0 导言
电力线通讯技能（PLC）是选用电力线传送信息的一种通讯方法。该技能将载有信息的高频信号加载到电力线上，运用电力线进行数据传输，经过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来，传送到终端设备。
从占用频率带宽的视点来看，电力线通讯可分为窄带PLC（NB-PLC）和宽带PLC（BB- PLC）。窄带PLC的载波频率规模，在不同国家、不同区域是不相同的，美国为50~450kHz，欧洲为3~149.5kHz （95kHz以下用于接入Access通讯，95kHz以上用于户内In-Housee通讯），我国为40~500kHz.
窄带电力线通讯是智能电网的榜首挑选。树立双向、集成、实时的通讯体系是完结智能电网的根底，没有这样的通讯体系任何智能电网的特征都无法完结。由于智能电网的数据获取、维护和操控都需求这样的通讯体系支撑，因而树立这样的通讯体系是迈向智能电网的榜首步。一同通讯体系和电网相同深化到干家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络–电网和通讯网络，只要这样才干完结智能电网的方针。
电力线网络是一个掩盖面广、传输节点多的网络，这意味着任何带电终端都能够成为信息传输的起点和结尾。
可是，电力线通讯网络相同存在局限性。虽然具有最广泛的布线根底设备，电力线通讯网络能够依托电力网络传输数据，可是，空气开关、变压器等电力网络中的同定设备的不同滤波特性会对电力线通讯网络形成衰减，乃至阻断。此外，对不方便进行电力线布线的室外，或许其它特别区域，电力线通讯网络无法经由电力网络进行通讯。咱们在本文中所规划的依据ZigBee的窄带电力线通讯中继器，能够有用的进行对分隔状况的电力网络的衔接，一同运用ZigBee 技能，也扩展了电力线通讯网络的掩盖规模。
1 ZigBee技能
Zigbee是依据IEEE 802.15.4规范的低功耗个域网协议。ZigBee姓名来源于蜂群运用的赖以生存和开展的通讯方法，蜜蜂经过跳Zigzag形状的舞蹈来告诉发现新的食物源的方位、间隔和方向等信息，以此作为新一代无线通讯技能的称号。ZigBee的前身是1998年由INTEL、IBM等工业巨子建议的 “HomeRFLite”。
ZigBee的底层技能依据IEEE 802.15.4协议，ZigBee的物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4协议的物理层和MAC层。
ZigBee优势在于以下几点：
①低功耗。在低耗电待机方式下，2节5号干电池可支撑1个节点作业6~24个月，乃至更长。这是ZigBee-的杰出优势，而相同条件下，蓝牙能作业数周、WiFi只可作业数小时。
②低成本。经过大幅简化协议（不到蓝牙的1/10），降低了对通讯操控器的要求。按猜测剖析，以8051的8位微操控器测算，全功用的主节点需求32KB代码，子功用节点少至4KB代码，并且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。
③低速率。ZigBee作业在20~250 kbps的较低速率，别离供应250 kbps（2.4GHz）、40kbps（915MHz）和20kbps（868 MHz）的原始数据吞吐率，满意低速率传输数据的运用需求。
④近间隔。传输规模一般介于10~100 m之间，在添加RF发射功率后，亦可添加到1~3 km.这指的是相邻节点间的间隔，假如经过路由和节点间通讯的接力，传输间隔将能够更远。
⑤短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡觉转入作业状况只需15ms，节点衔接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需求3~10s、WiFi需求3s.
⑥高容量。ZigBee可选用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点办理若干子节点，最多一上一层网络节点办理，最多可组成65000个节点的大网。
⑦高安全。ZigBee供应了三级安全方式，包含无安全设定、运用接入操控清单（ACL）防止不合法获取数据以及选用高档加密规范（AES128）的对称暗码。
⑧免执照频段。选用直接序列扩频存工业科学医疗（ISM）频段，2.4GHz（全球）、915MHz（美国）和868MHz （欧洲）。
2 PLC中继器的硬件规划
PLC中继器运用场景框图如图1所示：
中继器链接在电力网络和ZigBee网络之间，转发不同网络之间的数据信息。
PLC中继器的硬件架构框图如图2所示：
PLC中继器的中心模块为主操控处理器和ZigBee模块、中继器的主操控处理器是意法半导体公司出产的ST7590芯片。它带有8051内核，能够供应中继器根本的操控支撑；它还带有SPI/USART接口，支撑对外设的扩展。最重要的是，它还自带了支撑PRIME协议的物理层/MAC层DSP处理芯片，以及电力线通讯的模仿前端，使得ST7590十分具有可操作性，来满意智能电网的通讯要求。它供应一个具有灵活性、可扩展性及未来性的电力线通讯渠道，可轻松习惯各类智能电网的应刚需求和协议规范。
ZigBee模块选用的是德州仪器公司出产的CC2520芯片。CC2520是TI（德州仪器）的第二代ZigBee/IEEE 802.15.4射频收发器，作业于2.4 GHz频段。该芯片能够供应最先进的工业级运用，优胜的链路估量，能够存-40Ω~125摄氏度下作业此外，CC2520供应了广泛的的硬件处理技能，支撑帧处理、数据缓冲、突发传输、数据加密、数据验证、信道评价、链路质量指示和帧守时信息这些功用，减轻了主机操控器的负荷。存一个典型的体系中，CC2520将与ST7590一同完结中继操作。CC2520与ST7590的接口图如图3所示。
咱们运用ST7590的SPI通道与CC2520进行通讯。CC2520的SCLK端口与 ST7590的SP%&&&&&%LK0相连，作为SPI的时钟信号。CC2520的SO端口与ST7590的SPIMIS00相连，CC2520的SI信号与 ST7590的SPIMIS10相连，CC2520的CSn与ST7590的nSS0相连，SCLK、SO、SI与CSn端口共同完结CC2520和 ST7590的SPI通讯。CC2520的VREG_EN是CC2520的电源自检端口，与ST7590的GPI06相连，用来进行CC2520的发动承认。CC2520的GPIO0~GPIO5与ST7590的GPIO0~GPIO5相连，为ST7590的GPIO0~GPIO5供应中止源。
3 PLC中继器的软件规划
存硬件架构的根底上，咱们进行了PLC中继器的软件规划。
在体系发动时，ST7590首要对操控器和CC2520等硬件驱动进行初始化操作。初始化成功后，指示模块灯亮，随后ST7590和CC2520进入各自的网络监听使命。
中继器的中心使命是不同协议的数据包转发功用，也便是ZigBee协议数据包的封装宽和封装完结。如图4所示。
首要，咱们要界说两个中继器的ZigBee节点MAC层报头装备。
其间，plc_destAddr、plc_srcAddr、plc_panld是本地ZigBee网络的意图节点地址、源节点地址和子网ID.
（1）PRIME->ZigBee完结
PRIME->ZigBee的完结框图如图5所示：
①当ST7590从电力线网络中监听到数据包data后，得到数据包的长度L，所以ZigBee数据包的长度为L_ZigBee=L+12;将L_ZigBee放入ZigBee的MAC层报头，将data放入ZigBee的MAC层负载。
⑦判别CC2520是否有使命，等候闲暇后，判别信道竞争机制CSMA/CA，等候信道闲暇，ST7590经过SPI总线操控CC2520向意图节点发送ZigBee数据包。
（2）ZigBee->PRIME完结
ZigBee->PRIME的完结如图6所示。
①当CC2520收到ZigBee数据包后，首要依据ZigBee的MAC层数据，判别是否重传包，进行重传操作，或许进行ZigBee向PRIME的转发。
②假如是ZigBee向PRIME的转发，判别信道竞争机制CSMA/CA，等候信道闲暇，首要向方才的ZigBee节点发送承认帧。
③解封装ZigBee数据包，将ZigBee的MAC层负载传输给PRIME协议，进行电力线网络的传输。
为了防止两个进程一同抢占硬件和软件资源，咱们在中止中优先挑选较为慢速的电力线通讯网络的数据收发。
经过（1）进程和（2）进程的交互，PLC中继器完结了ZigBee网络和电力线通讯网络的数据交换。
4 结束语
作为继IT革新后的下一代技能革新，智能电网搭建了动力工业链和新式通讯体系的未来开展必经之路。现在，处于全球萎缩状况的不仪仅是动力的供应，还有金融市场的暗潮涌动，世界各国都将开展智能电网提升到首要的战略地位。而作为智能电网的中心传输网络，电力线通讯网络的效果将会越来越成重要，成为民生日子不可或缺的一部分。
本文测验把未来有线通讯的代表–电力线通讯网络和短间隔无线通讯的代表–ZigBee相结合，所提出的依据ZigBee的 电力线通讯中继器的规划方案，将无线通讯的优势补偿到电力线通讯的缺乏中，期望能够用这样的一个新的网络方式，为电力线通讯的立异运用打下可行性的根底。
