KQ-330载波模块与51系列单片机构建双向载波通信设计实现.doc

一种简易的51单片机双机通讯的算法思想摘要：在现在的机电自动化产品中，控制系统大多是单片机。

对于一些简单的机电传动系统或是机电一体化设备，往往采用的是一个单片机作为主控板，配合动力元件，如：舵机、直流电机、步进电机、伺服电机等。

带动机械元件，如：连杆，丝杠，光轴、齿轮、凸轮等运动，通过这些机械元件运动的相互配合完成所期望的运动。

而对于一些复杂的机电传动系统或是机电一体化设备，单一的单片机已经不能满足我们的需求，因为一个单片机上的资源，如I＼O 口，定时器，中断源的数目有限。

那么就要采用两个或是多个单片机组成控制系统进行控制机械进行运动。

采用两个以上的单片机不等不考虑的问题就是单片机之间的通信。

在常规的方法中往往采用的是双机通信协议或是多机通讯协议。

但是这些协议有些复杂，通过我们组的学习与实践种提出了一中简易双机通讯的思想，并且在试验和实践中得到了验证。

关键词：简易的，双机通讯在单片机之间的通讯方式中的双机通讯，他门要遵循一些固定的思维方式。

而我门组对于双机通讯方式都提出了一种简单的算法思想。

对于单片机双机通讯，它实际上是串口通讯，但是其中的关键就是单片机之间要共地。

因为在单片机之间在传递复杂信息时，实际上是机器码之间的传递，而机器码值有0和1。

0和1在单片机之间进行通讯时，实际上是通过电压等电信号的高低电平来表示，共地实质是让两个单片机之间共低电平。

这样穿点的高低电平也就是机器码中的0和1才会相互识别否则就会出现以通信失败或是其他的一些问题。

这在工程或是项目中是不允许的。

对于串口通讯实际上用的是串口中断，通常的做法是通过标志位来引发串口中断。

在中断中进行通讯，也就是单片机之间的交互信息。

而单片机的串口通讯还要保证两个单片机的波特率保持一致。

这样做的目的是为了保证单片机接收的数据和另一个单片机发送的数据一致。

否则就会出现现接收的数据和发送的数据不一致，从而导致通信失败。

对于波特率又要牵涉到定时器中断。

KQ-100E型电力载波通信模块（载波调制解调模块）本模块以低压电力线作为信号（数据）传输的媒体。

也适用于平行线或双绞线等传输媒体。

模块按电力部“低压电力用户集中抄表系统技术条件”标准进行设计和制造，适用于供电局集中抄表系统﹑铁路信息监测系统﹑石化﹑税控﹑海轮﹑航标灯﹑路灯﹑智能监控﹑家庭智能化等系统；也适合于其它远程数据传输系统和远距离模拟数据遥测，遥控应用领域。

信号或数据用50KHz-350KHz之间的载波频率进行调频，此高频信号通过低压电力线向远方传送，载波中心频率为127KHZ(KQ-100E) ;212KHZ(KQ-100C)等多种频点的产品由生产厂预设，也可按用户要求选择。

模块外形图如下：AC端为信号输入端，直接接220V低压电力线上。

为外接直流电源，可选用+5V～+15V，电压调高，发送功率大，信号传送距离VAA远。

最好不要超过18V使用。

+5V为模块内部电路工作电源，在4.5-5.5V范围内能正常工作，模块内有防过压和防瞬变抑制电路，以防过电压和雷电对模块的损坏。

RXD是数据接收端，HCMOS信号。

TXD是数据发送端，欲发向远端的信号或数据应从此端接入。

R/T为控制端，高电平时为R（接收），低电平时为发送（T）模块技术指标如下：载波中心频率：127KHZ；212KHZ带宽： 8.77KHz接收灵敏度 <1mV低电平最大值 高电平最小值TX，R/T（输入） 0.8V 3.8VRX（输出） 0.8V 3.8V接口输入多数同HCMOS电平接口标准。

绝缘电阻： >20MΩ耐压： >2KV（AC，60秒，1mA）： +15V：330mA（发送时）功耗VAA传输速率： 4800bps，可下调使用环境： 温度： -10℃～+50℃ ；-40℃～70℃(工业级)湿度： <85% <95% (工业级)应用参考：1、数据采集与远传（抄表器，仓库温湿度检测，井下数据检测等）：如下图所示连接，集中器可接A、B、C三相及零线、集中器内相线间接0.1μf/1KV电容器形成高频桥路，如图b。

电力载波通信报告任务书熟练掌握单片机串行通信，设计硬件电路实现单片机之间的双机通信，两个独立的系统能处理自己的数据信息，并能将实时的数据信息传递给另一个系统。

要求:1. 单片机之间通信要有简单的通信协议，保证通信的畅通。

2. 单个系统要有数据处理能力，之间的通信要简单明了。

3. 要能人为控制信息的交流，之间的通信要收人为控制在以上基础之上要实现电力载波通信，要将220V电力线作为通信介质，接受和发送单片机的数据信息。

要求自己设计电力载波通信，能够将单片机的信号耦合到电力线上去，并能保证在一定的距离内单片机能够畅通通信绪论随着单片机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，单片机的通信功能越来越显得重要。

单片机通信是指单片机与计算机或者单片机之间的信息交流。

通信有并行和串行两种，在单片机系统以及现代单片机测试系统中，信息多是采用串行通信方式，串行通信也是单片机与外界信息交流的最基础的通信方式。

单片机串行通信能进行远距离传送，但如果在传输过程中不对数据进行处理的话，那么数据信息会因为外界因素干扰而导致信息丢失，这时电力载波通信就是一种可行的方法，通过电力载波模块的作用，可以将单片机的数据信息耦合到电力线上去进行较远的距离传送。

一般采用扩频编码的方式，抗干扰能力强，数据传输可靠，这样就克服单片机串行通信的缺点。

本课程设计模仿电力载波通信，要求能够实现电力线上数据传输，在单片机双机通信的基础上，介入单片机之后能在一定的距离内仍旧能实现双机通信。

一( 方案论证本单片机课程设计题目为《电力载波通信》，实现单片机之间的双机通信，并能将其之剑通信信息偶喝到电力线上去，在一定距离内实现单片机在电力线上的信息传输。

在双机通信部分，本课程设计采用的基于STC89C51单片机的串口通信，并且采用RS232进行双机通信。

发送方的数据由串口TXD段输出，经过电力载波模块的耦合，数据信息传送到电力线上去之后进行数据传输，接收端使用MAX232芯片进行电平转换，信号到达接收方串口的接收端。

低成本多功能电力载波通讯模块产品说明书● 一体化设计、超小体积● 免外围调试、使用简单● 嵌入式模块、即插即用● 多功能集成、应用广泛模块简介：PLM系列低成本多功能电力载波通讯模块是电力线载波集抄技术的一个普及应用，通过对载波集抄技术的优化更新，保留其简单实用的功能，使模块成本大幅度下降，从而使组建低成本的电力线网络控制系统成为现实。

电力载波通讯专用芯片是实现数据在电力线上传输的关键部分，数据在电力线上的调制和解调就由该部分完成，以往必须采用国外昂贵的电力线载波专用IC来实现这一功能，成本居高不下，这也限制了它的普及和应用。

这几年来我们通过不断的探索和改进，利用独特的载波技术，终于成功完成了这一系列应用非常简单的低成本多功能电力载波通讯模块。

PLM系列电力载波通讯模块提供半双工通信功能，可以在220V，50Hz 电力线上可以实现局域通信功能。

在同一台变压器下，多个模块可以连接在同一条电力线上，在主从通信模式下，模块分别单独工作，不会相互影响。

载波通讯模块由内部的单片机进行数据的传送和接收，通过修改单片机内部的通讯协议，即可进行双向数据的透明传输，组成一个通讯系统；此外还可以通过修改内部单片机的软件，实现不同的模块功能。

基于电力线的复杂环境，为了确保通讯的成功率，模块采用了较低的通讯速率，适用于通讯速度要求不高的场合，例如：● 宾馆、酒店、商场、小区灯光的集中控制和管理● 无人值班的电气设备的远程控制和管理● 工厂、矿井的电气设备的远程控制和监控● 远程温度、湿度的测量和监控● 远程抄表系统● 简单的基于电力线的内部呼叫系统● 智能家居的各种应用● 替代各种有线方式的数据传输，节省成本以上各种应用可以根据用户需求，进行内部单片机不同功能软件的固化，形成嵌入式模块，方便批量生产，降低产品成本和保护生产商的技术优势。

应用框图：模块应用介绍：为了使用户能够更简单地使用载波模块，我们采用了高度集成的电路设计，整个模块取消了外围电力线耦合电路和调整电路，具体应用时简单到只需接入外部供电电源即可，数据的发送和接收也只需遵循常用的单片机串口协议进行操作即可。

KQ-130系列电力载波数据收发模块KQ-130F是单列9针小体积高性能过零载波数据收发模块。

是专门为在220V交流上，强干扰，强衰减，远距离要求的环境下，可靠的传送数据而特别设计和开发的性价比很高的载波模块。

适用于抄表，路灯，智能家居，消防，楼宇控制以及需要电力线传送数据的其它应用领域。

KQ-130E/K也是单列9针小体积高性能载波数据收发模块。

在KQ-100E基础上增加了DSP 处理进一步提高模块的抗干扰能力，专门为在0V-220V交直流，停电以及没有电源的环境下（如管道与大地，一根信号线与大地，两根信号线，12V交直流电源线等），可靠的传送数据而特别设计和开发的性价比很高的载波模块。

适用于工业控制，铁路，小区智能化，智能家居，楼宇控制以及需要载波传送数据的其它应用领域。

KQ-130F的载波速率是100BPS，KQ-130E的最高载波速率是400BPS，KQ-130K的最高载波速率是1200BPS。

一、KQ-130系列模块的性能：1.集成了KQ-330模块及外围电路的载波板，毋需其他的耦合元件，直接连接220V的交流电使用。

外型尺寸为53×38×17毫米(L×D×H)，单列排针引出（见下图）1、2脚接220V交流电源无方向（1脚,2脚间距2X0.1英寸），2脚,3脚间距1.1英寸，其余各脚之间间距0.1英寸。

2.工作频率120～135KHZ，接口波特率9600bps。

一个起始位，8个数据位，一个停止位3.温度范围：-25℃～+70℃湿度≤90%4.一帧连续发送长度≥253个字节，字节长度从1到253由用户定义，模块不会发送多余的数据5.接收灵敏度≤1mV6.带外抑制能力≥ 60 dB7.带宽≤10 KHZ8.绝缘电阻500V≥500MΩ9.供电电源：DC +5V 接收时：≤12mA 发送时：≤300mA二、规格及型号：KQ-130F：KQ-130后第一个字母定义为：F：过零传送型E: 载波速率可到400BPS的全波载波模块K: 载波速率可到2400BPS的全波载波模块三、KQ-130引脚说明：正面从左至右为1～9脚：1P—AC：220V交流电压的火线（或零线）2P—AC：220V交流电压的零线（或火线）3P—+5V：+5V发送电源（260mA），如果单收数据可以悬空降低功耗4P—GND：数字电路地线5P—+5V：+5V工作电源11mA6P—RX：TTL电平，载波数据入，接单片机的TXD7P—TX：TTL电平，载波数据出，接单片机的RXD8P—MODE：模式选择，悬空或接5V为高电平，接地为低电平9P—NC/RST ：复位脚（低电平有效）只有在工作时频繁切换模式时使用。

51 双机通讯课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解双机通讯的基本概念，掌握双机通讯的基本原理。

2. 学生能掌握双机通讯中常用的数据传输协议和通信接口。

3. 学生能了解双机通讯在现实生活中的应用场景。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识，独立完成双机通讯的硬件连接和软件配置。

2. 学生能够运用编程语言实现双机之间的数据传输，具备简单通信程序的开发能力。

3. 学生能够通过实际操作，解决双机通讯过程中遇到的问题，具备一定的故障排查能力。

情感态度价值观目标：1. 学生通过学习双机通讯，培养对信息科技的兴趣和热情，提高探索新技术的积极性。

2. 学生能够在团队合作中发挥自己的优势，培养良好的沟通能力和团队协作精神。

3. 学生能够认识到双机通讯在科技发展中的重要性，增强对科技创新的社会责任感。

本课程针对初高中年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将双机通讯知识分解为具体的学习成果。

课程设计注重理论与实践相结合，旨在提高学生的动手操作能力和实际问题解决能力，为培养具备创新精神和实践能力的优秀人才奠定基础。

二、教学内容1. 双机通讯基本概念：介绍双机通讯的定义、分类及发展历程，使学生了解双机通讯的背景和基本知识。

教材章节：《信息技术》第5章第1节。

2. 双机通讯原理：讲解双机通讯的工作原理，包括信号传输、编码解码、数据帧等基本概念。

教材章节：《信息技术》第5章第2节。

3. 数据传输协议与通信接口：介绍常用的数据传输协议（如串行通信协议、USB通信协议等）及通信接口（如串口、并口、USB等）。

教材章节：《信息技术》第5章第3节。

4. 双机通讯应用场景：分析双机通讯在现实生活中的应用实例，如智能家居、工业控制等领域。

教材章节：《信息技术》第5章第4节。

5. 硬件连接与软件配置：讲解双机通讯的硬件连接方法、软件配置步骤及注意事项。

教材章节：《信息技术》第5章第5节。

6. 编程实现双机通讯：通过实例教学，指导学生运用编程语言（如C语言、Python等）实现双机之间的数据传输。

基于电力线载波的LED消防指示灯的设计与实现宋秦中;钱丽;许猛【摘要】设计的基于电力线载波的LED消防指示灯系统包括上位机、电力线载波模块、单片机最小系统和LED点阵显示模组等部分,采用电力线载波通信的方式将信号借助消防应急电源的专线传输到上位机系统,降低了施工的材料成本和人工成本.实验结果表明,系统可以动态显示,光流引导,有利于被困人员的识别,符合火灾现场被困人员的心理状态和思维能力,可以作为智能消防、应急、疏散控制系统的重要组成部分,集成到智慧消防系统解决方案中.【期刊名称】《工业安全与环保》【年(卷),期】2018(044)001【总页数】4页(P74-77)【关键词】消防技术;应急疏散;电力线载波;LED【作者】宋秦中;钱丽;许猛【作者单位】苏州市职业大学电子信息工程学院江苏苏州 215104;南京理工大学继续教育学院南京 210094;南京理工大学继续教育学院南京 210094【正文语种】中文0 引言火灾现场环境恶劣，烟、雾、火及逃生者的恐慌心理等因素都可能在最后一刻使逃生者错失逃生的机会。

借助消防应急电源专线，采用电力线载波通信的方式设计了一套LED消防灯指示系统，通过改变标志灯的箭头方向为逃生人员提供更有效的疏散逃生通道，能动地避开烟、雾、火，降低人们的恐慌心理，有重要的现实意义。

另外，在大厅、十字过道交叉口等火灾现场存在路径动态指示的空白点，运用电力线载波，可以不增加通信线，无无线信号干扰，省去昂贵的控制卡、通讯电缆，且不必搭配固定PC机，增加了安装的方便性、信息显示的调试、更换灵活性[1-5]，从而很方便地将消防疏散指示灯改为地埋的安装形式，可以动态显示，光流引导，有利于被困人员的识别，特别是有利于滞后撤出的、通过爬行姿势撤出火灾现场的被困人员引导。

设计的基于电力线载波的LED消防指示灯系统具备成本低、可靠性和稳定性高的优点，具有良好的推广应用价值。

1 系统设计方案电力线网络覆盖范围广，开发、利用潜力巨大，以低压配电线(380 V/220 V电力线)作为信息传输媒介的电力线载波PLC(Power Line Carrier)通信是一种特殊通信方式，可以进行数据或语音的传输[1-10]。

载波通信技术及方案1.1.1技术特点配电线载波通信是一种利用配电线路进行信号的传输的传统的技术，其优点是具有投资小，见效快，是电力专网，灵活且安全。

10 kV配电载波通道的传输特性较恶劣，这表现在：（1）通道衰耗变化剧烈：与输电线路相比，10 kV通道虽然传输半径不大，大多不超过10km，但是，由于配电网在变电站侧一般不装设阻波器，变电站的各条出线实际上是总线型连接，引起的衰耗大。

另外10 kV线路状况复杂，架空线、地埋电缆特性阻抗相差很大，每公里衰耗值也相差许多，对于架空线、地埋电缆混合敷设的线路，衰耗情况更严重一些。

10 kV通道的衰耗特性是影响载波数据传输的重要原因。

（2）干扰严重：10 kV载波通道的干扰主要有背景噪声和尖脉冲干扰，其来源很多，设备开关切换产生的脉冲干扰、用电设备产生的噪声以及电力线耦合的外界电磁波等。

在这样恶劣的环境下进行数据传输，要保证实时性要求，必须要物理层调制技术及链路技术的协调配合，才能保证误码率的要求。

多年来载波技术并没在在配网通信中大规模的应用，主要的难点问题是：a)在速率在配网自动化应用中已经可以满足要求，但是可靠性不高；b)配电线路恶劣，造成通信误码；c)开关开合造成通信故障；d)线路拓扑结构的变化，载波机不能适应，从而带来运行维护上很多麻烦。

目前的配网载波技术在以下几个方面作多不少的改进：a)丰富耦合和中继的方式，减小线路中的开关开合对通信信道带来的影响。

b)设计性能优异的调制解调程序和模拟前端部件，提高物理层通信的可靠性。

c)通过网络协议的设计，提高通信的可靠性，延长通信的距离，适应网络拓扑结构以及线路情况的变化。

d)通过网管程序的设计，提高系统对于网络设备的配置管理和监测控制的能力。

目前使用于城市配网应用的载波技术主要是电缆屏蔽线载波通信，根据在上海供电局的配网方式调研中，可以看到目前电缆屏蔽线载波的应用效果还比较好。

具体建设规模可见附件二。

在佛山供电局的载波测试中选用了两家公司，分别是南瑞国网南京自动化研究院水情水调及环境监测研究所（以下简称南瑞水情所PLC-075）、许继昌南通信设备有限公司（以下简称许继西门子），并选用了这两家目前已有应用的产品。

采用电力载波实现电缆防盗的意义及实现方法四川科强电子技术有限公司电缆被盗现在是很多行业非常头痛的问题，给国家造成很大的损失。

很多地方仅一个月就损失上百万。

能够有及时的电缆断线（被盗）报警（装置），对偷盗者抓捕，减少电缆被盗损失，已经是很多行业很迫切的要求。

对于电缆线放盗其实有很多种方案，例如监控回路负载变化等。

但是这些并不能完全解决问题，像本来的负载变化以及电缆没电时就无法检测。

利用载波通讯实现电缆防盗，就是在监测的电缆上两端不断的互相载波通讯，当载波中断时发出报警。

但是我国电网非常复杂，电力干扰很大，要求监控电缆线路长达10公里。

这些用普通的载波方式都是非常难以实现的。

我公司利用过零载波传送技术可以最大限度的避开电力干扰，辅以中继完成电缆可靠通讯。

还有就是用特有的载波频段实现电缆线上尽可能小的衰减，实现10公里载波通讯。

达到电缆防盗的要求。

产品大类：防盗系列产品一、概述电力线或专用电缆（例如路灯电力线、水库水位监测专用电力线，排灌系统的控制电力线）常被人盗割，或被意外事故切断，给供电部门或有关企业和人民群众的生活带来巨大损害。

根据我们收集的资料估算，由此造成的直接经济损失一个县都在100万元以上，中小城市200万元以上。

农村地区和欠发达地区低压电力线（0.4KV 以下）被盗割比较常见;城市的路灯线和高压线被盗较严重。

当前，有各种无线或有线的线路盗割报警器，但由于成本高或由于无线电方式受地形环境（山区或偏远地区）影响，难以大面积推广应用。

本系统是巧妙地利用电力线载波方式设计出来的一种高可靠、低价位的线缆盗割报警器，由某省电力部门在多年实践的基础上推出的一种较为实用的设计方案。

本方案是在成都市科强电子技术公司的高灵敏度电力线载波通讯技术的基础上开发出来的一种新产品，希望广大客户及时反馈信息，使本装置逐步改进，使之更为完善。

本产品综合应用了电网理论知识，单片机编程技术，电力线载波FSK数据传输编码、译码技术，属配电线路防盗报警（故障检测）自动化高科技产品。