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        基于SC1128的山區(qū)電力線載波通信系統(tǒng)設(shè)計

        2012-06-23 06:43:02樊玉鳳覃遠(yuǎn)年
        電子科技 2012年12期
        關(guān)鍵詞:電力線載波耦合

        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、方便實用。針對偏遠(yuǎn)山區(qū),建設(shè)通信系統(tǒng)成本高,且維護(hù)困難的特點,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交流信號及其諸多諧波成分,使得信道環(huán)境特殊,這對實現(xiàn)高效通信存在難度。如何以現(xiàn)有電力線路為介質(zhì),實現(xiàn)信息的高速高效傳遞,目前已經(jīng)成為研究熱點和方向[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,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。其使用直接序列擴頻、直接數(shù)字頻率合成、數(shù)字信號處理等全新技術(shù),具有較強的抗衰減和抗干擾性能。

        2.2 單片機和SC1128接口電路

        單片機與SC1128芯片的接口電路如圖2所示[9]。其中SETCLK是設(shè)置時鐘輸入端,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,電路進(jìn)入發(fā)射狀態(tài);SR=0時,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SC1128芯片將發(fā)射出同步脈沖信號,單片機便通過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SC1128芯片會接收到信號,并產(chǎn)生同步脈沖信號,隨后由TX端將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到單片機。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,同時還可隔離220 V/50 Hz的交流信號。耦合電路如圖3所示,主要由瞬時電壓抑制器TVS、耦合變壓器T與D1、D2箝位二級管等構(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

        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,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

        計算機端經(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腳信號波形圖。通過擴頻調(diào)制,耦合到電力線前信號的波形如圖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)射的信號通過載波控制終端處理后產(chǎn)生近似正弦波信號,然后發(fā)射到電力線上,這保證了信號傳輸?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。

        [1]寧靖,朱志杰.基于電力載波通信智能電能表設(shè)計[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2011,20(11):199 -203.

        [2]姜思羽.基于電力載波通信技術(shù)的家電智能化平臺設(shè)計[C].第十三屆中國科協(xié)年會第11分會場-中國智慧城市論壇論文集,2011:534-540.

        [3]汪義旺,張波,吳鑠.基于電力載波通信的LED隧道照明控制器設(shè)計[J].電源技術(shù),2008,35(8):985 -987.

        [4]馮蓉珍.基于電力載波通信的遠(yuǎn)程路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通信,2010,31(16):65 -69.

        [5]羅文亮,柯熙政,李欣.電力載波通信中強背景噪聲下弱信號的混沌振子檢測方法[J].量子電子學(xué)報,2010,18(21):123-125.

        [6]劉繼軍.國內(nèi)電力載波通信芯片技術(shù)及市場[J].電器工業(yè),2012,13(8):61 -65.

        [7]錢明明,楊順.基于SC1128的電力線載波控制系統(tǒng)設(shè)計[J].四川理工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,21(5):92-94.

        [8]陳欣,賀良華,王典洪.一種基于SC1128的擴頻通信電路[J].汕頭大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,19(4):49 -54.

        [9]李鵬,張春業(yè),韓旭東.擴頻通信芯片—SC1128[J].電子測量技術(shù),2004(5):85-86.

        [10]智源利和微電子技術(shù)有限公司.SC1128擴頻通信芯片應(yīng)用設(shè)計手冊[M].北京:北京智源利和微電子技術(shù)有限公司,2003.

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