低壓電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：由傳統(tǒng)的高壓電力線通信技術(shù)發(fā)展而來(lái)的低壓電力線載波通信(PLC，low-voltage power line carrie-current communication)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越受到關(guān)注，且被視為解決因特網(wǎng)接入“最后一公里”問(wèn)題的有效手段。文章通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，自主搭建了一個(gè)低壓電力線載波通信系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了利用低壓電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?br />關(guān)鍵詞：低壓電力線；MSCOMM控件；載波通信；接口轉(zhuǎn)換

0 引言
現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)和生活有了更多、更高的要求，例如要求更節(jié)能環(huán)保、更舒適便捷，這些要求的實(shí)現(xiàn)都需要大量信息的獲取、傳輸和處理，需要把與生產(chǎn)生活相關(guān)的大量設(shè)備和對(duì)象連接起來(lái)，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的監(jiān)測(cè)控制與管理，從而形成物聯(lián)網(wǎng)、家域網(wǎng)(HAN)等。在這些網(wǎng)絡(luò)中，需要連接的對(duì)象數(shù)量眾多，位置可能變動(dòng)，給網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成帶來(lái)一定的困難。由于這些對(duì)象的工作大都離不開(kāi)電力，所以，用低壓電力線組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，是一種很需要重新布線，覆蓋范圍廣，維護(hù)少，節(jié)約資源。為此，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，對(duì)低壓電力線載波通信技術(shù)進(jìn)行了研究，并采用相關(guān)功能模塊，編寫了相關(guān)控制軟件，實(shí)現(xiàn)了兩點(diǎn)之間通過(guò)低壓電力線載波通信來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的目的。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)主要包括載波通信模塊、上位機(jī)監(jiān)控界面及轉(zhuǎn)換接口電路等幾個(gè)部分。其中，轉(zhuǎn)換接口電路主要負(fù)責(zé)PLC模塊的TTL電平接口與上位機(jī)的串口之間的接口通信。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送端，上位機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)信號(hào)給COM口，通過(guò)接口轉(zhuǎn)換電路把上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC模塊能夠接收并處理的TTL電平信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)PLC模塊將信號(hào)調(diào)制成特殊的電力信號(hào)，再通過(guò)電力線進(jìn)行傳輸。
在數(shù)據(jù)信號(hào)接收端，PLC模塊將電力線上的信號(hào)耦合下來(lái)，并通過(guò)濾波、解調(diào)轉(zhuǎn)換為原來(lái)的TTL電平信號(hào)，再經(jīng)接口轉(zhuǎn)換電路把信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示。
該系統(tǒng)信息是雙向傳輸?shù)?，即PLC模塊與轉(zhuǎn)換接口電路均可以實(shí)現(xiàn)雙向通信。

2 系統(tǒng)硬件選擇與設(shè)計(jì)
2．1 低壓電力線載波模塊
本文選用杭州新實(shí)科技有限公司的SENS-01嵌入式電力線載波通信模塊，該模塊可提供半雙工通信功能，可以在220 V／110 V、50Hz／60 Hz電力線上實(shí)現(xiàn)局域通信；通信速率有600 b／s、1 200 b／s、2 400 b／s、4 800 b／s、9 600 b／s、19 200 b／s等多種速率；每幀長(zhǎng)度小于或等于20 B；具有TTL電平接口，可為用戶提供透明的數(shù)據(jù)通道，而且數(shù)據(jù)傳輸與用戶協(xié)議無(wú)關(guān)。
2．2 接口轉(zhuǎn)換電路選擇與設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選用的是USB接口作為上位機(jī)與PLC模塊的通信接口，因?yàn)楝F(xiàn)在的筆記本大多沒(méi)有RS232接口，而且現(xiàn)在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)也采用USB接口作為串口通信，十分靈活便捷。因此，本文選用FTDI公司生產(chǎn)的FT232RL芯片作為USB與TTL電平接口的轉(zhuǎn)換芯片，該芯片具有全握手協(xié)議及MODEM接口(CTS、RTS、DTR、DCD、RI)，并具有硬件及Xon／Xoff流量控制。芯片內(nèi)置晶振，外圍電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。其接口轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。