集成能力強(qiáng)、抗干擾與驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。
2.3.1發(fā)送單元電路設(shè)計(jì)
發(fā)送單元主要是選用RS485接口芯片SN65HVD3088ED，通過(guò)5 V電壓供電，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。RS485接口芯片的接收發(fā)送使能引腳固定接在5V直流電壓上，實(shí)現(xiàn)發(fā)送功能。TTL電平信號(hào)通過(guò)發(fā)送引腳DI傳入RS485接口芯片，最終轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)從接口芯片的A、B端輸出。
圖4 TTL信號(hào)發(fā)送轉(zhuǎn)換電路
2.3.2接收單元電路設(shè)計(jì)
接收單元電路同樣選用RS485接口芯片SN65HVD3082ED，通過(guò)5V電壓供電，電路設(shè)計(jì)如圖5所示。RS485接口芯片的接收發(fā)送使能引腳固定接在直流地上，實(shí)現(xiàn)接收功能。差分信號(hào)由接口芯片的A、B引腳輸入。通過(guò)RS485接口芯片轉(zhuǎn)換，變成TTL電平信號(hào)由接收引腳RO送出。
圖5 TTL信號(hào)接收轉(zhuǎn)換電路
2.4結(jié)果驗(yàn)證
在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)示波器對(duì)該方法進(jìn)行模擬驗(yàn)證。所選示波器和差分探頭需要至少1GHz帶寬，示波器良好接地，使用3pin的AC輸入線，在示波器上除了連接差分探頭外，在其他通道上連接1個(gè)電壓探頭。采用的探頭耦合設(shè)置為交流耦合，Bandwidth設(shè)置為FULL，衰減設(shè)置為1；示波器時(shí)間軸設(shè)置為2 ns/格，軌跡亮度設(shè)置為100%；用低通道上的差分探頭測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)（CLK），另一個(gè)差分探頭測(cè)試數(shù)據(jù)信號(hào)（Data），觸發(fā)源選擇測(cè)試時(shí)鐘信號(hào)的通道，觸發(fā)電平調(diào)到0，把示波器的Fastacq功能打開(kāi)，測(cè)試點(diǎn)選擇在輸入端口的測(cè)試點(diǎn)，也可選擇在信號(hào)終端匹配電阻端進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試波形如圖6所示。
圖6 信號(hào)讀取
在信號(hào)輸入、輸出時(shí)，波形的高低電平如圖7所示，比對(duì)分析輸出和輸入信號(hào)的高低電平，輸入時(shí)間延時(shí)tr，輸出時(shí)間延時(shí)tf，輸出信號(hào)只存在時(shí)間上的延時(shí)，并無(wú)變形等失真現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)的高保真?zhèn)鬏?，因此在傳輸過(guò)程中，也能進(jìn)行一對(duì)多傳輸。
圖7 信號(hào)波形圖
3 結(jié)語(yǔ)
標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)在一對(duì)多傳輸過(guò)程中容易被外界隨機(jī)信號(hào)干擾引起噪音、衰減等，造成信號(hào)傳輸失真、變形或傳輸速率低等問(wèn)參考文獻(xiàn)
題，提出一種利用RS485接口芯片對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)發(fā)送和接收的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)TTL信號(hào)的傳輸。該方案已于成功應(yīng)用到國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院的用電信息采集終端檢測(cè)裝置中，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，不僅能保證標(biāo)準(zhǔn)電能高頻脈沖信號(hào)傳輸?shù)母弑Ｕ嫣匦?，而且終端適用性強(qiáng)、成本低、功耗低、傳送速度高、集成性高、抗干擾能力強(qiáng)，具有較好的應(yīng)用推廣價(jià)值。
［1］李愛(ài)傳，李琳，于海芙.基于組態(tài)王的持水率計(jì)刻度標(biāo)定監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2011（5）：227－228.
［2］黃若谷.電能計(jì)量裝置的誤差及應(yīng)用設(shè)計(jì)研究［J］.中華民居（下旬刊），2013（12）：186－186.
［3］王一鶴.水表計(jì)量準(zhǔn)確度的影響因素分析［J］.科技風(fēng)，2013（11）：232－232.
［4］張愛(ài)國(guó).感應(yīng)式電能和信號(hào)同步傳輸技術(shù)的研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.
［5］肖斌.退化圖像不變性識(shí)別研究［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2012.
High Fidelity Transmission Based on the High Frequency Pulse of the Standard Power
ZHAI Xiaohui1，SUN Yanling1，HE Yuhan1，ZHANG Guodong2，LIU Mi1
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan，250003，China；2.Shandong Zhongshi Yitong Group Co.，Ltd.，Jinan，250003，China）
Shortcomings of the traditional transmission method of the standard high-frequency pulse signal are briefly introduced.A high fidelity transmission method of the standard high frequency pulse is put forward.The system and circuit of the Hi-Fi transmission method are designed based on the RS485 interface chip.The process of the method is discussed according to principles of the system，and the correctness and feasibility are demonstrated by tests.The method is of wide applicability，low cost and high integration.
standard electric energy；high frequency impulse；Hi-Fi transmission；signal transmission
TB971
B
1007－9904（2015）12－0072－03
2015－08－16
翟曉卉（1982），女，工程師，主要從事電能計(jì)量工作。
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