基于SC1128的山區(qū)電力線載波通信系統(tǒng)設計

摘要 電力線載波通信是將現有電力線路當作介質并進行傳輸信息的新型通信方式。文中設計了一種能夠應用于山區(qū)的電力載波通信系統(tǒng)。系統(tǒng)采用SC1128芯片實現信號的調制與解調，由兩個或多個SC1128模塊構成通信網絡，完成各種數據、控制信號的傳輸。該設計成本低、組網靈活、適用于山區(qū)通信建設。
關鍵詞 電力載波通信；SC1128；單片機；山區(qū)通信

    電力線載波通信技術廣泛應用于照明控制、自動抄表、電力系統(tǒng)遙控遙測等方面，通過當前線路完成數據的傳輸與控制，既無需重新進行布線，還可以節(jié)省系統(tǒng)成本、方便實用。針對偏遠山區(qū)，建設通信系統(tǒng)成本高，且維護困難的特點，利用固有的電力線作為通信介質是一種理想的選擇。但由于電力線加載了幅度較大的50 Hz交流信號及其諸多諧波成分，使得信道環(huán)境特殊，這對實現高效通信存在難度。如何以
現有電力線路為介質，實現信息的高速高效傳遞，目前已經成為研究熱點和方向。

1 系統(tǒng)的結構和工作原理
    系統(tǒng)主要研究在山區(qū)環(huán)境下，利用電力線傳輸通信和控制信號，結構如圖1所示。電力載波控制系統(tǒng)主要包括電力線通信調制解調模塊(SC1128模塊)、單片機控制模塊、串行通信接口、電力線接口等。SC1128芯片是該系統(tǒng)的核心。由電力線的信號傳遞到SC1128模塊，然后再由SC1128模塊通過串口和其他系統(tǒng)進行連接。

2 硬件的組成和接口通信原理
2．1 SC112B電力線載波調制解調芯片
    作為專用擴頻調制解調器電路，SC1128電力線載波調制解調芯片，由智源利與微電子公司開發(fā)研制。其使用直接序列擴頻、直接數字頻率合成、數字信號處理等全新技術，具有較強的抗衰減和抗干擾性能。
2．2 單片機和SC1128接口電路
    單片機與SC1128芯片的接口電路如圖2所示。其中SETCLK是設置時鐘輸入端，CS是片選輸入端，LINE是串行數據輸出或輸入端，發(fā)射數據、接收數據由SR、TX以及SYN進行。SR=1時，電路進入發(fā)射狀態(tài)；SR=0時，電路進入接收狀態(tài)。在發(fā)射狀態(tài)下，SR端被置高，此時SC1128芯片將發(fā)射出同步脈沖信號，單片機便通過TX端將數據同步發(fā)出；在接收狀態(tài)下，SR端被置低，此時SC1128芯片會接收到信號，并產生同步脈沖信號，隨后由TX端將數據同步發(fā)送到單片機。在這種情況下，當SR為低電平狀態(tài)，SYN輸出也為低電平狀態(tài)。

2．3 電力線耦合接口電路
    耦合接口電路是SC1128模塊與電力線之間的接口電路，可以輸入或輸出載波信號，同時還可隔離220 V／50 Hz的交流信號。耦合電路如圖3所示，主要由瞬時電壓抑制器TVS、耦合變壓器T與D1、D2箝位二級管等構成，200 V線路一側的阻抗介于3～30 Ω之間。輸入端和浪涌保護二極管相連接，通過電阻隔離和二極管的箝位電路輸出到前級濾波電路中。這樣，通過耦合進入電力線的波形便類似于正弦波。耦合變壓器和C8就構成了LC回路，這樣波形就可通過調整C8的值和T1的匝數進行調整。

3 軟件設計
    初始化SC1128主要是通過設置寄存器的工作和收發(fā)狀態(tài)，若使用中斷，必須和通信進行配合。首先對通信狀態(tài)進行設置，然后再進行相應中斷的開放。在進行收發(fā)設置時，首先必須使接收端工作，然后才允許發(fā)送端工作，這樣則不會導致數據丟失，如圖4所示。

4 系統(tǒng)測試
    計算機端經串口發(fā)送數據FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，68H，圖5(a)為SC1128模塊38腳信號波形圖。通過擴頻調制，耦合到電力線前信號的波形如圖5(b)所示，其載波頻率是250 kHz。通過波形圖，能夠得出以下結論：發(fā)射的信號通過載波控制終端處理后產生近似正弦波信號，然后發(fā)射到電力線上，這保證了信號傳輸的可靠性。

    經過接收端SC1128模塊解調后輸出數據為FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，68H，與發(fā)送端一致。

5 結束語
    文中通過電力載波調制解調芯片SC1128，實現了電力線的可靠通信。該系統(tǒng)利用固有的電力線路，成本低、組網靈活，對于山區(qū)中，山頂天線和山底相關設備之間的通信匹配良好，具有廣泛的應用前景。