電力載波通信控制終端設(shè)計(jì)

電力線載波（PLC）通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。然而，以下缺點(diǎn)導(dǎo)致PLC的主要應(yīng)用——“電力上網(wǎng)”未能大規(guī)模應(yīng)用。
?? 配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用；
?? 三相電力線間有很大信號(hào)損失（10～30dB）；
?? 不同信號(hào)耦合方式對(duì)電力載波信號(hào)損失不同；
?? 電力線存在固有的脈沖干擾；
?? 電力線對(duì)載波信號(hào)造成高削減。
技術(shù)問題未來有可能被克服，但是從目前國內(nèi)寬帶網(wǎng)建設(shè)的情況來看，留給PLC的時(shí)間和空間并不寬裕。家庭智能系統(tǒng)的研究給PLC帶來了新的機(jī)遇。該系統(tǒng)以PC為核心實(shí)現(xiàn)家電的智能控制。因?yàn)閿?shù)據(jù)僅在家庭范圍傳輸，束縛PLC應(yīng)用的五大困擾將不復(fù)存在，遠(yuǎn)程對(duì)家電的控制我們也能通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)先連接到PC然后再控制家電方式實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)中要求家電與PC通過電力線通信終端連接完成數(shù)據(jù)傳輸功能，該終端技術(shù)上要求能夠在電力線環(huán)境下穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，具有較強(qiáng)抗干擾能力。
本文所介紹的系統(tǒng)通過擴(kuò)頻通信技術(shù)來克服干擾，采用SC1128設(shè)計(jì)電力載波通信控制終端,載波頻率為250kHz，帶寬為100kHz，4周波調(diào)相，數(shù)據(jù)速率1kb/s，可實(shí)現(xiàn)低壓電力線的通信功能。
電力載波modem芯片的選擇：
國外較早對(duì)電力線載波通信技術(shù)進(jìn)行了研究，多家公司推出了自己的電力線載波modem芯片。目前市場上先進(jìn)的電力載波modem（調(diào)制/解調(diào)）芯片主要有Intellon公司的SSCP300芯片和Echelon公司的PLT-22芯片。其中SSCP300采用了擴(kuò)頻（Chirp方式）調(diào)制解調(diào)技術(shù)、現(xiàn)代DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)的CEBus協(xié)議，可以稱為智能modem芯片，體現(xiàn)了modem芯片的發(fā)展趨勢。但SSCP300在國內(nèi)電力線載波領(lǐng)域使用效果并不理想。其主要原因是該芯片是按北美地區(qū)的電網(wǎng)特性和頻率標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。而PLT-22主要針對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)而設(shè)計(jì)，采用BPSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及多種容錯(cuò)及糾錯(cuò)技術(shù)，所以目前在我國應(yīng)用效果最理想。但它是Lonworks網(wǎng)絡(luò)專用，而且價(jià)格太高，難以在民用市場大規(guī)模推廣。
在該系統(tǒng)中我們選擇由北京智源利和微電子技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的電力線載波調(diào)制芯片SC1128，該芯片專門針對(duì)中國低壓電網(wǎng)特性而設(shè)計(jì)，是一款適合中國低壓電網(wǎng)特性的數(shù)據(jù)傳輸專用芯片。該芯片采用CMOS技術(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)模混合專用電路，應(yīng)用先進(jìn)的擴(kuò)頻通信技術(shù)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，是面向低壓電力線低速率通信市場需要的專用擴(kuò)頻modem芯片。相對(duì)前面介紹的兩款芯片，SC1128價(jià)位較低，可以為民用市場所接受。由于采用了直接序列擴(kuò)頻、數(shù)字信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，該芯片應(yīng)用在電力線通信方面具有較強(qiáng)的抗干擾及抗衰減性能。其電路內(nèi)部集成了擴(kuò)頻器、DAC和ADC、輸出驅(qū)動(dòng)器、輸入信號(hào)放大器、工作電壓檢測器、看門狗電路、串/并接口電路，使得該芯片在多功能小型系統(tǒng)應(yīng)用中可以降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的性能。其發(fā)射信號(hào)以兩種形式輸出：一種是經(jīng)DAC后從正弦緩沖器輸出，諧波成分少；另一種從高壓開漏緩沖器輸出。該芯片含有的輸入信號(hào)放大器可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行前置放大；內(nèi)置看門狗電路監(jiān)視系統(tǒng)程序的工作狀態(tài)；內(nèi)置電壓監(jiān)測器可監(jiān)測電源電壓的變化，并及時(shí)向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；內(nèi)置電子表電路（24小時(shí)制）可滿足不同時(shí)間段計(jì)費(fèi)率的要求（支持掉電工作）；內(nèi)置串行半雙工同步傳輸通信接口，方便與MCU之間的控制命令和數(shù)據(jù)交換；采用63位擴(kuò)頻碼，數(shù)據(jù)速率典型值為6.0kb/s（最大20kb/s）；捕獲門限值200～6290，由軟件設(shè)定；內(nèi)置64×8 SRAM存儲(chǔ)器（支持掉電工作），為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)暫存。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：
1、 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括電力線耦合部分、信號(hào)接收電路部分、信號(hào)發(fā)射電路部分、電力線信號(hào)調(diào)制/解調(diào)部分、單片機(jī)控制部分及數(shù)字信號(hào)接口部分(包括鍵控接口和串行通信接口)。硬件結(jié)構(gòu)框圖和電路圖如圖1、圖2所示。