樊玉鳳，覃遠(yuǎn)年

(1.桂林電子科技大學(xué)現(xiàn)代教育中心，廣西 桂林 541004;2.桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院，廣西 桂林 541004)

電力線載波通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于照明控制、自動(dòng)抄表、電力系統(tǒng)遙控遙測等方面［1－2］，通過當(dāng)前線路完成數(shù)據(jù)的傳輸與控制，既無需重新進(jìn)行布線，還可以節(jié)省系統(tǒng)成本、方便實(shí)用。針對(duì)偏遠(yuǎn)山區(qū)，建設(shè)通信系統(tǒng)成本高，且維護(hù)困難的特點(diǎn)，利用固有的電力線作為通信介質(zhì)是一種理想的選擇［3－4］。但由于電力線加載了幅度較大的50 Hz交流信號(hào)及其諸多諧波成分，使得信道環(huán)境特殊，這對(duì)實(shí)現(xiàn)高效通信存在難度。如何以現(xiàn)有電力線路為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)信息的高速高效傳遞，目前已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)和方向［5－6］。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

系統(tǒng)主要研究在山區(qū)環(huán)境下，利用電力線傳輸通信和控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。電力載波控制系統(tǒng)主要包括電力線通信調(diào)制解調(diào)模塊(SC1128模塊)、單片機(jī)控制模塊、串行通信接口、電力線接口等［7－8］。SC1128芯片是該系統(tǒng)的核心。由電力線的信號(hào)傳遞到SC1128模塊，然后再由SC1128模塊通過串口和其他系統(tǒng)進(jìn)行連接。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2 硬件的組成和接口通信原理

2.1 SC1128電力線載波調(diào)制解調(diào)芯片

作為專用擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器電路，SC1128電力線載波調(diào)制解調(diào)芯片，由智源利與微電子公司開發(fā)研制。其使用直接序列擴(kuò)頻、直接數(shù)字頻率合成、數(shù)字信號(hào)處理等全新技術(shù)，具有較強(qiáng)的抗衰減和抗干擾性能。

2.2 單片機(jī)和SC1128接口電路

單片機(jī)與SC1128芯片的接口電路如圖2所示［9］。其中SETCLK是設(shè)置時(shí)鐘輸入端，CS是片選輸入端，LINE是串行數(shù)據(jù)輸出或輸入端，發(fā)射數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)由SR、TX以及SYN進(jìn)行。SR=1時(shí)，電路進(jìn)入發(fā)射狀態(tài);SR=0時(shí)，電路進(jìn)入接收狀態(tài)。在發(fā)射狀態(tài)下，SR端被置高，此時(shí)SC1128芯片將發(fā)射出同步脈沖信號(hào)，單片機(jī)便通過TX端將數(shù)據(jù)同步發(fā)出;在接收狀態(tài)下，SR端被置低，此時(shí)SC1128芯片會(huì)接收到信號(hào)，并產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)，隨后由TX端將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機(jī)。在這種情況下，當(dāng)SR為低電平狀態(tài)，SYN輸出也為低電平狀態(tài)。

圖2 SC1128與單片機(jī)的連接

2.3 電力線耦合接口電路

耦合接口電路是SC1128模塊與電力線之間的接口電路，可以輸入或輸出載波信號(hào)，同時(shí)還可隔離220 V/50 Hz的交流信號(hào)。耦合電路如圖3所示，主要由瞬時(shí)電壓抑制器TVS、耦合變壓器T與D1、D2箝位二級(jí)管等構(gòu)成，200 V線路一側(cè)的阻抗介于3～30 Ω之間。輸入端和浪涌保護(hù)二極管相連接，通過電阻隔離和二極管的箝位電路輸出到前級(jí)濾波電路中。這樣，通過耦合進(jìn)入電力線的波形便類似于正弦波。耦合變壓器和C8就構(gòu)成了LC回路，這樣波形就可通過調(diào)整C8的值和T1的匝數(shù)進(jìn)行調(diào)整［10］。

圖3 耦合電路

3 軟件設(shè)計(jì)

初始化SC1128主要是通過設(shè)置寄存器的工作和收發(fā)狀態(tài)，若使用中斷，必須和通信進(jìn)行配合。首先對(duì)通信狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，然后再進(jìn)行相應(yīng)中斷的開放。在進(jìn)行收發(fā)設(shè)置時(shí)，首先必須使接收端工作，然后才允許發(fā)送端工作，這樣則不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，如圖4所示。

圖4 程序流程圖

4 系統(tǒng)測試

計(jì)算機(jī)端經(jīng)串口發(fā)送數(shù)據(jù)FFH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，68H，圖5(a)為 SC1128模塊38腳信號(hào)波形圖。通過擴(kuò)頻調(diào)制，耦合到電力線前信號(hào)的波形如圖5(b)所示，其載波頻率是250 kHz。通過波形圖，能夠得出以下結(jié)論:發(fā)射的信號(hào)通過載波控制終端處理后產(chǎn)生近似正弦波信號(hào)，然后發(fā)射到電力線上，這保證了信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖5 測試結(jié)果示意圖

經(jīng)過接收端SC1128模塊解調(diào)后輸出數(shù)據(jù)為FFH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，F(xiàn)FH，68H，與發(fā)送端一致。

5 結(jié)束語

文中通過電力載波調(diào)制解調(diào)芯片SC1128，實(shí)現(xiàn)了電力線的可靠通信。該系統(tǒng)利用固有的電力線路，成本低、組網(wǎng)靈活，對(duì)于山區(qū)中，山頂天線和山底相關(guān)設(shè)備之間的通信匹配良好，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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