| 【全部正文】 | 一、 技术背景
我国的电力事业这些年无论从总装机容量还是供配电系统都有了长足的发展。利用低压电力线进行通信不仅具有广阔的市场应用前景而且具有迫切的现实意义需求。但是我国的低压电力线信道具有很多的特殊性：
1、输入阻抗变化范围大而且随时间而改变。
2、电力线上的衰减随着频率、距离的增加而迅速增加；
3、电力线上的干扰频谱范围非常宽且具有周期性、随机性、多变性、时变性的特点。
因此，我国的电力线载波通信的信道只能说是一个资源十分有限、实际有效使用带宽窄而多变、应用环境极端恶劣的信道。但是，尽管国内低压电力线载波通信存在上述所说的这些困难，我们仍然认为只要采用一些特殊的技术手段。用低压电力线作为通信信道是可行的。采用扩频通信技术，能在很大程度上克服电力线的强衰减、强干扰的缺陷，大大提高通信系统的生存能力。所谓扩频通讯技术，就是以扩展频谱的方法换取信噪比的提高，亦即用宽带宽来换取低误码率，并提高通讯的抗干扰能力、增强通讯的隐蔽性。理论上讲，扩频通讯技术与普通的ASK、PSK、FSK数字调制技术相比，具有抗干扰能力较强、保密性好和抗衰落等性能，可在一定程度上弥补国内普通低压电力线信道先天之不足。
SmartPLC低压电力线载波通信技术是复旦微电子公司针对国内低压电网环境的特点专门设计的低压电力线载波通信技术。它包含二部分技术：1）低压电力线扩频调制解调技术；2）标准通信协议SmartPLC。低压电力线调制解调技术由FM2261专用集成电路内部硬件电路实现。标准通信协议SmartPLC分两部分实现：1）底层部分由内嵌MCU程序实现，完成点对点半双工传输数据。2）网络管理层由外部Master设备（例如AMR中的集中器）实现。
二、 低压电力线载波通信专用芯片FM2261及其应用模块
1．FM2261性能介绍
单一芯片完成电力线载波数据透明传输、按DL/T645协议传输。集成数据通信中物理层、链路层、网络层于一体
采用直序扩频调制解调技术，扩频码127位。抗电力线信道中的干扰及信号衰落能力强
支持多路数据同时接收、和码分多址（CDMA）通信
提供过零发送、接收的调制解调工作模式，选择电力线干扰和衰弱最小的时候进行数据传输，提高芯片的通信能力
内部数据分包、CRC校验和重发机制
单电源+3.3V供电；
DBPSK差分二进制移相键控调制技术
通信速率615BIT/S，半双工通信
单边带宽78KHz；带外谐波抑制30db
载波频率78KHz－312KHz，多频点可选；
内置高性能MCU内核；标准UART与用户MCU接口、提供红外通信接口
内置高速流水线模数转换（A/D）单元和数模转换（D/A）单元
内置自动增益控制（PGA）电路，与外部模拟电路接口简单
2．FM2261内部框图：
图1 FM2261内部结构框图
FM2261的内部框图如图1所示，分成三部分：模拟处理模块、DSP 模块、MCU模块。 模拟处理模块主要是电力线载波信号接口部分，发送状态时数字化的载波信号转变为模拟信号。接收状态时将模拟的载波信号调理、转换为数字信号，送至DSP模块处理。 DSP模块和MCU模块完成电力线载波信号的调制解调，同时提供和用户的数据通信接口。
3．FM2261基本应用模块
在应用FM2261时，用户需要通过一个标准UART口与FM2261交换信息。FM2261向用户提供了一个完整的命令集，通过该命令集，用户可以实现发送/接收数据、配置内部系统参数等任务。如图2所示，
图2：FM2261通信结点框图
一个典型的FM2261通信结点通常包含以下各部分：第一部分是用户MCU, 执行用户应用程序，负责与FM2261通信，发送待传送的数据，接收来自FM2261接收到的数据，执行用户特殊程序。第二部分是FM2261本身以及周边电路。负责数据的传输。第三部分是电力线模拟接口部分。发送时放大发送载波信号，将其驱动至阻抗匹配并耦合到电力线上，接收时对输入信号进行输入前端放大、滤波。该部分还包含电力线过零点检测电路，由于电力线在过零点附近干扰噪声最小，我们把这种利用电力线过零点附近时段来传输数据的通信方式叫做过零传输。过零检测电路为过零传输提供同步信号。
三、 标准通信协议SmartPLC简介
SmartPLC通信协议按照各部分实现功能不同，分成四个层：物理层、链路层、网络层（网络层＋网络管理层）、应用层，对于主从式一点对多点通信系统，在master端增加网络管理层，网络管理层和应用层功能由外部设备实现，网络层向下由FM2261实现 为了便于叙述，以电力线自动抄表（AMR）系统为例，介绍标准通信协议SmartPLC。下图是SmartPLC信息传输分层示意图：
图3：SmartPLC信息传输分层示意图
FM2261内运行物理层、链路层、网络层协议，完成FM2261芯片点对点的数据传输。对外是统一的接口（标准UART和通信命令集）。集中器主要工作在被动方式，由它的上一层网络管理层来控制收发数据。采集器主要工作在主动方式，将从电力线上收到的数据发送给电表，然后将电表的返回数据通过电力线再传送给集中器端。集中器网络管理层主要完成登录、路由表的建立、维护，自动查找路由等工作；
网络层有三种数据传输模式：1、数据包传输；2、透明传输数据；3、DL/T645协议传输。通过外部的模式设置引脚设定网络层数据传输模式。透明传输数据模式用户使用方便，不用对传输数据做任何人工干预处理。DL/T645协议传输模式可以大大提供传输效率。数据包传输模式用户拥有更多的选择路由、中继的自由。 网络层向用户提供了一种过零传输模式。对于那些难以通信到的死角，是一个有力的通信手段。过零传输模式可以用来进行电力线相位判别，是选择合适路由的重要依据。另外一个选择路由的依据是网络层计算出每次数据传输时的信噪比。 网络管理层存在于集中器，负责对网络内所有设备的管理。主要完成设备登录、路由表的建立、维护，自动查找路由、和网络内各个设备的监测等工作。网络内设备既可以自动登录，也可以用人工输入、主站查询的方法登录。 数据通信过程：集中器总是每次通信的发起者，集中器内应用层数据传递各网络管理层，网络管理层根据目标地址的所在电力线相位信息和信噪比信息自动选择路由，决定网络层建立相应的连接，完成点到点的通信。
四、 小结
SmartPLC低压电力线载波通信技术，是电力线载波通信系统的完整的解决方案。
它具有以下优势：
1．采样127位扩频，数字解调、解扩，通信技术和性能在行业内处于领先。
2．利用电力线的特点，采取过零模式传输，可以极大的提高通信一次成功率
3．系统自动计算通信信噪比、判别Slave所在相位
4．系统自动路由、自动重发，无需用户干预
5．用户使用方便，只需按照规定的通信命令集对串口进行操作就可以实现全部功能；实现透明数据传输。对于AMR系统，提供DL/T645协议传输方式。 目前，该系统已经通过测试，进入市场推广阶段，相信在不久的将来，必然会得到广大客户的认可，获得巨大的市场。
！
|
