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　　電力線通信(PowerLine Communication，PLC)是指建立在電力輸送網基礎上的、實現電力通信網絡內部各節點之間以及與其他通信網絡之間通信的系統^［1］。近幾年，與電信網及有線電視網相比，電力線通信網以其資源廣闊、與家庭結合緊密等優勢日益引起人們的關注，并得到快速發展。PLC的應用已不限于簡單的點對點的傳輸，歐美一些國家正研究其在智能化小區及接入網方面的應用，這是信息網絡的發展和信息家電出現的必然趨勢。專用通訊模塊的設計決定了這些功能是否能高質量、低成本地實現，以及系統的安全性能和電力線高壓危險的防護。

1　基于Chirps的擴頻載波通訊技術和CEBus協議
1.1　基于Chirps的擴頻載波技術
　　對電力線這一強背景噪聲的信道，數據傳輸的一種有效手段就是擴頻(Spread Spectrum，SS)技術。擴頻技術就是用偽隨機碼將載有信息數據的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶低功率譜密度的信號來發送。這樣，在接收端使用恰當的手段就可以將信號提取出來，從而減少噪聲對信號的影響，保證了電力線網絡上的可靠通信。
　　如圖1所示，寬帶線性調頻利用一組掃描頻率作為載體，信號占用的頻帶寬度遠遠大于信息帶寬，可獲得很大的擴頻增益。

　　該掃描頻率是一系列短促的、可自同步的連續脈沖，又稱作“chirps”，每個chirps一般持續100μs，他代表了最基本的單位通信符號時間(UST)。他可通過不同的UST組合來實現數據傳輸，其最大速率為10 kb/s。按照CEBus標準，這些信號頻率覆蓋了100～400 kHz的帶寬。在Intellon公司的SSCP300芯片中，掃描總是以200 kHz的頻率開始和結束，也就是說：400 kHz和100 kHz的頻率總是在每一個chirps的中間，這樣做的優點是便于進行掃描信號的諧波抑制，并使數據傳輸中位與位之間的過渡變得比較平滑^［2］。另外，此種chirps波形具有很強的獨立性。
1.2　CEBus協議簡介
　　 CEBus是專門為家用電子產品通訊而制定的協議標準，又稱作FLA－600協議^[3]。美國電子工業協會(Electronicw Industry Association,EIA)聯合其他廠商，在1989年制定出一套家庭自動化控制規格的初步草案并在1992年發布，命名為CEBus(Consumer Electronic Bus)，目標是建立一個針對家用電子產品的開放性協議；開發一套通用的、廉價的、與制造廠家無關的通訊方法；允許用戶以很小的代價實現在系統中加入新的家電產品；減少家用電子產品設備功能的冗余。1997年，CEBus的EIA－600正式成為美國ANSI標準。
　　如圖2所示，CEBus采用簡化的OSI模型，分為物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層。物理層使用7種不同媒介，包括電力線、雙絞線、同軸電纜等，可以滿足不同應用場合需要。CEBus的網絡完全面向報文分組(packet)，使用載波偵聽多路訪問和沖突檢測協議(CSMA)。采用“公共應用語言”(Common Application Language，CAL)，設備之間可以互相訪問，從而知道一個設備所有的資源，工作狀態，并可控制該設備。

1.3　SSCP300電力線網絡接口控制器簡介
　　Intellon公司的SSCP300電力線網絡接口控制器是一種與CEBus總線兼容、高度集成的電力線網絡信號收發控制器。他利用傳輸穩定可靠、通信保密程度高的擴頻載波技術，通過CRC校驗，來實現網絡信息的安全傳遞。SSCP300提供了數據鏈接層(DLL)的控制邏輯，符合EIA－600標 準的通道訪問及通信服務，基于chirps的擴頻載波技術的電力線信號收發器，信號調整電路以及同數據處理及控制部分聯接的SPI(SerialPeripheralInterface)接口電路。

2　基于擴頻載波技術的CEBus通訊模塊的典型應用
2.1　硬件設計
　　應用這種基于擴頻載波技術的CEBus通訊芯片SSCP300組成的通訊模塊如圖3所示。

　　通訊模塊由3部分構成：第1部分為微控制器，用于P300的通信及執行特殊工作；第2部分為P300，他提供數據鏈路功能和物理層的協議服務；第3部分為電力線模擬功能，包括將信號耦合到媒體上，放大發送信號以及對輸入信號的濾波。
2.2　仿真研究
　　2.2.1　輸入濾波器
　　電力線上的干擾很大也很不確定，需要一個帶通濾波器，僅將帶寬100～400 kHz的信號送入P300的輸入端^［2］。由模擬帶通濾波器的傳遞函數及相關設計參考，構造出了如圖4所示的無源六級LC濾波器。

　　 對該帶通濾波器進行性能仿真得到如圖5所示仿真結果。

　　在頻率從100～400 kHz變化時，增益的絕對值與帶外信號相比非常小，且變化不大，而帶外信號在40 kHz和1．0 MHz時衰減就已達30分貝。仿真結果表明了采用該帶通濾波器能夠達到預期的效果。
　　 2.2.2　輸出電路
　　從P300輸出的信號幅度小、驅動能力弱而且還有高次諧波分量，因此在輸出端必須經過濾波和放大。圖6和圖7是輸出濾波和放大電路及其伯德圖。

　　根據CEBus要求，輸出電壓幅度必須達到10 V，因此必須把P300的輸出信號放大才能耦合到電力線，本模塊中采用了一個運放構成的跟隨器驅動SSCP111芯片(包含在圖3所示的輸出電路中)。SSCP111是Intellon公司生產8的媒介接口芯片。由于模塊與220 V電力線相連，各種保護電路必不可少。除高壓脈沖會破壞器件外，剛接通電源時，若電力線剛好處于電壓最大值，會有300 V的高壓直接作用于變壓器兩端，瞬間電流達到一個相當尖銳的脈沖，在脈沖出現后1μs仍有幾十伏的電壓，足以燒壞SSCP111，因此需要兩個肖特基二極管將電壓鉗位在額定范圍內，電感的作用是阻斷窄高壓脈沖。

3　在家庭網絡電力線通信中的應用
3.1　CEBus模塊軟件設計
　　該模塊中，由于at89c52單片機沒有提供專用的SPI接口，只有通過其P1口的5根口線及INT1引腳模擬SPI的工作。需要特別注意的一點是，由于單片機使用P1口線進行時序的模擬操作，而串口操作又是單片機讀寫數據中較為穩定的一種通訊方式，因此進行時序操作時必然非常嚴格。　　
　　將P300的通訊模式設為數據鏈路模式(DLL)，工作過程是：
　　(1)初始化P300，包括：復位、片選、用Layer_＿Management_＿Write命令向Layer_＿Config_＿Info數據結構寫入節點信息，得到確認后完成初始化。
　　(2)按照時序發送數據，發送完成后，INT信號會變低，并且進入中斷程序的相應部分判斷通訊是否成功。
　　(3)有數據輸入時，INT信號也會變低，可由此進入中斷處理程序，用命令取回數據。
　　(4)標志位處理子程序的功能是根據Interface_＿Flag數據結構中各標志位狀態來判定系統的通訊狀態，進行進一步操作。
3.2　系統原理圖
　　 如圖8所示，該通訊模塊可與各種智能家電一起構成 家庭智能網絡，方便人們的生活。

　　每個單元都包含一個CEBus通訊模塊，可通過軟件寫入該電器的識別信息。主控單元微處理器與PC機相連，提供以下功能：
　　(1)接受來自PC機的數據。
　　(2)識別來自不同電器的地址信息。
　　(3)按照CEBus協議完成交換數據的協議轉換。
　　(4)把從受控電器傳來的數據返回PC機。
　　受控單元CEBus模塊的功能：
　　(1)接受來自主控機的信號。
　　(2)對信號進行CRC校驗，發現有誤要求重發。
　　(3)對正確接受的信號進行協議轉換送回家電。
　　(4)返回給主控單元一個成功接受信息。

4　結語
　　由于這種模塊采用了擴頻載波技術，將其應用在通訊距離不超過50 m的家庭網絡中，取得了良好的效果。但其主體通信芯片P300的通訊速率并不高，為10 kb/s，因此這種模塊不適合應用在通訊量較大的場合。