基于PIC单片机的电力线载波系统的

摘 要随着电力线载波技术的不断发展,该技术已经得到广泛应用.尤其是国家电网的不断升级、改造,为电力线载波通信提供了重要的契机.提出一种基于PIC单片机的简单的电力线载波系统,通过PIC单片机实现数据的生成和接口电路.该系统适用于本地的数据传输.如本地自动抄表系统、消防安全报警系统等.

关 键 词PIC单片机；电力线载波；PLC；OOK

中图分类号：TN409文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）36-0138-03

1引言

电力线载波（Power-lineCommunication,PLC）是一种充分利用电力线分布式系统的技术.该技术可以为用户提供一系列的怎么写作,如互联网络、家庭娱乐、家庭自动化等.同时,PLC技术也帮助电力供应者在管理电网的过程中有更多的竞争优势.因为电力供应商能够通过电网将所有的用户连接起来,所以它在电表通信系统中得到广泛的应用.在远程抄表系统中,大功率的信号通过电网传输给了用户,然后再接受到所有用户的反馈信息.该系统已经广泛在欧洲得到实施,在亚洲国家也有一些试点.

PLC系统也可以用在建筑物中的数据通信,如基于PLC的门禁系统、基于PLC的路由器.这一技术的应用使得铺设线路方面的开支大大节省.同时,电力供应商通过捆绑销售宽带业务,从而获得高额的利润.

PLC技术能够经济、有效地应用在一些特定的领域,主要是该技术具有许多其他有线和无线传输技术所不具有的优势：PLC利用现有的电力线网络,节约了铺设线路的成本；PLC传输比无线传输、线传输更安全,传输的数据不容易受到攻击；PLC传输使得电网用户始终在线,而且不需要过多考虑传输设备的电源问题.

同样,也存在一些不利的因素制约了PLC传输技术的发展：电力线辐射所造成的干扰；电网中的负载和用电设备使得信道中的噪声很大；电网中存在一定的安全隐患,使得PLC在维修的时候需要一定的专业防护.

为了实现简单化,本系统使用OOK技术（on-off-keying,二进制启闭监控技术）.同时,本系统中由接口电路来实现PIC单片机和电网之间的电气隔离和阻抗适配.这就意味着该系统将使用大量的现成组件,从而节约了设计成本.通过分析和实验,证实了本系统可以实现有效的信号传输.

2PLC系统

众所周知,电力线并不是数字信号良好的传输媒介,这是因为传输信道中的杂散信号会作为噪声脉冲传输给接收端.所以,必须通过加强传输信号来克服传输通道中的干扰.这就使得基波传输变得不可行,而数字调制技术则可以实现信号的安全传输.

如图1所示,基本的PLC发射端、接收端电路各分为5部分.在发射端的结构框图中,有数据采集端、串/并行转换器、载波频率振动器、数字调制模块和接口电路.发射端的作用是将采集到的信号经过调制电路调制后,传送到电力线的网络上.OOK模块是一种简易的调制模块,它采用的是ASK技术（Amplitude-shiftmodulation,称作幅移键控技术,它是通过改变载波信号幅值的大小来表示数字信号的技术）.接口电路用于隔离220V的日常照明用电和低压用电设备.同样,PLC的接收端通过接口电路将其与电网连接起来.前级放大电路能够实现信号在电力线中传输的损失补偿.放大后的信号经过解调模块恢复为原始数据传输给接收端.

3基于PIC的电力线载波系统

该电力线载波系统将通过PIC单片机实现数据的生成和同步.输入PLC发射端的数据是由PC产生的并行数据.PIC单片机能够读取并行数据,并将其转换成串行数据.这样就保证了PIC单片机能够通过延迟消除数据传输过程中开关电路所造的尖峰噪声.

PLC的发射端如图2所示,PLC的发射端由以下几部分组成：PIC单片机,实现传输数据的同步,并作为数据源；OOK调制模块,将传输信号转换成随幅值变化的电信号；电平转换器,主要作用是实现PIC单片机与OOK调制模块间的电平转换；功率放大电路,减少信号在传输过程中的损失；接口电路,隔离电压为220V,频率为50Hz的高电压和低电压.

接口电路由LC谐波电路组成,可用于发射端和接收端,如图3所示.接口电路的Tx端口连接到发射端,Rx端口连接到接收端.调制信号经过接口电路传输到电网.根据工作经验选择相应的参数来减少信道中的干扰,从而获得最佳的输出效果.因为所选择的载波频率必须是持续的、稳定的,而且载波频率应该比信号的传输频率高,所以选用LM566组成的电压控制振荡器来生成频率为140KHz的矩形波.该频率远大于传输数据的频率,之所以选择矩形波,是因为它具有更强的抗干扰能力.

调制信号经过功率放大电路,提高所需的电流电平来驱动接口电路.这里,功率放大电路由功率C3039晶体管组成.正是由于该晶体管能适应高电压、高频率的工作环境,所以广泛应用于感应电路.PLC的集成电路将工频电路和低压电路分离开来,同时接口电路也可以用来抑制开关所产生的高电压尖峰.

PLC的接收端在PLC的接收端接收到的信号被前级的放大电路放大.这个放大信号经过OOK解调模块还原出原始的数据,接收端被还原的数据传递到微控制器中,然后将串行数据转换成并行数据.这个接收端接口电路与发射端的接口电路具有同样的功能,隔离工频高压电.如图4所示,OOK调制解调模块电路的设计采用基本的逻辑门电路进行电平转换,该电路可以连接TTL和CMOS.由集成运放组成的比较器可以实现电平转换.该电平转换电路可以将电压的幅值增加到8V,而低电压的幅值小于2V.OOK中的载波信号来自于LM566组成的电压控制电路.

4流程图

PIC单片机通过编程将端口中输入的并行数据转换成串行数据.PIC经过RS232传输引脚将串行数据输出.PIC的流程图如图5所示,可以看出,微控制器通过延迟来控制信号,从而减少信道中由于开关所产生的尖峰脉冲.

通过对接口电路漏电工频的测量来实现对其的检测.实验结果表明,最大的漏电信号幅值为36mV,这并不会给发射端和接收端信号传输造成太大的影响.通过3种不同类型的信号（正弦波、三角波、矩形波）来检测接口电路,用得到的数据评估电路的衰减性能、失真和噪声.在3个点（发射端、电力线、接收端）对发出信号的传输过程进行检测,结果发现,正弦信号有很强的衰减,所以矩形波被用作载波信号.

5结束语

本文试图设计一个简单、可靠的PLC系统,这个系统可以达到稳定、可靠和精确的要求.通过不断地分析和总结可以看出,这个基于PIC单片机的电力线载波系统具有较小的噪声和失真.同时,该系统由现成的组件组成,减少了设计成本,有利于其实现规模化生产.另外,它可以应用在低速率的数据传输上,比如远程抄表系统和自动控制系统.