国内电力线载波数传模块的研发分析

3 电力线载波数传模块实现方案
国内电力载波通信数传模块总体设计框架基本一致，绝大部分研发人员以国内外各电力线载波Modem芯片商开发的电力线载波Modem芯片为平台，结合单片机控制芯片进行模块化产品设计。由于单片机技术的广泛发展应用，控制芯片的选取较为灵活，只要其资源能满足控制应用即可，甚至部分国内自主研发的载波芯片产品本身已经内嵌微处理器，为设计人员提供了方便。
通常电力线载波Modem芯片的选取根据应用领域不同而进行针对性的不同选用，因此，目前国内电力载波通信数传模块的不同实现方案。在模块功能上，主要区别在于电力线载波Modem芯片的选取不同。在整体结构上，区分在于是否采用集成程度较高的电力线载波Modem芯片。部分不采用电力线载波Modem芯片的研发人员，从最基本的理论出发，根据具体需要，自主设计调制解调电路和单片机控制电路及其外围电路。
国内上述电力载波通信数传模块实现方案都有应用，比如，某大学应用北京某公司自主开发的PL3l05电力线载波Modem芯片，结合对照明网络开关控制的需要，分别开发出总控制器，组控制器和终端控制器3种不同功能的数传模块。其结构，如图2所示。山东某大学大学基于较新一代的PL3200电力线载波Modem芯片进行了系统研究，总体解决方案与之具有继承性。

此方案优点是：采用国内自主研制芯片，针对性强，更加符合我国国情的电力通信网。硬件设计上，芯片本身内嵌增强型8051微处理器，集成度高，试验和实际应用表明通信距离可结合其它技术方式进行扩展，通信误码率低。缺点是，单一通信信道的局限性，导致只适合中小规模的网络应用。其中，基于PL3200的电力载波通信系统，选择在电网区域用户密集、电网分叉复杂、 供电覆盖范围大的恶劣信道环境下测试，通信速度：500 bps，环境温度：23～28℃。(1)通信距离：30 m，误码率：0，误包率：0；(2)通信距离：200 m，误码率：10-3，误包率：10-2；(3)通信距离：300 m，误码率：10-3，误包率：约10-2；(4)通信距离：400 m，误码率：约17％，误包率：约50％。
上海某大学的研究人员没有利用现成的电力线载波Modem芯片，其数传模块设计由5部分组成：单片机通信机侧的接口电路(包含RS一232：MAX202．RS一485：MAxl487)、单片机控制电路、电源电路(包括交流滤波器、变压器、整流桥、LM2576―5、LM7815 LM7915)、调制解调电路和电力线藕合电路等。整个通信控制器的工作原理如下：来自通信机的数字信号接到RS一232(或RS一485)插座上，通过电平转换芯片MAX202(或MAXl487)和单片机相连，这样就可以进行单片机和通信机之间的信息交换；单片机控制系统是通信机和调制解调器之间连接的纽带，在这里不但要完成数据的存储，而且还要完成控制调制解调器的接收和发送功能；电源系统负责给单片机、MAX202、MAXl487以及调制解调器中各芯片供电。调制解调电路将单片机和电力线连接起来，是整个通信控制器和电力线之间的接口。在这里，它将来自单片机的数字信号转换成跳频信号，通过变压器藕合到电力线上发送出去；同时，它也将来自电力线上的跳频信号解调成数字信号，发送给单片机，然后通过电平转换，单片机将所接收到的数字信号发送给通信机。这样就完成了通信机间的通信过程。
此方案优点是：不采用专门的电力线载波Modem芯片，能根据具体需求选择和设计具体电路，冗余设置少、资源利用率高、开发成本较小，但是开发难度较大，通信可靠性相对较大。使用同一微机的串口模拟双机通信，取15 m长的电力线连接测试，电力线上连有一个40 W的可调光台灯以及一个850 W带开关的电热水壶。波特率：300 bps，测试时间：24小时，发送次数：42 853(每2 s发一次)，正确接收次数：39 214，成功率：91．51％。
由意法半导体(ST)设计生产的新型电力线收发芯片ST7540，于2006年推出，支持多种独有或开放的FSK调制技术通信协议，其中包括EHS和Konnex(EN50090)，ST7540内置了FSK调制解调模块、串行接口模块、振荡器模块、电压及电流控制模块、滤波器、自动电平控制等电路，与前期产品ST7538的44个管脚不同的是，ST7540共有28个管脚，管脚数量大大减小，使用更加方便。一直以来，ST公司的ST7536、ST7538在国内应用成功案例较多，效果较好。在单片机的选择上，美国微芯公司的PIC单片机经济实惠，可以根据不同应用选择合理资源配置的芯片型号。因此，基于PIC单片机和ST7540的数传模块解决方案，具有很大的优越性和研究价值，近年来，受到很多相关研究人员和机构的关注。

4 急需解决的技术问题及发展方向
电力载波通信数传模块设计，目前需解决的问题是：
(1)进一步研究PLC通信理论，改进信号处理技术和编码技术，优化通信网络结构以适应PLC特殊的环境。提高自适应信道均衡、回波抵消技术、自适应增益调整等技术水平，为低压PLC通信的安全可靠提供保障；
(2)针对应用领域和通信环境，选取合理的电力载波通信芯片和MCU，设计有效的耦合电路，采用科学的通信协议，降低通信误码率，提高模块通信稳定可靠性。
基于国内巨大应用市场需求，伴随着国内外电力载波通信技术的不断发展和成熟，电力载波数传模块的研发越来越受到国内外学者和生产商的关注。适应国际化通信标准，符合国内实际，满足国内需求，逐步走向网络化应用是我国电力载波通信和数传模块研发的发展趋势和走向。