摘 　要： 介紹了開發(fā)的一種通用電力載波通信模塊,，并對(duì)其進(jìn)行了載波信號(hào)波形及通信可靠性測(cè)試,，針對(duì)誤碼率問題采用了CRC校驗(yàn),。測(cè)試結(jié)果表明，此電力載波模塊性能穩(wěn)定,，只要能滿足通信要求而又不便布線的地方均可采用,。
    關(guān)鍵詞： 電力線載波通信,；載波模塊；測(cè)試,；CRC校驗(yàn)

 　　電力載波PLC(Power Line Carrier)通信是指利用電力線作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式,，因其以電力線為通道，具有無需布線,、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn),，應(yīng)用前景廣闊。國(guó)外已有相關(guān)成熟產(chǎn)品,，但因其電網(wǎng)特性與中國(guó)不同,，不適用于我國(guó)。因此,，有必要開發(fā)出一種適合我國(guó)國(guó)情的電力載波通信產(chǎn)品,，可適用于電力線上網(wǎng)、智能家居,、工業(yè)控制,、安防報(bào)警等多種場(chǎng)合。本文開發(fā)了一種通用電力載波通信模塊,，并對(duì)其進(jìn)行載波信號(hào)波形及通信可靠性測(cè)試,，力圖為模塊應(yīng)用打下可靠的實(shí)踐基礎(chǔ)。
1 載波通信的關(guān)鍵技術(shù)
1.1 擴(kuò)頻通信
    由于電力線網(wǎng)主要是為提供工頻電能而設(shè)計(jì)的,，存在輸入阻抗變化大,、信號(hào)衰減嚴(yán)重、噪聲干擾等特性,，制約著信號(hào)傳輸?shù)木嚯x和質(zhì)量,，所以要采用特殊的技術(shù)手段[1]。擴(kuò)頻通信由于其突出的抗干擾性優(yōu)點(diǎn),，在載波通信中得到廣泛應(yīng)用,。它的理論基礎(chǔ)可用香農(nóng)信道容量公式來描述,，當(dāng)信道容量C為常數(shù)時(shí),，可以通過增加帶寬(W)來降低系統(tǒng)對(duì)信噪比(S/N)的要求。本文采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù),，因其應(yīng)用較廣,、成本低、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)也最簡(jiǎn)單,，同時(shí)也適合電力線載波通道環(huán)境[2],。
1.2 電力線載波芯片
　　電力線載波芯片是電力線通信系統(tǒng)的核心，本文選用專門針對(duì)我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)惡劣的信道環(huán)境所研制開發(fā)的國(guó)產(chǎn)PL3105調(diào)制解調(diào)芯片,。該芯片除了內(nèi)嵌直序擴(kuò)頻通信的數(shù)據(jù)信號(hào)處理單元和微處理器外,，還集成了ADC轉(zhuǎn)換模塊,、DPSK調(diào)制、ISP,、完善的電壓檢測(cè),、上電、掉電復(fù)位和看門狗等功能,。載波通信的擴(kuò)頻解擴(kuò),、調(diào)制解調(diào)完全由其內(nèi)部硬件電路完成。
　　PL3105芯片的主要通信參數(shù)為：若啟用載波功能,，必須使用9.6 MHz晶振,；載波頻率為120 kHz，符合國(guó)家規(guī)定的載波頻率(40～500 kHz)的標(biāo)準(zhǔn),；波特率為500 b/s和250 b/s可選,，本文采用默認(rèn)值500 b/s；由于PL3105芯片的CPU和載波模塊內(nèi)嵌,，所以載波通信控制可以通過配置片內(nèi)寄存器來實(shí)現(xiàn),；載波通信采用半雙工方式。
2 通用模塊設(shè)計(jì)
    載波模塊主要構(gòu)成如圖1所示,。

2.1 電源模塊
    整個(gè)電源模塊取自普通電力插座,，為交流220 V/50 Hz工頻電，由12 V電源變壓器引入,，經(jīng)整流器得到直流+12 V電壓作為放大電路發(fā)射電壓,，再經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805即可獲得+5 V的芯片工作電壓?？紤]到低壓系統(tǒng)實(shí)際存在的波動(dòng),，要接濾波及保護(hù)電容。
2.2 耦合電路
　　耦合電路可將向電力線發(fā)送的信號(hào)耦合到電力線上,，又可將從電力線上接收的信號(hào)耦合到通信板,。
　　耦合電路由安防電容(AC224/275)、耦合線圈(原,、副邊匝比為10：15)和瞬態(tài)抑制二極管組成,。對(duì)于工頻信號(hào)，電容CZ的阻抗遠(yuǎn)大于線圈原邊電感的阻抗,，所以電容CZ承擔(dān)了電力線上的交流電壓,；對(duì)于120 kHz的系統(tǒng)信號(hào)，線圈原邊電感的阻抗遠(yuǎn)大于電容CZ的阻抗,，所以系統(tǒng)擴(kuò)頻信號(hào)幾乎都加在了耦合線圈上,，這種電路能把工頻與擴(kuò)頻信號(hào)疊加和分離開來。
2.3 載波收發(fā)電路
    載波收發(fā)電路如圖2所示,。PL3105芯片的PSKout腳輸出的載波調(diào)制信號(hào)經(jīng)功率放大電路,、整形濾波電路耦合到電力線上,，實(shí)現(xiàn)電力線載波通信。

    在接收端,，本系統(tǒng)采用無源帶通濾波器(C15,、C16與L2)組成并聯(lián)諧振回路，諧振回路是以擴(kuò)頻信號(hào)的中心頻率120 kHz為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的,，以完成對(duì)有效信號(hào)的帶通濾波,，良好的選頻回路可以有效提高載波接收的靈敏度。接收信號(hào)經(jīng)過電容C17后引入到芯片內(nèi)部進(jìn)行后續(xù)處理,。
3 載波模塊測(cè)試
    在完成硬件電路設(shè)計(jì),、電路板加工及軟件編程后，只有通過測(cè)試才能證明它是否達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),。測(cè)試工作從模塊到整體的思路逐步進(jìn)行,。
3.1 載波信號(hào)波形測(cè)試
　　測(cè)試環(huán)境：室溫，VHH=12 V,。通過示波器測(cè)得各部分波形分別如圖3,、圖4、圖5所示,。

    經(jīng)調(diào)試,，本系統(tǒng)的功放電路靜態(tài)工作點(diǎn)正常，放大效果明顯,。從圖3可以看出,，波形被放大，頻率保持不變,。
    從圖4可以看出,，信號(hào)耦合到電力線上后信號(hào)特性變差，這也是采用擴(kuò)頻通信的必要性所在,。
    對(duì)比圖3(a)和圖5可知,，信號(hào)從芯片輸出后經(jīng)由整個(gè)通信信道前后波形能夠較好地相符合，驗(yàn)證了擴(kuò)頻通信的抗干擾能力,。
3.2 通信可靠性測(cè)試
    將2塊完全相同的實(shí)驗(yàn)板模塊按圖6連接好,。

    (1)不加CRC校驗(yàn)的情況下
　　實(shí)驗(yàn)過程：利用北京福星曉程公司提供的演示軟件，通過PC機(jī)1發(fā)送1幀數(shù)據(jù)給實(shí)驗(yàn)板1,，載波通信模塊將數(shù)據(jù)調(diào)制擴(kuò)頻后耦合到電力線上,，實(shí)驗(yàn)板2上的載波通信模塊進(jìn)行信號(hào)接收,，通過RS-232口上傳給PC機(jī)2,，PC機(jī)2反饋1幀數(shù)據(jù)，經(jīng)過上述過程,，PC機(jī)1接收到反饋的數(shù)據(jù),，如果接收的數(shù)據(jù)與期望收到的數(shù)據(jù)一致,，則判定為這次通信成功，否則失敗,。每次通信次數(shù)為1 000次,。PC機(jī)每500 ms發(fā)送1次數(shù)據(jù)，PC機(jī)串口波特率為2 400 b/s,，非校驗(yàn),，1位停止位，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示,。

　　(2)加入CRC校驗(yàn)的情況下
　　CRC校驗(yàn)應(yīng)用于測(cè)控及通信領(lǐng)域,，進(jìn)行差錯(cuò)控制。通過表1可以看到,，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β室迅哌_(dá)98%以上,，所以采用CRC-16位校驗(yàn)就可以滿足要求。CRC－16的生成多項(xiàng)式g(x)=x¹⁶+x¹⁵+x²+1,。將要傳送的數(shù)據(jù)除以生成多項(xiàng)式,，所得余數(shù)為CRC校驗(yàn)碼[4]。
　　發(fā)送方：發(fā)出的傳輸字段為：信息字段+校驗(yàn)字段,。
　　接收方：使用相同的生成碼進(jìn)行校驗(yàn)：接收到的字段/生成碼(二進(jìn)制除法),，如果能夠除盡，則正確,。
　　重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程,，可以發(fā)現(xiàn)，采用了CRC校驗(yàn)后,，模塊可以完全正確地進(jìn)行收發(fā)信息,。
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于擴(kuò)頻通信方式的PL3105載波通信模塊系統(tǒng)工作穩(wěn)定,。采用了CRC校驗(yàn)后,，在100 m范圍以內(nèi)，可以完全正確地收發(fā)信息,。該模塊目前的通信速率為500 b/s,，所以它適用于傳送短消息、數(shù)據(jù)通信量低以及實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合,。

參考文獻(xiàn)
[1] 張金波,，張學(xué)武，鄭雪峰.限制低壓電力線載波通信的因素及解決辦法[J].電工技術(shù)雜志,，2004(7)：15-18.
[2] 張?jiān)诹?，韓富春.直接序列擴(kuò)頻在電力通信中的應(yīng)用[J].低壓電器，2004(2)：36-39.
[3] 溫莉娟,，譚長(zhǎng)濤,，邱建斌.電力載波通信線路的設(shè)計(jì)[J].江蘇電器,，2008(2)：17-19.
[4] 陳壯奕.CRC校驗(yàn)的C語言實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化，2006(6)：35-37.