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為了實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,，提出利用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)芯片LME2980設(shè)計(jì)電力載波通信(PLC)模塊。通過(guò)分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)基本原理,，完成電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì),，實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)有的電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　關(guān)鍵詞：PLC,；OFDM,；LME2980；數(shù)據(jù)傳輸

　　電力載波通信技術(shù)(PLC)利用現(xiàn)有的電力線通過(guò)載波技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù),。由于低壓電力線載波傳輸信道的問(wèn)題是制約低壓電力線載波通信發(fā)展和普及的主要,，而正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)具有抗、抗衰落能力強(qiáng)的特點(diǎn)，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊,，能更好的克服電力線的強(qiáng)、強(qiáng)衰減等缺陷,。因此,，文中提出一種基于OFDM的電力線載波數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)方案，利用現(xiàn)有的電力線實(shí)現(xiàn)載波通信,。

　　1 載波通信信道特性

　　利用電力線載波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，可以充分發(fā)揮電力資源優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)電力線載波通信的廣泛應(yīng)用,，電力載波的數(shù)據(jù)傳輸框圖如圖1所示,。

　　但在電力線上的數(shù)據(jù)傳輸，還未達(dá)到令人滿意的水平,，這在一定程度上了電力載波通信的廣泛應(yīng)用,。主要原因有：電力線上的負(fù)載接入較多，電器特性各不相同,，阻抗時(shí)變大,，很難做到阻抗匹配。電力線上存在高噪聲,，各種用電設(shè)備經(jīng)常開(kāi)閉,，就會(huì)給電力線上帶來(lái)各種噪聲，而且幅度比較大,。電力線對(duì)載波造成高削減,。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，造成對(duì)載波的高削減,。因此,，利用電力線載波的傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要進(jìn)行以下幾方面考慮：

　　1)較高的頻譜利用率,，以適應(yīng)電力線信道有效帶寬窄的特點(diǎn),。

　　2)的功率利用率，能把功率集中在有效的頻帶中,，功率損失,。

　　3)較強(qiáng)的噪聲能力，并能在信噪比很低的情況下正常工作,。

　　4)載波的選取,，盡可能使電力線呈現(xiàn)較高的輸入阻抗，減小對(duì)載波的衰減,。

　　2 OFDM技術(shù)

　　2．1 OFDM介紹

　　OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)實(shí)際上是MCM(Multi-Carrier Modulation,，多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,，調(diào)制到在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸,。正交可以通過(guò)在接收端采用相關(guān)技術(shù)來(lái)分開(kāi)，這樣可以子信道之間的相互(ICI),。每個(gè)子信道上的帶寬小于信道的相關(guān)帶寬,，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以符號(hào)間,。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分,，信道均衡相對(duì)容易。

　　2．2 OFDM技術(shù)的特點(diǎn)

　　1)有效衰減對(duì)通信的影響

　　低壓電力線上普遍存在著選擇性衰落,，而且這種衰減還具有時(shí)變性,。電力線網(wǎng)絡(luò)中的各種不確定性因素使得網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常發(fā)生突發(fā)性的衰減。OFDM將突發(fā)性的衰減造成的誤碼分散到了各個(gè)互不相關(guān)的子信道上,，從而變?yōu)殡S機(jī)性的誤碼,。這樣就可以利用編碼糾錯(cuò)技術(shù)恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

　　2)抗碼間(ISI)能力強(qiáng)

　　在電力線信道中，由于存在多徑效應(yīng),，多個(gè)在不同的路徑傳輸,，所以到達(dá)接收機(jī)時(shí)會(huì)有一定時(shí)延，這就造成ISl,。OFDM將高速的串行數(shù)據(jù)分割為Ⅳ個(gè)子,，這樣分割后碼元的速率了Ⅳ倍。周期Ⅳ倍,。同時(shí)再在碼元間加入保護(hù)間隙和循環(huán)前綴,，這樣只要數(shù)字碼元周期大于延時(shí)時(shí)間就可以有效ISI。

　　3)頻譜利用率高

　　OFDM允許重疊的正交子載波作為子信道,，而不是的利用保護(hù)頻帶分離子信道的,，了利用效率。

　　4)OFDM對(duì)偏移比較,。由于子信道的頻譜相互覆蓋,，這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。由于信道的時(shí)變性,，在傳輸中出現(xiàn)的頻譜偏移或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的偏差,，都會(huì)使OFDM子載波之間的正交性遭到，載波間(ICI),。

　　因此,，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)的電力載波數(shù)據(jù)傳輸能很好的解決數(shù)據(jù)傳輸中衰減大、碼間嚴(yán)重,、頻譜利用率不高的應(yīng)用難題,。

　　3 電力載波通信模塊的設(shè)計(jì)

　　為了設(shè)計(jì),、可靠、誤碼率低的電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊,，本課題采合微電子有限公司生產(chǎn)的電力載波芯片LME2980作為模塊的核心芯片,。LME2980是國(guó)內(nèi)OFDM低壓電力線載波芯片，針對(duì)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)及低壓電力線載波通信應(yīng)用需求而設(shè)計(jì),，具有的技術(shù)及性能,。芯片具有以下特點(diǎn)：

　　1)抗能力強(qiáng)，對(duì)電網(wǎng)信道具有自適應(yīng)能力,，通信可靠、,。這主要是由于OFDM采用多個(gè)正交子載波(通常數(shù)百個(gè)甚*千個(gè))同時(shí)傳輸數(shù)據(jù),。

　　2)通信速率高，因而通信效率高,，實(shí)時(shí)性強(qiáng),。OFDM典型的通信速率在幾十kbps。

　　電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊由LME2980芯片電路,，耦合和接收濾波電路,，放大濾波電路，過(guò)零檢測(cè)電路和接口電路組成,。數(shù)據(jù)傳輸模塊框圖如圖2所示,。

　　3．1 LME2980電力載波電路

　　LME2980內(nèi)置MCU，可運(yùn)行用戶定義的通信協(xié)議及應(yīng)用,。同時(shí),，LME2980內(nèi)置模擬接收前端電路，大動(dòng)態(tài)范圍自動(dòng)增益接收放大器等,，電路簡(jiǎn)單,，應(yīng)用方案成本低，使用方便,。LME2980電力載波電路如圖3所示,。

　　3．2 放大濾波電路

　　放大濾波電路的功能是把從LME2980芯片輸出的模擬進(jìn)行放大，進(jìn)行簡(jiǎn)單的濾波后,，由耦合電路耦合到電纜線上,，電力線傳輸?shù)囊蟆７糯鬄V波電路如圖4所示,。

　　3．3 耦合和接收濾波電路

　　由耦合變壓器T1和C11組成的高通濾波電路,，用于隔離高電壓的工頻交流電，F(xiàn)1是12V的TVS管,，用于來(lái)自電力線上的高頻度,，從而保護(hù)內(nèi)部電路,。耦合和接收濾波電路如圖5所示。

　　3．4 過(guò)零檢測(cè)電路

　　過(guò)零檢測(cè)電路的功能是把工頻交流電的過(guò)零時(shí)刻以脈沖的告知載波芯片,，從而為分時(shí)通信以及相位判斷提供依據(jù),。過(guò)零檢測(cè)電路如圖6所示。

　　3．5 接口電路

　　接口電路的主要作用是為載波模塊與外界提供接口,，提供電源并建立通信,。接口電路如圖7所示。

　　4

　　將設(shè)計(jì)好的電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊分別安裝在電力線的兩端,，利用串口助手進(jìn)行收數(shù)據(jù)(串口的設(shè)置為：波特率為115200,、起始位為1b、數(shù)據(jù)位8b,、停止位1b和無(wú)流控制協(xié)議),，模塊一發(fā)送數(shù)據(jù)：WHAT IS NAME?模塊二接收后發(fā)送：CSUST ZHangLi中沒(méi)有亂碼和產(chǎn)生，正常工作,，如圖8所示,。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　文中通過(guò)分析電力載波傳輸信道特性和OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)基本原理，選用OFDM低壓電力線載波芯片設(shè)計(jì)電力載波數(shù)據(jù)傳輸模塊,，通過(guò)對(duì)模塊進(jìn)行,，模塊正常收發(fā)傳輸數(shù)據(jù)。

　　利用現(xiàn)有的電力線作為傳輸媒介,，通過(guò)電力線傳輸數(shù)據(jù),，節(jié)省普通通信所需要的數(shù)據(jù)傳輸媒體，對(duì)于推動(dòng)電力載波通信在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有積極的意義,。

由于PLC內(nèi)部混入導(dǎo)電性異物或受外部異常噪音的影響,，CPU失控或運(yùn)算周期超過(guò)200ms，則WDT出錯(cuò),，［EPROR］LED燈亮,，PLC處于STOP，同時(shí)輸出全部都變?yōu)镺FF,。此時(shí)可進(jìn)行斷電復(fù)位,，若PLC恢復(fù)正常，請(qǐng)檢查一下有無(wú)異常噪音發(fā)生源和導(dǎo)電性異物混入的情況,。另外,，請(qǐng)檢查PLC的接地是否符合要求。
    檢查如果出現(xiàn)［EPROR］LED燈亮→閃爍的變化,，請(qǐng)進(jìn)行程序檢查,。如果［EPROR］LED依然一直保持燈亮狀態(tài)時(shí)，請(qǐng)確認(rèn)一下程序運(yùn)算周期是否過(guò)長(zhǎng)（D8012可知掃描時(shí)間）,。
    如果進(jìn)行了全部的檢查之后,，［EPROR］LED的燈亮狀態(tài)仍不能解除,，應(yīng)考慮PLC內(nèi)部發(fā)生了某種故障，請(qǐng)與廠商聯(lián)系,。
    4.輸入指示
    不管輸入單元的LED燈亮還是滅,，請(qǐng)檢查輸入開(kāi)關(guān)是否確實(shí)在ON或OFF狀態(tài)。如果輸入開(kāi)關(guān)的額定電流容量過(guò)大或由于油侵入等原因,，容易產(chǎn)生不良,。當(dāng)輸入開(kāi)關(guān)與LED燈亮用電阻并聯(lián)時(shí)，即使輸入開(kāi)關(guān)OFF但并聯(lián)電路仍導(dǎo)通,，仍可對(duì)PLC進(jìn)行輸入,。如果使用光傳感器等輸入設(shè)備，由于發(fā)光／受光部位粘有污垢等,，引起靈敏度變化,，有可能不能*“ON”狀態(tài)。在比PLC運(yùn)算周期短的時(shí)間內(nèi),，不能接收到ON和OFF的輸入。如果在輸入端子上外加不同的電壓時(shí),，會(huì)損壞輸入回路,。
    5.輸出指示
    不管輸出單元的LED燈亮還是滅，如果負(fù)載不能進(jìn)行ON或OFF時(shí),，主要是由于過(guò)載,、負(fù)載短路或容量性負(fù)載的沖擊電流等，引起繼電器輸出接點(diǎn)粘合,，或接點(diǎn)面不好不良,。