【正文】 ，通信距離比較近，并且沒有在用電高峰期進行測試，在高噪聲的情況下通信距離相應(yīng)會減少，這就需要考慮采用中繼器或者其他方式延長信號傳輸距離。但是發(fā)現(xiàn)仍存在一些問題和不足之處，需要在今后的工作中進一步研究和完善：，不同地方的電力線信道特性差異較大，需要對電力線信道特性的差別很大，需要對電力線信道特性做進一步的分析研究。根據(jù)選擇出來的芯片，設(shè)計了城市照明控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)電路；采用了具有四層結(jié)構(gòu)的照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議PLCLCP，采用匯編語言實現(xiàn)了PLCLCP協(xié)議，開發(fā)了照明控制系統(tǒng)軟件。2. 對擴頻通信技術(shù)進行了介紹，并選擇了適合我國低壓電力線信道特性的載波芯片 介紹了電力線載波通信技術(shù)常用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，并介紹了本文采用的擴頻技術(shù)的常用方式，根據(jù)調(diào)制的特性結(jié)合我國低壓電力信道的特點，選擇出適合我國低壓電力線載波通信的芯片——由北京福星曉程公司研制、生產(chǎn)的PL3106。本文總結(jié)本文對電力線載波通信技術(shù)在照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用作了一些探索，主要研究內(nèi)容如下：1. 分析了電力線載波通信信道特性，給出了電力線載波通信信道模型。初始化程序模塊完成載波通信使能、時間初始化、地址設(shè)定等，載波通信程序與總控器載波通信一致。而從控器則是從電力線上獲得載波信號，然后通過PL3106芯片內(nèi)部解擴，由內(nèi)嵌的8051單片機進行部分?jǐn)?shù)據(jù)處理，然后將處理結(jié)果通過串行口發(fā)送到路燈驅(qū)動控制單元。地址相同的節(jié)點對符合通信協(xié)議的數(shù)據(jù)進行應(yīng)答，轉(zhuǎn)入發(fā)送態(tài)。載波通信控制單元解擴出一位數(shù)據(jù)后產(chǎn)生一次中斷，接收時首先采用16位接收窗口、1位滑動方式來接收通信的同步幀頭09AF，幀頭接收成功后，后續(xù)數(shù)據(jù)安每8為一個字節(jié)的方式進行截取，得到傳送的有效數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)系統(tǒng)需要連續(xù)進行載波發(fā)送時，需要及時向PLM_RST寫入“A2”，避免自動復(fù)位提前進入載波接收狀態(tài)。當(dāng)計數(shù)器溢出后，系統(tǒng)強制將載波通信模塊設(shè)置為接收狀態(tài)。為了防止由于意外原因?qū)е螺d波通信模塊長期處于發(fā)送狀態(tài)，PL3106芯片內(nèi)置了一個13位的計數(shù)器。置為載波發(fā)送態(tài)時，載波通信控制單元發(fā)送完1位的擴頻數(shù)據(jù)后自動產(chǎn)生一次中斷，允許下一位發(fā)送。為提高CPU效率，接收和發(fā)送為外部中斷方式處理，每次進入中斷完成對一位數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送處理。 PL3106載波通信接收和發(fā)送程序設(shè)計 載波通信為總線方式通信，所以載波模塊的常態(tài)必須設(shè)置為接收態(tài)。 EXT_CFG(D8H)外部配置寄存器Read/WriteBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ADCPWMLE/CDIRACQIR38KPLM_SSCReset0000000 注解：PLM_SSC = 1 載波通訊功能使能； PLM_SSC = 0 載波通訊功能關(guān)閉； 其他位不用于載波通訊使能控制。在由發(fā)送態(tài)轉(zhuǎn)到接收狀態(tài)時，該計數(shù)器停止工作，直到再次進入發(fā)送態(tài)。 載波通信配置流程寄存器PLM_RS(91h)載波復(fù)位發(fā)送寄存器Read/WriteBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0D7D6D5D4D3D2D1D0Reset00000000注解：該寄存器是用于防止因某些意外原因?qū)е螺d波通訊模塊長時間處于發(fā)送狀態(tài)，使整個通訊系統(tǒng)處于失控狀態(tài)而設(shè)置的。載波處于接收狀態(tài)。 載波收發(fā)控制位PLM_RS()=1。內(nèi)嵌的CPU使用外部中斷2（INT2），為同步接收中斷，解釋如下： 使能INT2中斷（EX2=1），且為邊沿觸發(fā)方式（IT2=0）。由于PL3106的CPU和載波接收模塊內(nèi)嵌，使得PL3106的載波通訊控制可以通過配置寄存器來實現(xiàn)。 載波通信采用直序擴頻的DPSK調(diào)制解調(diào)時：將要發(fā)送的信息用偽隨機碼序列擴展到較寬的頻帶上，在接收端用同樣的偽隨機碼序列來進行解擴，恢復(fù)信息。 PL3106載波通信軟件設(shè)計 載波通信模塊使能PL3106內(nèi)部集成了PL2102電力載波通訊模塊，該模塊是專為電力線通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的半雙工異步調(diào)制解調(diào)器。占一個字節(jié)，（1）校時控制碼為11H，(2)組控控制碼為22H，(3)總控器發(fā)出的單控控制碼44H，(4)主控器發(fā)出的單控控制碼為88H，(5)總控器發(fā)出的但等查詢控制碼為99H，(6)主控器發(fā)出的單燈查詢控制碼為AAH；DATA：數(shù)據(jù)信息，所占字節(jié)根據(jù)控制碼的不同而改變：（1）如果是校時控制碼，DATA內(nèi)容為妙、分、時、日、月、年、周，占七字節(jié)，其中周日—周六對應(yīng)06；（2）如果是主控的控制碼，DATA占一個字節(jié)，數(shù)值為00FFH，00H對應(yīng)燈具關(guān)，F(xiàn)FH對應(yīng)燈具開，01FEH備用，可用于調(diào)整燈光亮度；(3)如果是總控器發(fā)出的單控控制碼，DATA占三個字節(jié)，第一個字節(jié)數(shù)值為00FFH，00H對應(yīng)燈具關(guān)，F(xiàn)FH對應(yīng)燈具開，01FEH備用，第二和第三個字節(jié)為某分控器下燈地址的后兩個字節(jié)YYYZ(YYY范圍：001FFEH，Z為0，1，2)，例如某燈地址為020042H，則YYYZ為0042H；（4）如果是主控器發(fā)出的單控控制碼，DATA占一個字節(jié)，數(shù)值為00FFH，00H對應(yīng)燈具關(guān)，F(xiàn)FH對應(yīng)燈具開，01FEH備用；（5）如果是總控器發(fā)出的單燈查詢控制碼，DATA占兩個字節(jié)，為某從控站下燈地址的后兩個字節(jié)YYYZ(YYY范圍：001—FFEH，Z為0，1，2)；(6)如果是主控器發(fā)出的單燈查詢控制碼，數(shù)據(jù)幀不包含DATA部分；CCC(Command Code Copy)：控制碼的復(fù)制，用于應(yīng)答幀，與命令幀的控制碼相對應(yīng)。MO(Message Option)：信息選擇項，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同而改變。 應(yīng)用層應(yīng)用層是向應(yīng)用程序提供服務(wù)的，總控器通過應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)燈具的開關(guān)控制和總控器對主控器進行校時。對于總控器和主控器，RC初始值為0001(B)，當(dāng)傳輸出現(xiàn)錯誤或者超時，RC增加1，RC最大值不超過0011(B)；對于分控器，其RC值始終為0001(B)。PT(Packet Type)：數(shù)據(jù)幀類型，占用4bits，如果該數(shù)據(jù)幀為命令幀，PT為0000(B)，如果為傳輸成功應(yīng)答幀，PT為0001(B)，如果為傳輸失敗應(yīng)答幀，PT為0010(B)。三種傳播服務(wù)的實現(xiàn)：全控：為了避免由于燈具全開給電網(wǎng)造成沖擊和從控器收到兩次執(zhí)行相同動作的命令，在執(zhí)行全控命令時，通過組控方式實現(xiàn)；組控：在總控器實現(xiàn)某組燈具全開或全關(guān)時，通過首先向改組主控器發(fā)送命令，由主控器發(fā)送含有接收方地址為XXFFFFH(XX為01—FE中的一個值)的命令，屬于該主控器的的從控器在收到該命令幀后，執(zhí)行全開或全關(guān)命令。由于電力線信道干擾的影響，在數(shù)據(jù)傳送的過程中不可避免的會出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀位錯和在限定的時間里未收到應(yīng)答的情況，這時需要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，具體的形式見下圖所示。(2) 重傳服務(wù)：PLCLCP協(xié)議規(guī)定了兩種類型的數(shù)據(jù)幀：命令幀和應(yīng)答幀。 網(wǎng)絡(luò)層 PLCLCP協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)的功能為地址控制和重傳控制。(3) FT（Frame Trailer）：幀尾，用于幀校驗和糾錯，以及標(biāo)識一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。PLCLCP數(shù)據(jù)鏈路層格式解釋如下：(1) FH(Frame Header)：幀頭，標(biāo)識一幀數(shù)據(jù)的開始，用于數(shù)據(jù)鏈路的建立；PL3106載波通信模塊采用直接序列擴頻的DPSK調(diào)制解調(diào)方式，接收過程包括載波信號的捕獲和同步，在每次傳送有效數(shù)據(jù)前發(fā)送40個位全“1”，本文采用發(fā)送6個FFH，用以通信模塊捕獲和追蹤接收到的擴頻信號，同時發(fā)送同步幀頭09AFH作為接收到時進入同步狀態(tài)的標(biāo)志。該協(xié)議采用的傳輸媒介是220V電力線，互連設(shè)備有總控器、主控器和從控器等組成。 本文采用的電力線載波通信協(xié)議以上幾種通信協(xié)議，各有自己的優(yōu)缺點，為實現(xiàn)低成本和高可靠性的開發(fā)目標(biāo)，并配合已有的硬件基礎(chǔ)，本文采用了浙江大學(xué)趙玉璽提出的具有四層結(jié)構(gòu)的PLCLCP協(xié)議，下面對該協(xié)議進行簡單介紹。為避免數(shù)據(jù)沖突，它使用載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）技術(shù)，即在發(fā)送數(shù)據(jù)前監(jiān)聽信道上是否有數(shù)據(jù)正在傳輸，邊發(fā)送邊監(jiān)聽，一旦監(jiān)聽到?jīng)_突，則沖突雙方停止發(fā)送。CEBus是提供獨立物理層連接規(guī)范的開放式通信標(biāo)準(zhǔn)，使用EIA600協(xié)議。目前，Echelon公司已研制開發(fā)出基于該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的擴頻通信（SSC）芯片（10kbps）。就調(diào)制方式而言，由于過零點通常含最少量的噪聲和干擾，它使用過零調(diào)制技術(shù)，調(diào)制方式為幅值調(diào)制（AM：Amplitude Modulation），為減少誤碼，它需要兩個過零點來傳送一個“0”或“1”信息，因此，其主要缺點在于通信速率太低和容量太小，難以適應(yīng)現(xiàn)代高速率、大容量通信的要求。 X10技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)于1978年首次提出，由于其在家庭自動控制（Home Automation）領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而成為事實上的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，低壓電力線載波通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有三種：XLonWorks和CEBus。定義良好的接口及層次功能可以使網(wǎng)絡(luò)模塊化。具體模型如圖41所示：圖41 OSI模型層與層之間的消息傳遞都是通過相鄰兩層間的接口來實現(xiàn)的。它包括七個互相獨立但又互相關(guān)聯(lián)的層次，每一層都定義了一部分用于穿過網(wǎng)絡(luò)傳遞信息的協(xié)議。 OSI模型開放系統(tǒng)互連模型（OSI，Open System Interconnect Reference Model）是一個覆蓋了網(wǎng)絡(luò)通信各個方面的ISO標(biāo)準(zhǔn)。 通信協(xié)議設(shè)計通信協(xié)議是設(shè)備之間進行互相通信的語言和規(guī)范，軟件的開發(fā)需要在通信協(xié)議的基礎(chǔ)上進行。在這樣的系統(tǒng)工程中，模塊化的設(shè)計思想能大大提高代碼的復(fù)用程度和簡化后期的測試工作。 載波耦合電路第4章 照明控制系統(tǒng)通信協(xié)議軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計對于將來系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。其中D7為雙向瞬變二極管、C6為安防電容，均起保護作用，為防止突然增大的電流對后級電路造成影響。采用103插腳電容進行退耦處理。 陶瓷濾波電路 掉電檢測及電池電壓檢測 PL3106內(nèi)置了掉電檢測及電池電壓檢測，內(nèi)置了兩個精準(zhǔn)比的比較器，一個用于系統(tǒng)掉電檢測，通過與外部電壓VHH相連的管腳（CMPI）的電壓值與內(nèi)部掉電電壓基準(zhǔn)值相比較來置位PFI（），原理圖如下所示：芯片內(nèi)部通過34K和42K電阻分壓得到掉電電壓基準(zhǔn)值（177。混頻后的信號由FLTi引腳輸入到陶瓷濾波器的輸入腳，陶瓷濾波器濾波后再送回芯片的FLTo引腳進行內(nèi)部限幅放大，然后又芯片內(nèi)的硬件解擴電路進行有效數(shù)據(jù)的還原。 陶瓷濾波電路，并聯(lián)諧振后接收的載波信號經(jīng)SIG_IN腳進入芯片。接收信號經(jīng)過電位C4后引入到芯片內(nèi)部進行混頻處理，177。根據(jù)并聯(lián)諧振公式以f=120KHz，選擇電容為C5=，可以選擇合適的電感值，L1=。電感L電容C3組成整形濾波，通過耦合電路耦合到低壓電力線上。載波發(fā)射功率的大小與VHH電源幅值的高低、電源電流提供能力密切相關(guān)，一定范圍內(nèi)提高電源幅值、增大電源功率，可以有效加大發(fā)射功率、從而延長通信距離。 載波通信模塊結(jié)構(gòu)圖，是用來將PL3106芯片產(chǎn)生的載波調(diào)制信號進行功率放大后耦合到電力線上。 PL3106芯片特點☆ 超大規(guī)模數(shù)/?；旌螩MOS制造工藝； ☆ 擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)的SoC（System on Chip）設(shè)計； ☆ 內(nèi)嵌增強型8051兼容微處理器； ☆ 內(nèi)置擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路，數(shù)據(jù)速率500/250Bps可選； ☆ 內(nèi)置2路16位ΣΔ調(diào)制A/D轉(zhuǎn)換器； ☆ 內(nèi)置256 bytes + 768 bytes SRAM（靜態(tài)隨機存儲器）；☆ 內(nèi)置16K bytes EEPROM（電可擦除/可編程）程序存儲器；☆ 內(nèi)置60 bytes EEPROM（電可擦除/可編程）數(shù)據(jù)存儲器； ☆ 內(nèi)置兩個可靈活配置的全雙工多功能UART（UATR0可配置為紅外38K）； ☆ 內(nèi)置三個8/16位定時/計數(shù)器，一個看門狗定時器以及三個外部中斷源； ☆ 內(nèi)置4x24段LCD顯示控制/驅(qū)動電路或8*8段LED顯示控制/驅(qū)動電路； ☆ 內(nèi)置實時鐘/日歷單元，自動潤年潤月，可數(shù)字頻率校正，并具有秒脈沖輸出； ☆ 內(nèi)置帶有硬件方向判別邏輯的紅外線脈沖探測驅(qū)動電路； ☆ 內(nèi)置1 路 8 位 PWM 調(diào)制 D/A 轉(zhuǎn)換器； ☆ 內(nèi)置2 路運算放大器； ☆ 177。PL3106提供了豐富的片內(nèi)資源，內(nèi)置的增強型8位處理器內(nèi)核是全面兼容51指令集的多級流水線指令架構(gòu)MCU，同等主頻下指令執(zhí)行速度是普通51單片機的8倍；同時集成了完善的電壓監(jiān)測上電掉電復(fù)位看門狗電路，確保了工業(yè)環(huán)境下運行時系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過不斷的探索，國內(nèi)的一些公司也開發(fā)出了一些適合我國國情的電力線通信芯片，比如北京福星曉程公司的PL3106，就是其中之一。 電力線載波通信芯片的選擇電力線載波芯片是電力線通信系統(tǒng)的核心，世界上已有多個國家的多家公司推出了自己的芯片。如果將總控器、主控器和從控器看做系統(tǒng)的一個節(jié)點。另外，從控站可以對現(xiàn)場工作溫度進行采樣處理，以便在溫度超出正常工作范圍時可以及時采取保護措施。主控站采用廣播方式發(fā)送命令數(shù)據(jù)，從機站收到通信包后進行數(shù)據(jù)分析，分析的內(nèi)容：一是識別主機是否是自己的上級主控站，二是識別從機地址是否是自己的地址，只有在全部確認(rèn)無誤后，從控站才執(zhí)行相應(yīng)的命令和操作。主控站通過光纜或無線方式來接收總控機的指令，并通過電力線擴頻載波的串行通信方式發(fā)送數(shù)我據(jù)包，從而實現(xiàn)對從控站的監(jiān)控?？偨Y(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)由總控站、主控站和從控站三部分組成，總框圖見下圖：其各自構(gòu)成如下：1） 總控站 總控站由計算機組成，可與主控站通過光纜或無線電連接，以實現(xiàn)對各個主控站的管理，并能夠設(shè)定開關(guān)燈時間及開燈比例等指令，同