作者 / 李照彬 林宏 谢嘉倍
广东工业大学信息工程学院(广东 广州 510006)
摘要：由传统的高压电力线通讯技能开展而来的低压电力线载波通讯技能现已越来越遭到重视，低压电力线载波通讯技能是运用现有的电力线作为信号传输信道来完结1对1、一对多或多对多的通讯技能。挑选有用的计划完结电网中的通讯至关重要，本规划经过树立低压电力线载波模块体系模型，规划了依据HLPLCS521F的低压电力线载波模块。在完本钱规划硬件部分的理论剖析后，进行相关的测验，并对测验成果做进一步的剖析，完结了运用低压电力线进行数据传输的意图。经过在实验室和现场环境中测验了其通讯效果，该载波模块规划计划具有较高的信号保真度和抗噪声才能。
当时，电力载波通讯技能在以高压电力线为通讯载体方面现已取得了成效，且运用领域非常广泛。近几年来，电力线载波技能不断开展，在中、低压技能方面也有了很好的进步，不只能够进步供电部分抄表体系的运转牢靠性，进步电力体系的经济效益，还能够扩展到其他职业，如电力、交通、银行、消防、商场等各个领域服务，这将产生具有巨大的社会和经济效益。经过对国内外低压电力线载波技能的了解和研讨，了解到电力线载波通讯技能运用已有的电力配电网络进行通讯，不需求从头布线，信号不会由于经过建筑物墙面而遭到衰减乃至屏蔽，本钱相对较为低价等，所以建立出一个实践的、以HLPLCS521F为中心的低压电力载波通讯模块完结数据传输，并对模块的通讯功用进行了测验。
1 载波芯片
本模块所运用的调制解调芯片是HLPLCS521F，HLPLCS521F是一颗为电力线载波通讯规划的FSK调制与解调芯片，芯片内部集成高速数字信号处理器和FSK调制解调器，解调器具有强的抗搅扰功用，可习惯各种杂乱的电力线信道环境。
模块能够在过零发送形式和正常发送形式间自在切换，且串口通讯速率可选、偶校验和无校验可选。芯片选用TSSOP20封装，其引脚图如图1所示。
Zset用于设置发送形式，若该引脚上拉至高电平，则为正常发送形式，若直接接地则为过零发送形式;U_Eset用于设置串口校验方法，若该引脚上拉至高电平，则为偶校验，若直接接地则为无校验;U_Bset0、U_Bset1两个引脚合作完结串口通讯速率的设置，若为00则通讯速率为1200，若为01则通讯速率为2400，若为10则通讯速率为4800，若为11则通讯速率为9600。通讯格局设置只在上电(复位后)设置有用，模块正常作业后不能再对其设置更改。
软件选用含糊算法，即便传输信号被搅扰或丢掉达40%，也能精确复原出原载波信号、通讯安稳、抗搅扰才能超强，合作外围电路，即可规划出高功用、高安稳度、高灵敏度的载波通讯模块。
本规划运用该芯片装备的灵敏性将通讯速率装备引脚、校验方法装备引脚、发送形式装备引脚引出，以完结自在装备需求的设置，既便当调试模块，又能依据电力线环境不同改动相应的设置以到达最好的通讯效果。
2 低压电力线载波模块硬件电路规划
2.1 体系全体结构
低压电力线载波通讯的原理结构有信源、信道、信息的收发端以及相应的接口电路等，其间信道是低压电力线。选用模块化规划，微操控器宣布的数据经过通讯串口经电力线载波模块发送至电力线上，而模块从电力线上接纳到的信息能够经过通讯串口发送给微操控器，以完结对接纳的数据进行处理，完结载波通道通讯进程。低压电力线载波模块体系框图如图2所示。
由图可知电力线载波通讯体系信息传递的进程为：微操控器供给信息→通讯接口电路→信号调制→电力线接口→电力线→电力线接口→信号解调→通讯接口电路→微操控器处理信息。其间通讯接口电路为串口电路，信号的调制解调芯片为HLPLCS521F。由此可知，一个低压电力线载波通讯体系的建立需求两块模块进行合作：一块起发送效果，一块起接纳效果。
2.2 硬件结构规划
载波芯片与电压电网相连需经耦合电路，所以在该接口电路的功用规划上，有必要要有耦合功用。除此之外，为减小各种搅扰信号的影响，需添加滤波功用;还有为进步传输间隔，需考虑添加扩大功用;以及在作业进步牢靠性方面，还需加设必要的维护功用。综上考虑，规划出芯片HLPLCS521F与低压电力线相连的接口电路框图如图3所示。
发送信号的进程从芯片HLPLCS521F的FSK_OUT引脚输出后，需经过功率扩大环节以及耦合维护窄带滤波环节; 而信号接纳进程从低压电力线输入后，经耦合维护窄带滤波环节和电压扩大后，传入芯片FSK_IN脚，这两个环节在整个进程中都在作业。
2.2.1 耦合维护窄带滤波
耦合维护窄带滤波电路选用1mH：1mH的耦合变压器，信号经过中心频率为72k的 LC选频网络，即可得到频率高达72k的方波信号。其载波通讯口可直接抵挡静电、群脉冲和浪涌的冲击。
2.2.2 发送功率扩大
发送功率扩大电路是由CJ3406和CJ3407合作完结的。从芯片的FSK_OUT引脚出来的信号为中心频率为72KHz，幅值为5V的方波信号，其凹凸电平使P 沟道 Mos 管和 N 沟道 Mos 管别离导通，使得电压幅值进步到幅值为VPLC的方波信号，之后经滤波器将方波转换成正弦波信号FSK_DATA。
2.2.3 接纳电压扩大
接纳电压扩大电路中起首要效果的是OP37。
前端选用 RLC 带通滤波器规划，中心频率为72k，之后信号经过带通滤波器后进入到运放OP37进行扩大，将正弦小信号扩大整形成方波信号经FSK_IN引脚给载波芯片解析。测验发现，OP37有着很高的转换率，能完美的扩大信号且信号不失真。
2.3 模块运用
在完本钱规划硬件部分的理论剖析后，进行什物制造并测验。
制造完结的模块体积小，具有装备引脚，只需短接焊点即可运用该模块，非常便当。模块制造完结之后，别离对该模块进行了1对1、一对多的实践运用，模块体现出色，未呈现异常。
3 软件规划
低压电力线载波通讯体系的软件流程图如图4所示。由图4可知，其软件作业流程如下:
首要体系通电开端进行端口的初始化作业，再对用户设置的波特率、帧长和信号通讯方法等进行检测，再依据其检测成果发送载波芯片中操控寄存器的操控字;然后开端从电力线接纳数据的作业，这时可分两种状况剖析: 第一种状况是当FSK载波信号检测届时，就可进入信号数据接纳状况;第二种状况，当检测中条件不满足时，则立刻进入信号数据发送状况，假如没有数据待发送，则持续回来检测是否有载波信号呈现。
4 测验实验及引脚波形图
为测验模块的信号保真度，进行了测验实验。
运用串口帮手每隔1300ms向模块1发送一次数据(该实验中为0xFE)，如图5所示。此刻调查FSK_OUT引脚的波形图如图6所示。调查FSK_DATA引脚的波形图如图7所示。之后，该信号经耦合电路发送到电力线上，此刻运用模块2从电力线上获取该信号，得到FSK_DATA引脚波形图如图8所示。而FSK_IN引脚波形图如图9所示。经过串口帮手调查模块接遭到的数据是否产生失真，如图10所示。
可见未产生数据失真现象，经长期测验，并运用其他数据进行测验，未呈现异常，买块体现杰出，信号保真度极高。
5 定论
本文规划了依据低压电力线的载波模块，该模块集成度高，作业牢靠，有较高的接纳灵敏度和抗搅扰才能，通讯速度较快，且保真度高。运用本文规划的低压电力线载波模块，成功完结了依据电力线的一对多的长途操控体系规划、一对多的长途数据传输功用，并且体系安稳，经过获取电力线上收集到的数据进行剖析，发现简直未呈现失真现象，可见该体系保真度高。
跟着科学技能的不断进步，低压电力载波通讯在信息传输的有用性和牢靠性上已有了很大的改进。电力网络是现在掩盖规模最广的网络，有着巨大的潜在运用价值，现在国外都在致力于推行其运用规模，我国电力体系具有广泛全国各个旮旯的网络资源，为完结用户接入体系供给了便当条件，在家居自动化、家用电器操控等方面，该技能有着得天独厚的优势可见这项技能开展空间尤为宽广。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第1期第63页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
