摘? 要: 介紹了Intellon公司的SSC P200 PL網絡接口控制器的功能和工作原理，并設計了基于P200的電力線載波模塊，給出了在網絡數據傳輸和信息家電中的應用實例和實驗結果。

　　關鍵詞: 電力線載波? CEBus標準

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　　用現有的電力線(PL)進行信息的傳送，無需額外的通訊電纜，實現遙測、遙控等功能，可以節約大量的人力、物力和財力。尤其在一對多的控制系統中，不但省去了冗繁的接線，也增加了系統的可靠性和維護的便利性。Intellon公司符合CEBus標準的SSC P200是利用Chirps掃描頻率進行載波對信號實施擴頻。由于擴頻技術可以有效抑制干擾和噪聲，所以在速度、抗干擾性、可靠性及價格等方面具有較大優勢，被廣泛地應用于包括家庭內部網絡、水電費管理、通訊和安全保衛系統等工程項目中。同時SSC P200對于雙絞線和直流供電系統也提供了低廉而性能優異的網絡接口^[1]。

1 P200的工作原理和特點

　　Intellon 公司的P200網絡接口控制器具有如下特點:

　　·適用于與CEBus兼容的低價位產品;

　　·提供EIA-600標準中數據鏈路層的服務;

　　·提供EIA-600標準中物理層的收發器;

　　·提供SSC(擴頻載波)的PL(電力線)技術;

　　·提供SPI(串行外圍接口)的主處理器接口;

　　·+5V供電;

　　·為20針的SOIC封裝。

　　圖1(a)為P200的管腳圖，圖1(b)給出了P200網絡接口控制器的節點方框圖。P200提供了通訊中的數據鏈路功能和物理層的協議服務。主處理器負責將命令和數據翻譯過來提供給用戶使用，并執行頭尾相接的協議功能。模擬數據是通過信號輸入(SI)與信號輸出腳(SO)在電力線與P200之間進行傳輸的。而輸出信號的放大和濾波、輸入信號的濾波和與電力線的耦合則需由外部分立元件來完成。

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　　模擬通訊信號首先從其SI腳進入SSC P200，然后被緩存放大器(Amp)所放大。放大后的信號通過A/D轉化為數字信號，以便于對信號進行數字信號處理。對輸入信號的數字信號處理包括一個配套的濾波相關器以檢測擴頻“chirps”的波形，而載體檢測和媒介狀態信息則被從DSP電路傳輸到數據鏈路層(DLL)的微處理器，以便于將分組解碼，協議功能和最終的分組傳輸到主處理器。

　　將欲發送的分組先從主處理器傳輸到內部的DLL微處理器，而DLL微處理器則將數據傳輸給DSP功能塊。DSP可產生擴頻載波(SSC)的高層狀態和低層狀態，通過D/A以產生擴頻“chirps”的模擬波形。當三態信號被置為高時，此波形經緩存后從SO腳輸出，經功率放大模塊(如P111)和變壓器等耦合到電力線上。

2 P200與主處理器的接口

　　P200與主處理器的接口(如圖2所示)是由一個使用5線的串行外圍接口SPI實現的。主處理器提供低電平有效的復位(REST)信號。主處理器選用了AT89C2051，以P200的4M時鐘輸出作為單片機的晶振時鐘輸入。考慮到一般性，主處理器通過UART接口與其它CPU聯系。在主處理器和SSC P200之間是由一簡單的協議來支持命令和數據的傳輸。這些命令和數據包括將要發送的分組、已接收到的分組和狀態及設置信息，另外P200和P111之間的接口電路(此處省略)以及程序框圖和信號時序等詳細情況請參見文獻[2]。

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3 典型應用

3.1 用P200實現基于PC機的“BBS”系統

　　為了直觀地檢測P200電力載波的接收正確率，我們設計了一個用P200實現基于PC機的“BBS”系統，如圖3所示。即一個PC機通過串口將數據發送至P200電力線載波模塊的主處理器，再通過電力線和另一組電力線載波模塊將數據傳遞給另一臺PC機，并在屏幕上顯示出來。從一臺PC上向另一臺PC呼叫，則可以實現雙方在線半雙工對話。PC的界面和串口通訊通過VC、Delphi和VB等編程語言很容易實現。這里電平轉換是用來解決PC機RS232電平與P200電力線載波模塊主處理器UART電平的不兼容問題。

如果從PC端發出的數據遵循某種規律(如遞增/減)，則在另一臺PC的終端可以檢測出接收數據的成功率。如果PC機有兩個串口，則可在同一臺機器上進行測試。在如圖3的系統中，我們對150米的電力線進行測試，結果表明:在未加干擾源的情況下，對2000組數據進行測試，通訊成功率為100%;在發送端和接收端控制1.3kW的電機頻繁啟停的情況下，對2000組數據的測試得出通訊成功率為99.95%，即僅有一組數未收到。

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3.2 采用P200作為電力線載波模塊的智能信息家電控制系統

　　電力線載波可以很好地應用于組建家庭信息家電網絡，這樣可以通過電話線路或Internet對家電等設備進行遠程遙控。由于家庭的特殊性，采用無電纜連接的方式更有助于家庭的使用，這一方面節省了額外的接線施工，也便于廠家和銷售單位的售后服務及維修。圖4給出了智能信息家電控制系統的網絡拓撲圖。用戶或維修單位可通過電話或Internet登錄到家庭網關，并發出相應的運行或檢測命令，該命令被網關接收到后，通過P200的電力線載波模塊發送到電力線上，各網絡家電的控制器上均有電力線載波的收發模塊，通過唯一標識的地址碼可以解析出命令的含義。各家電的主控制器根據相應的命令來控制家電的行為或給出當前的運行狀況和故障信息。例如，如果用戶離家時忘記關閉了某種家電，可以打電話或通過Internet將其關閉;在用戶下班回家時，可以預先控制家電開啟，以便回到家中，即刻可以進餐并享受舒適的室溫環境。

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4 需要注意的問題

　　為了順利地將P200應用于實踐，我們總結了如下幾個需要注意的問題。

4.1 元器件的選擇

　　在元器件的選用方面，應根據數據手冊上提供的器件型號的特性作為選擇依據，否則會因為如二極管的快速性不夠等問題而影響最終使用性能。

4.2 EMI濾波器節點的影響

　　由于電力線載波本身就是對電網的一種污染，不可為了追求遠距離傳輸而將功率放大部分的電壓提得很高，應充分考慮EMC。另外，供電系統應增加EMI濾波器，為了減少載波信號和供電電源系統之間的干擾，載波信號與電力線的耦合端應盡可能遠離濾波器節點。

4.3 P200輸入信號濾波器的線路和參數選擇

　　在利用電力線作為傳輸媒介的通訊中，由于電力線的阻抗和噪聲等因素的影響，P200輸入信號濾波器的參數可根據實際情況選擇，不必拘泥于數據手冊上的線路和參數。

4.4 P111供電電源的影響

　　實驗中發現，P111供電電源的穩定性和電壓紋波對接收和發送波形的質量有較大影響，因而要提高電源的質量。

4.5 合適、完整的網絡協議

　　由于電力線載波的傳輸媒介是電力線本身，因而只能構成單工或半雙工系統。另外，由于P200芯片僅提供低級數據鏈路層和物理層的網絡服務，對于一個基于SSC P200網絡接口控制器的典型的網絡節點(如圖1b)，在主處理器將命令和數據翻譯過來提供給用戶使用后，完善的應用層和網絡層通迅協議是非常關鍵和必要的。

　　綜上所述，采用P200網絡接口控制器可以方便地實現高速、可靠、廉價的電力線載波通訊，我們在信息家電和壁面清洗爬壁機器人等領域中有很好的應用。

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參考文獻

1 北京浩均公司技術資料光盤