低压电力线载波通信系统设计

摘要：由传统的高压电力线通信技术发展而来的低压电力线载波通信(PLC，low-voltage power line carrie-current communication)技术已经越来越受到关注，且被视为解决因特网接入“最后一公里”问题的有效手段。文章通过软硬件结合的方式，自主搭建了一个低压电力线载波通信系统，从而实现了利用低压电力线进行数据传输的目的。
关键词：低压电力线；MSCOMM控件；载波通信；接口转换

0 引言
现代社会的发展，人们对生产和生活有了更多、更高的要求，例如要求更节能环保、更舒适便捷，这些要求的实现都需要大量信息的获取、传输和处理，需要把与生产生活相关的大量设备和对象连接起来，构成网络，以实现对它们的监测控制与管理，从而形成物联网、家域网(HAN)等。在这些网络中，需要连接的对象数量众多，位置可能变动，给网络的构成带来一定的困难。由于这些对象的工作大都离不开电力，所以，用低压电力线组成网络进行通信，是一种很需要重新布线，覆盖范围广，维护少，节约资源。为此，本文结合国内外研究动态，对低压电力线载波通信技术进行了研究，并采用相关功能模块，编写了相关控制软件，实现了两点之间通过低压电力线载波通信来进行数据传输，并通过上位机进行监控的目的。

1 系统总体结构
本设计主要包括载波通信模块、上位机监控界面及转换接口电路等几个部分。其中，转换接口电路主要负责PLC模块的TTL电平接口与上位机的串口之间的接口通信。其系统框图如图1所示。

在数据信号发送端，上位机发出数据信号给COM口，通过接口转换电路把上位机发出的数据信号转换为PLC模块能够接收并处理的TTL电平信号。然后经过PLC模块将信号调制成特殊的电力信号，再通过电力线进行传输。
在数据信号接收端，PLC模块将电力线上的信号耦合下来，并通过滤波、解调转换为原来的TTL电平信号，再经接口转换电路把信号发送到上位机进行显示。
该系统信息是双向传输的，即PLC模块与转换接口电路均可以实现双向通信。

2 系统硬件选择与设计
2．1 低压电力线载波模块
本文选用杭州新实科技有限公司的SENS-01嵌入式电力线载波通信模块，该模块可提供半双工通信功能，可以在220 V／110 V、50Hz／60 Hz电力线上实现局域通信；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等多种速率；每帧长度小于或等于20 B；具有TTL电平接口，可为用户提供透明的数据通道，而且数据传输与用户协议无关。
2．2 接口转换电路选择与设计
本设计选用的是USB接口作为上位机与PLC模块的通信接口，因为现在的笔记本大多没有RS232接口，而且现在许多工业现场也采用USB接口作为串口通信，十分灵活便捷。因此，本文选用FTDI公司生产的FT232RL芯片作为USB与TTL电平接口的转换芯片，该芯片具有全握手协议及MODEM接口(CTS、RTS、DTR、DCD、RI)，并具有硬件及Xon／Xoff流量控制。芯片内置晶振，外围电路简单，驱动能力强。其接口转换电路如图2所示。