电力载波通信控制终端设计

电力线载波（PLC）通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行传输的技术。然而，以下缺点导致PLC的主要应用——“电力上网”未能大规模应用。
􀁺 配电变压器对电力载波信号有阻隔作用；
􀁺 三相电力线间有很大信号损失（10～30dB）；
􀁺 不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同；
􀁺 电力线存在固有的脉冲干扰；
􀁺 电力线对载波信号造成高削减。
技术问题未来有可能被克服，但是从目前国内宽带网建设的情况来看，留给PLC的时间和空间并不宽裕。家庭智能系统的研究给PLC带来了新的机遇。该系统以PC为核心实现家电的智能控制。因为数据仅在家庭范围传输，束缚PLC应用的五大困扰将不复存在，远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现。该系统中要求家电与PC通过电力线通信终端连接完成数据传输功能，该终端技术上要求能够在电力线环境下稳定传输数据，具有较强抗干扰能力。
本文所介绍的系统通过扩频通信技术来克服干扰，采用SC1128设计电力载波通信控制终端,载波频率为250kHz，带宽为100kHz，4周波调相，数据速率1kb/s，可实现低压电力线的通信功能。
电力载波modem芯片的选择：
国外较早对电力线载波通信技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波modem芯片。目前市场上先进的电力载波modem（调制/解调）芯片主要有Intellon公司的SSCP300芯片和Echelon公司的PLT-22芯片。其中SSCP300采用了扩频（Chirp方式）调制解调技术、现代DSP技术、CSMA技术以及标准的CEBus协议，可以称为智能modem芯片，体现了modem芯片的发展趋势。但SSCP300在国内电力线载波领域使用效果并不理想。其主要原因是该芯片是按北美地区的电网特性和频率标准设计的。而PLT-22主要针对工业控制网而设计，采用BPSK调制解调技术以及多种容错及纠错技术，所以目前在我国应用效果最理想。但它是Lonworks网络专用，而且价格太高，难以在民用市场大规模推广。
在该系统中我们选择由北京智源利和微电子技术有限公司设计开发的电力线载波调制芯片SC1128，该芯片专门针对中国低压电网特性而设计，是一款适合中国低压电网特性的数据传输专用芯片。该芯片采用CMOS技术设计的数模混合专用电路，应用先进的扩频通信技术和调制解调技术，是面向低压电力线低速率通信市场需要的专用扩频modem芯片。相对前面介绍的两款芯片，SC1128价位较低，可以为民用市场所接受。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，该芯片应用在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。其电路内部集成了扩频器、DAC和ADC、输出驱动器、输入信号放大器、工作电压检测器、看门狗电路、串/并接口电路，使得该芯片在多功能小型系统应用中可以降低系统的成本，提高系统的性能。其发射信号以两种形式输出：一种是经DAC后从正弦缓冲器输出，谐波成分少；另一种从高压开漏缓冲器输出。该芯片含有的输入信号放大器可对输入信号进行前置放大；内置看门狗电路监视系统程序的工作状态；内置电压监测器可监测电源电压的变化，并及时向系统发出报警信号；内置电子表电路（24小时制）可满足不同时间段计费率的要求（支持掉电工作）；内置串行半双工同步传输通信接口，方便与MCU之间的控制命令和数据交换；采用63位扩频码，数据速率典型值为6.0kb/s（最大20kb/s）；捕获门限值200～6290，由软件设定；内置64×8 SRAM存储器（支持掉电工作），为系统提供数据暂存。
系统硬件设计：
1、 系统硬件结构
本系统硬件结构主要包括电力线耦合部分、信号接收电路部分、信号发射电路部分、电力线信号调制/解调部分、单片机控制部分及数字信号接口部分(包括键控接口和串行通信接口)。硬件结构框图和电路图如图1、图2所示。