摘? 要: 介紹了Intellon公司的SSC P200 PL網(wǎng)絡(luò)接口控制器的功能和工作原理，并設(shè)計(jì)了基于P200的電力線載波模塊，給出了在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和信息家電中的應(yīng)用實(shí)例和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　關(guān)鍵詞: 電力線載波? CEBus標(biāo)準(zhǔn)

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　　用現(xiàn)有的電力線(PL)進(jìn)行信息的傳送，無(wú)需額外的通訊電纜，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙控等功能，可以節(jié)約大量的人力、物力和財(cái)力。尤其在一對(duì)多的控制系統(tǒng)中，不但省去了冗繁的接線，也增加了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)的便利性。Intellon公司符合CEBus標(biāo)準(zhǔn)的SSC P200是利用Chirps掃描頻率進(jìn)行載波對(duì)信號(hào)實(shí)施擴(kuò)頻。由于擴(kuò)頻技術(shù)可以有效抑制干擾和噪聲，所以在速度、抗干擾性、可靠性及價(jià)格等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、水電費(fèi)管理、通訊和安全保衛(wèi)系統(tǒng)等工程項(xiàng)目中。同時(shí)SSC P200對(duì)于雙絞線和直流供電系統(tǒng)也提供了低廉而性能優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)接口^[1]。

1 P200的工作原理和特點(diǎn)

　　Intellon 公司的P200網(wǎng)絡(luò)接口控制器具有如下特點(diǎn):

　　·適用于與CEBus兼容的低價(jià)位產(chǎn)品;

　　·提供EIA-600標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù);

　　·提供EIA-600標(biāo)準(zhǔn)中物理層的收發(fā)器;

　　·提供SSC(擴(kuò)頻載波)的PL(電力線)技術(shù);

　　·提供SPI(串行外圍接口)的主處理器接口;

　　·+5V供電;

　　·為20針的SOIC封裝。

　　圖1(a)為P200的管腳圖，圖1(b)給出了P200網(wǎng)絡(luò)接口控制器的節(jié)點(diǎn)方框圖。P200提供了通訊中的數(shù)據(jù)鏈路功能和物理層的協(xié)議服務(wù)。主處理器負(fù)責(zé)將命令和數(shù)據(jù)翻譯過(guò)來(lái)提供給用戶使用，并執(zhí)行頭尾相接的協(xié)議功能。模擬數(shù)據(jù)是通過(guò)信號(hào)輸入(SI)與信號(hào)輸出腳(SO)在電力線與P200之間進(jìn)行傳輸?shù)?。而輸出信?hào)的放大和濾波、輸入信號(hào)的濾波和與電力線的耦合則需由外部分立元件來(lái)完成。

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　　模擬通訊信號(hào)首先從其SI腳進(jìn)入SSC P200，然后被緩存放大器(Amp)所放大。放大后的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，以便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。對(duì)輸入信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理包括一個(gè)配套的濾波相關(guān)器以檢測(cè)擴(kuò)頻“chirps”的波形，而載體檢測(cè)和媒介狀態(tài)信息則被從DSP電路傳輸?shù)綌?shù)據(jù)鏈路層(DLL)的微處理器，以便于將分組解碼，協(xié)議功能和最終的分組傳輸?shù)街魈幚砥鳌?/P>

　　將欲發(fā)送的分組先從主處理器傳輸?shù)絻?nèi)部的DLL微處理器，而DLL微處理器則將數(shù)據(jù)傳輸給DSP功能塊。DSP可產(chǎn)生擴(kuò)頻載波(SSC)的高層狀態(tài)和低層狀態(tài)，通過(guò)D/A以產(chǎn)生擴(kuò)頻“chirps”的模擬波形。當(dāng)三態(tài)信號(hào)被置為高時(shí)，此波形經(jīng)緩存后從SO腳輸出，經(jīng)功率放大模塊(如P111)和變壓器等耦合到電力線上。

2 P200與主處理器的接口

　　P200與主處理器的接口(如圖2所示)是由一個(gè)使用5線的串行外圍接口SPI實(shí)現(xiàn)的。主處理器提供低電平有效的復(fù)位(REST)信號(hào)。主處理器選用了AT89C2051，以P200的4M時(shí)鐘輸出作為單片機(jī)的晶振時(shí)鐘輸入。考慮到一般性，主處理器通過(guò)UART接口與其它CPU聯(lián)系。在主處理器和SSC P200之間是由一簡(jiǎn)單的協(xié)議來(lái)支持命令和數(shù)據(jù)的傳輸。這些命令和數(shù)據(jù)包括將要發(fā)送的分組、已接收到的分組和狀態(tài)及設(shè)置信息，另外P200和P111之間的接口電路(此處省略)以及程序框圖和信號(hào)時(shí)序等詳細(xì)情況請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]。

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3 典型應(yīng)用

3.1 用P200實(shí)現(xiàn)基于PC機(jī)的“BBS”系統(tǒng)

　　為了直觀地檢測(cè)P200電力載波的接收正確率，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)用P200實(shí)現(xiàn)基于PC機(jī)的“BBS”系統(tǒng)，如圖3所示。即一個(gè)PC機(jī)通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至P200電力線載波模塊的主處理器，再通過(guò)電力線和另一組電力線載波模塊將數(shù)據(jù)傳遞給另一臺(tái)PC機(jī)，并在屏幕上顯示出來(lái)。從一臺(tái)PC上向另一臺(tái)PC呼叫，則可以實(shí)現(xiàn)雙方在線半雙工對(duì)話。PC的界面和串口通訊通過(guò)VC、Delphi和VB等編程語(yǔ)言很容易實(shí)現(xiàn)。這里電平轉(zhuǎn)換是用來(lái)解決PC機(jī)RS232電平與P200電力線載波模塊主處理器UART電平的不兼容問(wèn)題。

如果從PC端發(fā)出的數(shù)據(jù)遵循某種規(guī)律(如遞增/減)，則在另一臺(tái)PC的終端可以檢測(cè)出接收數(shù)據(jù)的成功率。如果PC機(jī)有兩個(gè)串口，則可在同一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行測(cè)試。在如圖3的系統(tǒng)中，我們對(duì)150米的電力線進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明:在未加干擾源的情況下，對(duì)2000組數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，通訊成功率為100%;在發(fā)送端和接收端控制1.3kW的電機(jī)頻繁啟停的情況下，對(duì)2000組數(shù)據(jù)的測(cè)試得出通訊成功率為99.95%，即僅有一組數(shù)未收到。

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3.2 采用P200作為電力線載波模塊的智能信息家電控制系統(tǒng)

　　電力線載波可以很好地應(yīng)用于組建家庭信息家電網(wǎng)絡(luò)，這樣可以通過(guò)電話線路或Internet對(duì)家電等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。由于家庭的特殊性，采用無(wú)電纜連接的方式更有助于家庭的使用，這一方面節(jié)省了額外的接線施工，也便于廠家和銷售單位的售后服務(wù)及維修。圖4給出了智能信息家電控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。用戶或維修單位可通過(guò)電話或Internet登錄到家庭網(wǎng)關(guān)，并發(fā)出相應(yīng)的運(yùn)行或檢測(cè)命令，該命令被網(wǎng)關(guān)接收到后，通過(guò)P200的電力線載波模塊發(fā)送到電力線上，各網(wǎng)絡(luò)家電的控制器上均有電力線載波的收發(fā)模塊，通過(guò)唯一標(biāo)識(shí)的地址碼可以解析出命令的含義。各家電的主控制器根據(jù)相應(yīng)的命令來(lái)控制家電的行為或給出當(dāng)前的運(yùn)行狀況和故障信息。例如，如果用戶離家時(shí)忘記關(guān)閉了某種家電，可以打電話或通過(guò)Internet將其關(guān)閉;在用戶下班回家時(shí)，可以預(yù)先控制家電開(kāi)啟，以便回到家中，即刻可以進(jìn)餐并享受舒適的室溫環(huán)境。

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4 需要注意的問(wèn)題

　　為了順利地將P200應(yīng)用于實(shí)踐，我們總結(jié)了如下幾個(gè)需要注意的問(wèn)題。

4.1 元器件的選擇

　　在元器件的選用方面，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)上提供的器件型號(hào)的特性作為選擇依據(jù)，否則會(huì)因?yàn)槿缍O管的快速性不夠等問(wèn)題而影響最終使用性能。

4.2 EMI濾波器節(jié)點(diǎn)的影響

　　由于電力線載波本身就是對(duì)電網(wǎng)的一種污染，不可為了追求遠(yuǎn)距離傳輸而將功率放大部分的電壓提得很高，應(yīng)充分考慮EMC。另外，供電系統(tǒng)應(yīng)增加EMI濾波器，為了減少載波信號(hào)和供電電源系統(tǒng)之間的干擾，載波信號(hào)與電力線的耦合端應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離濾波器節(jié)點(diǎn)。

4.3 P200輸入信號(hào)濾波器的線路和參數(shù)選擇

　　在利用電力線作為傳輸媒介的通訊中，由于電力線的阻抗和噪聲等因素的影響，P200輸入信號(hào)濾波器的參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況選擇，不必拘泥于數(shù)據(jù)手冊(cè)上的線路和參數(shù)。

4.4 P111供電電源的影響

　　實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，P111供電電源的穩(wěn)定性和電壓紋波對(duì)接收和發(fā)送波形的質(zhì)量有較大影響，因而要提高電源的質(zhì)量。

4.5 合適、完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　由于電力線載波的傳輸媒介是電力線本身，因而只能構(gòu)成單工或半雙工系統(tǒng)。另外，由于P200芯片僅提供低級(jí)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，對(duì)于一個(gè)基于SSC P200網(wǎng)絡(luò)接口控制器的典型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(如圖1b)，在主處理器將命令和數(shù)據(jù)翻譯過(guò)來(lái)提供給用戶使用后，完善的應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層通迅協(xié)議是非常關(guān)鍵和必要的。

　　綜上所述，采用P200網(wǎng)絡(luò)接口控制器可以方便地實(shí)現(xiàn)高速、可靠、廉價(jià)的電力線載波通訊，我們?cè)谛畔⒓译姾捅诿媲逑磁辣跈C(jī)器人等領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用。

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參考文獻(xiàn)

1 北京浩均公司技術(shù)資料光盤