電力線核相系統(tǒng)研究(武漢天立華高電氣設(shè)備有限公司)
本核相系統(tǒng)利用電話網(wǎng)絡(luò)將參考端所測量的帶有相位信息的數(shù)據(jù)傳送至測量端，這種傳輸方式充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)資源，方便快捷、覆蓋面廣，但存在不 定的傳輸延遲。為了有效解決這一問題，系統(tǒng)引進(jìn)GPS授時技術(shù)，在參考端和測量端各放置一個GPS接收機(jī)，它作為授時系統(tǒng)以及精確定位的儀器，能通過串行 接口提供自身地理位置及時間等信息，并能提供時間精度為1μs的秒脈沖信號（1PPS）。
參考端設(shè)備一般采用固定安裝，故各模塊之間采用有線傳輸方式。參考端主機(jī)從高壓電力線接收得50Hz／60Hz電力線信號T1，T1是電力線信號經(jīng)過 過零比較后得到的信號，占空比為1：1.參考端主機(jī)同時從GPS接收機(jī)收到秒脈沖信號（1PPS）。T1以1PPS的上升沿為基準(zhǔn)，得到兩路信號的時間差 值Δt1.帶有Δt1數(shù)值的信號經(jīng)過數(shù)字成幀處理和調(diào)制，便可通過電話網(wǎng)絡(luò)向測量端的移動電話發(fā)送。
測量端設(shè)備一般放置于野外作業(yè)，故各模塊之間大多采用無線傳輸方式。測量端的GPS接收機(jī)把1PPS調(diào)制到射頻上以無線方式發(fā)送給測量端通信主機(jī)，同 時測量端通信主機(jī)通過移動電話接收來自參考端的相對相位信息（Δt1）。測量端也以1PPS為基準(zhǔn)，根據(jù)Δt1恢復(fù)出參考端的電力線信號，標(biāo)識為T1＇， 實(shí)現(xiàn)了參考端電力線信號T1的遠(yuǎn)距離傳輸和精確恢復(fù)。接著，測量端通信主機(jī)將T1＇信號調(diào)制到射頻上向手持機(jī)發(fā)送，與此同時，移動探測器檢測測量端的電力 線信號T2，并將T2信號也調(diào)制到射頻上向手持機(jī)發(fā)送。
手持機(jī)同時對包含T1＇和T2的射頻信號進(jìn)行接收和解調(diào)，以T1＇信號作為判決基準(zhǔn)，測量T2信號與T1＇信號的時間差Δt2，然后根據(jù)公式（1）把 時間差值換算為相位差值，再把相位差值和系統(tǒng)的相位差門限進(jìn)行比較，做出是否同相的判決。最后把測試的結(jié)果顯示在手持機(jī)的液晶屏上，就實(shí)現(xiàn)了相位差值的遠(yuǎn) 程測量。
整個核相系統(tǒng)的工作是由測量端利用移動電話發(fā)起的，移動電話呼叫參考端設(shè)備得到應(yīng)答從而建立通信鏈路，開始核相。參考端主機(jī)、測量端通信主機(jī)，手持機(jī) 是三個主要模塊，參考端主機(jī)完成時間差值Δt1的測量，測量端通信主機(jī)實(shí)現(xiàn)參考端電力線信號T1的恢復(fù)處理，手持機(jī)完成兩地電力線信號T1和T2是否同相 的判決。
系統(tǒng)在硬件設(shè)計時應(yīng)充分考慮準(zhǔn)確度、功耗、可靠性及可操作性。由于參考端的GPS接收機(jī)放置在室外，還要求GPS接收機(jī)具有一定的防水性能。參考端主 機(jī)采用MCS51系列單片機(jī)為主控芯片，外圍電路有GPS接口模塊，電力線接口電路、調(diào)制解調(diào)電路、電話接口電路、光指示電路和電源。參考端主機(jī)與GPS 接收機(jī)之間采用RS485總線方式通信。
GPS接口模塊一端與GPS接收機(jī)相連，另一端與單片機(jī)的串口相連，通過電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)RS485與TTL電平的轉(zhuǎn)換。電力線接口電路采用光電耦合 器等器件將220V、50Hz的強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號輸入到單片機(jī)。調(diào)制解調(diào)電路將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號以FSK的方式調(diào)制到音頻信號上，通過電 話接口電路并經(jīng)電話網(wǎng)絡(luò)傳送到測試端。調(diào)制解調(diào)電路采用半雙工的波特率為1200bit／s的MODEM芯片。
GPS接收機(jī)最多可同時跟蹤12顆衛(wèi)星，如果跟蹤到的衛(wèi)星個數(shù)大于等于3，此時才認(rèn)為信息是同步的，否則信息是無效的。故一直等到同步才能進(jìn)行核相工 作。系統(tǒng)所用的單片機(jī)有3個計數(shù)器／定時器，定時器0作為定時中斷，所有不同時間間隔的定時均由它產(chǎn)生。定時器1以計時方式測量Δt1，并隨著1PPS的 到來1秒鐘更新一次。定時器2作為發(fā)送和接收波特率發(fā)生器，接收GPS接收機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)時設(shè)置為9600bit／s，收發(fā)測量端的數(shù)據(jù)時設(shè)置為 600bit／s.秒脈沖信號與電力線信號分別送到單片機(jī)的兩個外部引腳口，軟件設(shè)定為下降沿觸發(fā)中斷方式。電話振鈴信號輸入到單片機(jī)的I／O口，利用定 時器0產(chǎn)生中斷來定時進(jìn)行采樣檢測。為了防止呼叫超時情況，單片機(jī)定時對呼叫時間和相應(yīng)的振鈴次數(shù)進(jìn)行跟蹤，避免長時間等待呼叫而占用通信鏈路。
系統(tǒng)采用電話網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程傳輸媒介，省去了架設(shè)通信網(wǎng)的繁復(fù)，現(xiàn)場工程安裝與維護(hù)工作十分簡單。測試端設(shè)備便于攜帶，操作簡單方便。由于系統(tǒng)基于 GPS，因而其測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，適合在野外環(huán)境工作。系統(tǒng)除了能精確地實(shí)現(xiàn)核相的基本功能外，利用GPS的定位技術(shù)還能獲取被核相電力線的準(zhǔn)確 的地理位置信息。
——電力線核相系統(tǒng)研究(武漢天立華高電氣設(shè)備有限公司)
