低壓電力線載波通信系統設計

摘要：由傳統的高壓電力線通信技術發展而來的低壓電力線載波通信(PLC，low-voltage power line carrie-current communication)技術已經越來越受到關注，且被視為解決因特網接入“最后一公里”問題的有效手段。文章通過軟硬件結合的方式，自主搭建了一個低壓電力線載波通信系統，從而實現了利用低壓電力線進行數據傳輸的目的。
關鍵詞：低壓電力線；MSCOMM控件；載波通信；接口轉換

0 引言
現代社會的發展，人們對生產和生活有了更多、更高的要求，例如要求更節能環保、更舒適便捷，這些要求的實現都需要大量信息的獲取、傳輸和處理，需要把與生產生活相關的大量設備和對象連接起來，構成網絡，以實現對它們的監測控制與管理，從而形成物聯網、家域網(HAN)等。在這些網絡中，需要連接的對象數量眾多，位置可能變動，給網絡的構成帶來一定的困難。由于這些對象的工作大都離不開電力，所以，用低壓電力線組成網絡進行通信，是一種很需要重新布線，覆蓋范圍廣，維護少，節約資源。為此，本文結合國內外研究動態，對低壓電力線載波通信技術進行了研究，并采用相關功能模塊，編寫了相關控制軟件，實現了兩點之間通過低壓電力線載波通信來進行數據傳輸，并通過上位機進行監控的目的。

1 系統總體結構
本設計主要包括載波通信模塊、上位機監控界面及轉換接口電路等幾個部分。其中，轉換接口電路主要負責PLC模塊的TTL電平接口與上位機的串口之間的接口通信。其系統框圖如圖1所示。

在數據信號發送端，上位機發出數據信號給COM口，通過接口轉換電路把上位機發出的數據信號轉換為PLC模塊能夠接收并處理的TTL電平信號。然后經過PLC模塊將信號調制成特殊的電力信號，再通過電力線進行傳輸。
在數據信號接收端，PLC模塊將電力線上的信號耦合下來，并通過濾波、解調轉換為原來的TTL電平信號，再經接口轉換電路把信號發送到上位機進行顯示。
該系統信息是雙向傳輸的，即PLC模塊與轉換接口電路均可以實現雙向通信。

2 系統硬件選擇與設計
2．1 低壓電力線載波模塊
本文選用杭州新實科技有限公司的SENS-01嵌入式電力線載波通信模塊，該模塊可提供半雙工通信功能，可以在220 V／110 V、50Hz／60 Hz電力線上實現局域通信；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等多種速率；每幀長度小于或等于20 B；具有TTL電平接口，可為用戶提供透明的數據通道，而且數據傳輸與用戶協議無關。
2．2 接口轉換電路選擇與設計
本設計選用的是USB接口作為上位機與PLC模塊的通信接口，因為現在的筆記本大多沒有RS232接口，而且現在許多工業現場也采用USB接口作為串口通信，十分靈活便捷。因此，本文選用FTDI公司生產的FT232RL芯片作為USB與TTL電平接口的轉換芯片，該芯片具有全握手協議及MODEM接口(CTS、RTS、DTR、DCD、RI)，并具有硬件及Xon／Xoff流量控制。芯片內置晶振，外圍電路簡單，驅動能力強。其接口轉換電路如圖2所示。