電力線通信（PLC）是利用電力線作為通信媒質(zhì)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息和話(huà)音信號(hào)的一種通信方式。它具有不用布線、覆蓋范圍廣、連接方便的顯著特點(diǎn)，因而具有很高的應(yīng)用潛力。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)寬帶電力線通信業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求也越來(lái)越高，進(jìn)一步提高在電力線上的通信性能，實(shí)現(xiàn)高速、可靠的長(zhǎng)距離通信。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，消費(fèi)電子產(chǎn)品正逐漸與計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)密切結(jié)合在一起，成為目前所統(tǒng)稱(chēng)的3C產(chǎn)品。單個(gè)家用電子電器產(chǎn)品的自動(dòng)化已經(jīng)不太能滿(mǎn)足人們對(duì)自動(dòng)化和智能化的需求，人們希望將全部家電聯(lián)網(wǎng)，即成為協(xié)調(diào)一致的自動(dòng)化智能化系統(tǒng)，使家用電子電器產(chǎn)品步向家庭自動(dòng)化的方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)家居網(wǎng)絡(luò)。

　　1 低壓電力線載波通信系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　1.1 PL3105載波通信原理

　　PL3105載波通信原理如圖1所示，數(shù)據(jù)由主機(jī)A（或主機(jī)B）的串口RS-232發(fā)出，通過(guò)PC接口電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送入PL3105.在PL3105中，先由擴(kuò)展串口UART（通用異步收發(fā)器）接收數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)嵌8051型微處理器控制處理，再送入載波通信單元，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的信號(hào)經(jīng)120 kHz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號(hào)通過(guò)電力線接口電路進(jìn)行功率放大、濾波并耦合到低壓電力線上，實(shí)現(xiàn)電力線載波通信。在接收端，經(jīng)過(guò)電力線接口電路將電力線上的信號(hào)耦合出來(lái)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波限幅。限幅后的信號(hào)送入PL3105進(jìn)行捕獲、同步及解擴(kuò)處理，經(jīng)由內(nèi)嵌8051處理，由PL3105的UART串口發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)PC接口電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，經(jīng)PC的RS-232接口送到主機(jī)B（或主機(jī)A）。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 通信協(xié)議

　　通信協(xié)議（communications protocol）是指雙方實(shí)體完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)單元使用的格式，信息單元應(yīng)該包含的信息與含義，連接方式，信息發(fā)送和接收的時(shí)序，從而確保網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)順利地傳送到確定的地方。

　　在電力載波通信的過(guò)程中，因?yàn)橥ㄐ欧绞綖榘腚p工方式，所以一定要有包含控制機(jī)制的傳輸協(xié)議，以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在本文所討論的通信協(xié)議主要任務(wù)是維持調(diào)制解調(diào)器和PC機(jī)之間的通信，采用幀傳輸?shù)姆绞?，即所有的?shù)據(jù)和命令都是以幀的形式出現(xiàn)。

　?。?）通信接口

　　接口標(biāo)準(zhǔn)：PC機(jī)和調(diào)制解調(diào)器之間采用RS-232C通信接口，由于RS-232與TTL邏輯電平不同，因此采用MAX232進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。

　　接線方式：三線制工作方式，使用DB9型RS232C接口的第2腳-TXD,第3腳-RXD,第5腳-GND.

　　工作方式：半雙工，PL3105只能進(jìn)行半雙工操作，不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)。

　　通信格式：串行異步方式1,即標(biāo)準(zhǔn)的異步通信方式，每幀包括10個(gè)數(shù)據(jù)，包括1位起始位、8位數(shù)據(jù)位和1位停止位。

　　通信速率：2 400 b/s.

　?。?）報(bào)文格式

　　其幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表，并具體描述如下：

　　同步字符為四個(gè)字節(jié)的0FFH,是為了縮短PL3105在接收擴(kuò)頻載波信號(hào)時(shí)捕獲同步的時(shí)間而設(shè)定的特殊字符。

　　同步幀頭包括兩個(gè)字節(jié)：09H和AFH.連續(xù)接收到這兩個(gè)特定字符即表示接收系統(tǒng)在硬件已經(jīng)獲得同步，其后接收到的數(shù)據(jù)即為有效信號(hào)數(shù)據(jù)。

　　命令字是表征通信雙方控制與響應(yīng)的特殊字符。在復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)用，如在通信長(zhǎng)度受限而采用中繼發(fā)送時(shí)和一發(fā)多收系統(tǒng)中，都可以在此處設(shè)置地址編碼和相應(yīng)命令。電力載波終端將在這里設(shè)置一個(gè)字節(jié)的地址編碼，若接收機(jī)收到的地址字節(jié)與本機(jī)的相同時(shí)，則向載波終端發(fā)送出接收到的數(shù)據(jù)體；若接收到的地址字節(jié)與本機(jī)的地址不符，則不做任何響應(yīng)。

　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度Length為一個(gè)字節(jié)，表示載波發(fā)送和要接收到的有效數(shù)據(jù)體（Data Body）字節(jié)長(zhǎng)度。

　　校驗(yàn)碼采用冗余校驗(yàn)碼（CRC），對(duì)同步幀頭之后和校驗(yàn)碼之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余校驗(yàn)。

　　幀尾用特殊字節(jié)AAH表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。

　　2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)

　　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)，不同的載波模塊必須分配不同的通信地址。模塊接收到校驗(yàn)正確的命令后，只有地址相同的模塊才允許按規(guī)約進(jìn)行應(yīng)答。由于載波通信速率（500 b/s或250 b/s）相對(duì)于系統(tǒng)CPU主頻（4.8 MHz）低很多，為提高CPU效率，接收和發(fā)送一般均設(shè)計(jì)為外部中斷方式處理，每次進(jìn)入中斷，完成對(duì)1位數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送處理。

　　主程序流程圖如圖4所示。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　在完成硬件電路設(shè)計(jì)、電路板加工、通信協(xié)議的制訂及軟件總體設(shè)計(jì)、編程后，只有通過(guò)測(cè)試才能證明它是否達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。測(cè)試工作按從模塊到整體的思路逐步進(jìn)行。將首先測(cè)試各個(gè)模塊電路性能，然后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸特性進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而分析該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：利用北京福星曉程公司提供的演示軟件，通過(guò)PC機(jī)1發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給實(shí)驗(yàn)板1,載波通信模塊將數(shù)據(jù)調(diào)制擴(kuò)頻后耦合到電力線上，實(shí)驗(yàn)板2上的載波通信模塊進(jìn)行信號(hào)接收，通過(guò)RS232口上傳給PC機(jī)2,PC機(jī)2反饋一幀數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，PC機(jī)1接到反饋的數(shù)據(jù)，如果接收的數(shù)據(jù)跟期望收到的數(shù)據(jù)一致，則判定為這次通信成功，否則失敗。

　　經(jīng)測(cè)試，通信成功率達(dá)到98%以上，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常的通信功能。實(shí)驗(yàn)證明，利用PL3105在低壓電力網(wǎng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)，能在很大程度上克服電力線的強(qiáng)衰減、強(qiáng)干擾的缺陷，整個(gè)系統(tǒng)可靠性較高，電路模塊工作穩(wěn)定，是一個(gè)較佳的選擇方案。