电力线载波通信技术

图 ２ Ｌ ８ ３的 内部 结构 和外 部 引脚 图 Ｍ１ ９
于 Ａ Ｃ的作 用 ， Ｌ 能使输 出功率放 大器的输 出信号幅度 随着线 路 阻抗改变而调整 ， 防止 输 出过
载。
当 Ｌ １９ Ｍ ８ ３处 于 接 收 模 式 时 ，引 脚 ５为 低 电平 ，电力 线 上 传 送 来 的 信 号经 高 压 耦 合 电容 、 变 压 器 组成 的 高 通 滤 波 回路 ，再 经 Ｌ 并联 谐 振 回路 选 频 ， 进 入 内 部 限 幅 器 ，经 过 限 幅滤 波 Ｃ
据 位并能进 行正确 的通信 。现 在讨论 一种 简单 的数 据编 码方式 。
国 ３ 给 出 了一 个 简 单 的发 送 数 据 包 的 例子 。在 传输 中 ，每 一 个 字 节 的编 码 格 式 采 用 １ ０ 位 制 ，即 １ 起 始 位 ，８个 数 据 位 ，１个 结 束 位 ，发 射 时 低 位 在 前 ，高位 在 后 。接 收 和 发射 时 ， 个
申． 线 载 波 通 信 持 术 舟
噪声对系 统传输 性能的影 响。采用适 当的通信协议 ，尽量避 免噪声带来 的影 响 ，这种 方式只
在通 信 的底 层 以软 件 的方 式 实 现 ，简 单 易 行 。本文 采 崩 这种 方 式 ，在 Ｃ Ｂ ｓ 基 础 上 采 用 信 Байду номын сангаасＥ ｕ 的
息包 方式传 输 。
数据 包
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同步 位 圈 ３ 发送 的 数据 包
厂
结 束 位
０ 始志 ｝ 据置 ｉ数 标 ： 前 据 — 起 ＝ 数 Ｉ． ｌ ＇｝ Ｊ
都采用移 位 的方式通过 ８３ ０ １的 Ｉ 口发 送 或 接 收 。 ／ ０ ４ ２ 电 力线 通 信程 序 的 编 写 前 面 介 绍 了数 据 编 码 方 案 ， 现 在 介 绍 接 收 方 案 。将 ｔ， 连 接 到 ８ ３ Ｌ Ｘ ０ １的 ０ 中 断 口 ，这 样 ＃ 在 到 来 低 电 平 之 后 ， 就 转 入 中 断 服 务 程 序 ，检 测 到 来 的信 号 。 如 果 是 扰 动 ， 则 退 出中 断 服 务 程 序 ：如 果 是 信 号 到 来 ， 则 关 闭 中 断 ，接 收 到 来 的 数 据 信 号 。 首 先 检 测 数 据 包 的 头 字 节 ，如 果 头 字 节 中 不 是 高 低 电平 交 错 出现 ，那 么 判 定 为 电力 线 的干 扰 ，退 出服 务 程 序 ； 如 果检 测 到 高 低 电平 交 错 出现 ， 并 且 最 后 连 续 检 测 到 两 个 ０ ，那 么 就 说 明 电力 线 上 有 数 据 传 输 ， 开始 接 收 数 据 ，将 接 收 到 的 数 据 的 第 一个 字 节 和 本 机 地 址 比较 ，如果 相 同 ，表 示 是 要 求 本机 接 收 的 ， 否 则 退 出 中 断 服 务 程 序 。在 接 收 完 毕 后 ，进 行 Ｃ Ｃ 校 验 ，如 果正 确 ，则 传送 给 计 算 机 ；否 则 Ｒ 发 出 错 误 信 息 ，要 求 发 送 方 重 发 。
对 通 信 系 统 加 以选 择 、 调 整 。
３ 通 信 系统 设 计方 案
通 过 电 力 线 载 波进 行 双 机 通 信 的演 示 系
统 结构见 图 ｌ 。通 信是双 向的，微机 ｌ 微 和 机 ２由接 口控制 电路连 接 ，接 口控制 电路控
制 调 制解 调 芯 片 ， 接 收 来 自电力 线 上 的 调 制
１ 引言
随着 家庭 自动 化 的发 展 ，人们 开始考虑 使用 电力线进行载波 通信 。 由于信号传 输 的介质 已经存在 ．无 须再投 入大 量 资金进 行基础 设施建 设 ．并 且通过 电力线可 以访 问到与它连接 的
任 意 通 信 设 备 ， 因此 使 用 到 处 可 见 的 电力 线 作 为 传 输 介 质 的 设 想 是 很 有 诱 惑 力 的 。虽 然这 个
接收机 都有较 高的技术要求 ，从而增加 了设计难 度，而且接 收机 灵敏度过 高 ，也不 利于整个
系 统 的抗 干 扰 。 也可 考 虑 使 用 闭 环 应 答 臼适 应 发射 系 统 。 发射 机 的 发 射 功 率和 接 收 机 的 灵 敏 度 都 设 计 为
白适应 的方式 ，可以根 据 电力线 衰减情况 自动地进行 调整 ，以保证 良好的通信质 量 还可 以 在各 个相 线之 间接 入耦台 电容 ，以扩大 信号的覆盖面 ，提 高跨相 传输距 离。电力线 载波通信 信 号 的衰 减总体 上虽然有一定 的统计规律 ， 但是 由于 电力线 负载 的多样性 、 复杂 性和时变 性 ， 其具体变 化细节 则难于准确预测 ，不能 以简单的数学 公式来描述 ，只 能根据具 体的工 作环境
电子技 术 参考
２ ０ 年 第 ３期 ０１
电 力线 载 波 通 信 技 术
吕高焕
摘 要 基 于 Ｆ Ｋ 的 窄带 电力 线载 波 通信 方 式 ，开发 了双机 串行 通 信演 示系 统 ・并 根 Ｓ
据 载波 通 信要 求 设计 了调 制解 调 电路 ．开 发 出一 套切 实可 行 的通 信 协 议 ，保 证 了通 信 的高 可靠 性 ．最 后给 出的 试验 结 果 ．证 实 了这 种方 法 的可 行性 关键 词 电力线 ，载 波 通 信
ＬＭ １ ９ ８ ３ ＴＸ， ＲＸ ＴＸ ＲＸ
信号 并在解调后 发送给微 机 ；后者 接收来 自 微机 上 的数 字信 号 ，并将其 调 制后 耦合到 电
力 线 上 发 射 出 去 这 里 使 用 的 调制 解 调 芯 片 为 Ｌ １９ ， 它 的 调 制 解 调 方 式 为 Ｆ Ｋ。 在 Ｍ ８３ Ｓ 通 信 器 中 有 一 ＥＥ Ｒ Ｐ ＯＭ ，可 以存 储 本 机 的 节 点 地 址和 配 置 信 息 。来 自电力 线 上 的数 据 包
十 千
接 口控制 电路
０
ｌ 微机斟 ｆ
图 １ 电 力线载 波 通信 系统 主 体框 架
３ ４
电子 技 术参考
２０ 年第 ３ ０１ 期
在 本 机 提 取 出地 址 信 息后 ，和 Ｅ Ｐ Ｅ ＲＯＭ 内 存 储 的本 机 地 址 作 一 对 比 ，就 可 以 决 定 是否 要 将 这 些 数据 传 输 到 微 机 中 。 成 整 个 控 制 过 程 的控 制 芯 片 使 用 一 个 ８３ 完 ０ １单片 机 ，它 采 用 中 断 的 方 式 自动 地 控 制 Ｌ １９ Ｍ ８ ３的 接 收 和 发 射 功 能 。 通 信 控 制 器 由 四 部 分 组 成 ：８ ３ ０ ｌ和 Ｐ 接 口 电路 、 ８ ３ Ｃ ０ １控 制 电路 、 电源 电 路 、 制 解 调 电路 、电 力 线 耦 台 电 路 等 。 调 核 心 是 调 制解 调 电路 ，Ｌ ｌ９ 的 内 部 Ｍ ８３ 结 构 如 图 ２所 示 。Ｌ １ ９ Ｍ ８ ３有 两 种 工 作
模 式 ，即发送（ ｘ 和接 收（ ｘ 模式 。在 Ｔ ） Ｒ ）
Ｔ 模 式 下 ，来 自 ８ ３ ｘ ０ １的 串 行 数 据经 过 Ｌ １９ Ｍ ８ ３以后 被 调 制 成 ５ ｋ ３ ０ Ｈｚ的 ０￣ ０ｋ Ｆ Ｋ 调 制 信 号 ，再 耦 合 到 电力 线 上 。在 Ｓ Ｒ 模 式 下 ， 来 自电力 线 上 的 经 过 Ｆ Ｋ Ｘ Ｓ 调制 的信 号 通 过 变 压 器 进 入 Ｌ ］ ９ Ｍ ８ ３中 基 于 Ｐ Ｌ的接 收 器 。利 用 解 调 后 的 数据 位 流 驱 动 控 制 器 工 作 。 Ｌ 当 Ｌ １９ Ｍ ８ ３处 于 发 送 模 式 时 ， 引 脚 ５为 高 电平 ， ８３ ０ １将 数 据 从 １ ７脚 引 入 ， 经 过 ＭＯＤ 调 制 ，产 生 控制 电 流 ，控 制 ＩＯ 的 工 作 频 率 ，Ｉ Ｃ ＣＯ输 出 的三 角 波 经 过 正 弦 波 形 成 器 、输 出功 率 放 大 电 路 ，从 第 ｌ 输 出 ，经 Ｌ ０脚 Ｃ选 频 谐 振 网络 ，再 经 过 高 压 耦 台 电 容 进 入 电 力 线 中 ， 由
１１ 衰 减 特 性 对 电力 线 载 波 通 信 系 统 设 计 的 影 响 和 处 理 ． 由 于 电力 线 载 波 信 号 的 衰 减 极 具 变 化 性 ，某 台载 波 机 在 一个 电力 网 中 能 正 常 工 作 ，而 在 另 一 个 电 力 线 系 统 中 就 不 一 定 能 正 常 工作 。 当然 ，可 以根 据 最 坏 情 况 来 设 计 发 射 机 功 率 ，但
２ 电力线 特 性 分析
２ １ 噪 声 条 件 下 的 电 力线 ． 对 载 波 信 号 来 讲 ， 电 力 线 是 一 个 非 常 糟 糕 的 环 境 ， 它 具 有 强 烈 的 噪 声 污 染 和 变 化 范 围 非 常大 的 阻 抗 电 力 线 上 的 噪 声 粗 略 地 可 以 分 为 两 大类 ： 宽 带 噪 声 和脉 冲 噪 声 。 宽 带 噪 声 有 很 多来 源 ，其 中 普 通 马 达 就 是 一 个 例 子 ， 它 的 变 化 范 围 可 以 从几 个 毫 伏 到 几 十杖 特 。脉 冲 噪 声
也在 比较 大 的范 围 内变化 ，下至 几毫 伏 ，上至几十伏 ，甚至更 高 。一般 来 讲，在工厂 中 的噪
声 大 ， 办 公 室 次 之 ， 家 庭 中最 小 。
我们 只能根据 一些先验 知识对 系统 的噪声情况进 行估计 ，采 取适 当的措施 抵 消或者 弱 Ⅱ
收 稿 日 期 ：２ ０ ．．８ ０ １３２
统 的总体性 能最优 。
由于衰减 的作用 是使 接收信 号 电平减小 ，从而使接 收端无法 正确接 收 ，因而在系统 设计
时 可 以把 发 射 机 的 功 率 增 大 ，也 可 以提 高 接 收 机 的灵 敏 度 ，使 信 号 经 过 衰 减 后 ， 到 达 接 收端 时 仍 能 有 足 够 高 的 电平 使 接 收 机 正 确接 收 。这 是 一种 最 直 接 的 抗 衰 减 方 法 。但 这对 发 射 机和