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低压电力线载波通信系统设计

低压电力线载波通信系统设计

摘要:由传统的高压电力线通信技术发展而来的低压电力线载波通信(PLC,low-voltage power line carrie-current communication)技术已经越来越受到关注,且被视为解决因特网接入“最后一公里”问题的有效手段。文章通过软硬件结合的方式,自主搭建了一个低压电力线载波通信系统,从而实现了利用低压电力线进行数据传输的目的。
关键词:低压电力线;MSCOMM控件;载波通信;接口转换

0 引言
   
现代社会的发展,人们对生产和生活有了更多、更高的要求,例如要求更节能环保、更舒适便捷,这些要求的实现都需要大量信息的获取、传输和处理,需要把与生产生活相关的大量设备和对象连接起来,构成网络,以实现对它们的监测控制与管理,从而形成物联网、家域网(HAN)等。在这些网络中,需要连接的对象数量众多,位置可能变动,给网络的构成带来一定的困难。由于这些对象的工作大都离不开电力,所以,用低压电力线组成网络进行通信,是一种很需要重新布线,覆盖范围广,维护少,节约资源。为此,本文结合国内外研究动态,对低压电力线载波通信技术进行了研究,并采用相关功能模块,编写了相关控制软件,实现了两点之间通过低压电力线载波通信来进行数据传输,并通过上位机进行监控的目的。

1 系统总体结构
   
本设计主要包括载波通信模块、上位机监控界面及转换接口电路等几个部分。其中,转换接口电路主要负责PLC模块的TTL电平接口与上位机的串口之间的接口通信。其系统框图如图1所示。


    在数据信号发送端,上位机发出数据信号给COM口,通过接口转换电路把上位机发出的数据信号转换为PLC模块能够接收并处理的TTL电平信号。然后经过PLC模块将信号调制成特殊的电力信号,再通过电力线进行传输。
    在数据信号接收端,PLC模块将电力线上的信号耦合下来,并通过滤波、解调转换为原来的TTL电平信号,再经接口转换电路把信号发送到上位机进行显示。
    该系统信息是双向传输的,即PLC模块与转换接口电路均可以实现双向通信。

2 系统硬件选择与设计
2.1 低压电力线载波模块
   
本文选用杭州新实科技有限公司的SENS-01嵌入式电力线载波通信模块,该模块可提供半双工通信功能,可以在220 V/110 V、50Hz/60 Hz电力线上实现局域通信;通信速率有600 b/s、1 200 b/s、2 400 b/s、4 800 b/s、9 600 b/s、19 200 b/s等多种速率;每帧长度小于或等于20 B;具有TTL电平接口,可为用户提供透明的数据通道,而且数据传输与用户协议无关。
2.2 接口转换电路选择与设计
   
本设计选用的是USB接口作为上位机与PLC模块的通信接口,因为现在的笔记本大多没有RS232接口,而且现在许多工业现场也采用USB接口作为串口通信,十分灵活便捷。因此,本文选用FTDI公司生产的FT232RL芯片作为USB与TTL电平接口的转换芯片,该芯片具有全握手协议及MODEM接口(CTS、RTS、DTR、DCD、RI),并具有硬件及Xon/Xoff流量控制。芯片内置晶振,外围电路简单,驱动能力强。其接口转换电路如图2所示。

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