PLCi36G-Ⅲ-E
电力线载波扩频通信芯片 – 应用开发指南R&D GUIDE FOR PLCi36G-Ⅲ-E DATA SHEET
青岛东软电脑技术有限公司
2009年9月17日
目 录
1. PLCi36G-Ⅲ-E扩频通信芯片概述 (2)
1.1 PLCi36G-Ⅲ-E芯片特点 (2)
1.2 PLCi36G-Ⅲ-E主要应用范围 (3)
1.3 PLCi36G-Ⅲ-E引脚图 (3)
1.4 引脚定义 (4)
1.5 主要电气特性 (5)
1.6 封装信息 (5)
2. 引脚描述 (6)
2.1 晶体振荡器 (6)
2.2 编程使能控制 (6)
2.3 网络地址管理 (7)
2.4 185kHz方波信号输出 (8)
2.5 ZCP_DET本地交流电过零检测 (11)
2.5.1 推荐电路 (11)
2.5.2 电气参数 (11)
2.6 终端设备数据输入RX 和终端设备数据输出TX (13)
2.6.1 电气特性 (13)
2.6.2 数据通信标准 (13)
2.7 扩频调制信号输入／输出（SSCIN／SSCOUT） (14)
3. 信号耦合电路（Signal Coupling Circuit） (15)
3.1 设计目标 (15)
3.2 电路组成 (15)
3.2.1 电路元器件说明 (15)
3.2.2 抑制瞬时电压冲击 (15)
3.2.3 信号耦合电路对发送电路和接收电路的影响 (16)
4．信号发送部分（Transmitting Section） (17)
4.1 发送电路组成 (17)
4.2 电路元器件说明 (17)
5．信号接收部分（Receiving Section） (19)
5.1 接收电路组成 (19)
5.2 带通滤波器BPF特性 (19)
5.3 低功耗窄带模拟前端AFE3361 (20)
5.3.1 AFE3361描述 (20)
5.3.2 AFE3361主要特点 (20)
5.3.3 最大额定值 (21)
5.3.4 电气特性 (21)
5.3.5 AFE3361的典型应用电路 (22)
6．电源系统 (23)
1. PLCi36G-Ⅲ-E扩频通信芯片概述
EASTSOFT? PLCi36G-Ⅲ-E是专门为电力线介质作为通信信道而设计的扩频通信芯片。该芯片具有通信可靠性高、高效帧中继转发策略、信号强度指示、相位检测以及完善的网络数据通信协议集，并且具有低成本、低功耗、外围器件少等特点。
PLCi36G-Ⅲ-E是实现基于电力线通信网络的电子终端设备之间可靠的数据交换的核心芯片。其中，数据链路层通信协议遵循高级数据链路控制通信协议，应用层通信协议完全兼容于DL/T645-1997规范和DL/T645-2007规范，在保证DL/T645协议完整性的前提下，扩充了DL/T645对网络数据通信的支持。
PLCi36G-Ⅲ-E芯片的应用主要集中在自动读表领域，为电力行业或其它公共事业部门提供了一种最佳的AMR的解决方案。
1.1 PLCi36G-Ⅲ-E芯片特点
采用集中式和分布式混合网络结构；
主动接收技术，使路径更稳定，健壮；
具有表号、报警事件自动上传功能；
主动向MCU申请表端地址；
合理高效的压缩算法，最大程度的压缩报文，以提高通讯能力与稳定性；
软件相关器和匹配滤波器，63位码序列；
高性能数字信号处理技术；
扩频通信技术，高效率前向纠错；
BFSK调制、半双工通信，码速率高达20.8k波特；
高效率的节点帧中继转发机制，支持七级路由深度；
可编程的网络地址、地址过滤，提供有效的本地访问数据；
接收信号强度权重参数指示，为中继搜索算法提供支持，提高通信系统稳定性；
支持相位检测(需要本地交流电过零检测电路)；
支持大数据量传输，应用数据(DL/T-645数据域)可达176字节；
五层网络体系结构
物理层（Physical Layer）
数据链路层（Data Link Layer）
网络层（Network Layer）
传输层（Transport Layer）
应用层（Application Layer）
其中，数据链路层DLL协议规范是基于高级数据链路控制协议，应用层通信协议完全兼容于DL/T645-1997规范和DL/T645-2007规范，网络层集成V2、V3、V3.5版网络层通信协议。
特别适用于PLC载波复费率电能表的实现，为复费率电能表提供了最佳的AMR解决方案。
1.2 PLCi36G-Ⅲ-E主要应用范围
自动读表AMR
家居自动化
报警和安全监控系统
1.3PLCi36G-Ⅲ-E引脚图
28-引脚PDIP封装
1.4 引脚定义
引脚引脚名称描述
1 /MRST 复位，低电平有效
2 SSCIN 扩频调制信号输入
3 NC
4 NC
5 NC
6 NC
7 NC
8 VSS 参考地
9 CLKIN 晶体振荡器输入，20MHz
10 CLKOUT 晶体振荡器输出，20MHz
11 EVENT 事件状态输入，事件发生时通过外部MCU将该引脚置高电平，常态将此引脚置低电平。
12 PWM185K 185kHz频率方波信号输出，可作为模拟前端的本振信号源
13 SSCOUT 扩频调制信号输出，中心频率f0=270kHz，带宽BW=30kHz
14 ZCP_DET 本地交流电过零检测输入
15 TXLED 载波发送数据指示，高电平有效。
16 RXLED 远程网络节点访问本地数据指示，高电平有效，每次持续200毫秒。
17 TX 终端设备数据输出，异步串行通信，速率2400bps
18 RX 终端设备数据输入，异步串行通信，速率2400bps
19 VSS 参考地
20 VDD 电源，+5V
21 /WP E2PROM设备写保护控制输出
22 SCL I2C时钟输出信号
23 SDA I2C数据信号
24 /SET 编程使能输入，低电平有效
25 NC
26 NC
27 NC
28 NC
1.5 主要电气特性
参数名称参数值
4.5V～+
5.5V
电源电压 +
0.3V～+ 7.8V
输入输出引脚电压范围 -
输出引脚最大输出电流25mA
输入引脚最大吸收电流25mA
最大功耗0.05W
40oC～+ 85oC
工作温度范围 -
1.6 封装信息
单位毫米Millimeters 英寸Inches
尺寸最小值典型值最大值最小值典型值最大值
A 3.56 3.81 4.06 0.140 0.150 0.160
A1 0.38 0.015
A2 3.18 3.30 3.43 0.125 0.130 0.135 A3 3.18 3.30 3.43 1.345 1.365 1.385
B 7.09 7.80 8.51 0.279 0.307 0.335
B1 7.62 7.94 8.26 0.300 0.313 0.325 B2 8.13 8.89 10.92 0.320 0.350 0.430
C 34.16 34.67 35.18 1.345 1.365 1.385
C1 1.02 1.33 1.65 0.040 0.053 0.065 C2 0.41 0.48 0.56 0.016 0.019 0.022 C3 2.54 0.100
C4 0.20 0.29 0.38 0.008 0.012 0.015 α(o) 5 10 15 5 10 15
2. 引脚描述
2.1 晶体振荡器
PLCi36G-Ⅲ-E时钟频率为20MHz。PLCi36G-Ⅲ-E的内部时基信号由内部的振荡电路和外部的石英晶体组成的振荡器提供，晶体振荡电路如图2-1所示。
图2-1 晶体振荡电路
由于PLCi36G-Ⅲ-E的初始信号捕获的基准时钟完全依赖系统的时基信号，因此，对系统的时钟频率的稳定度要求相对较高。具体参数要求见表2-1。
表2-1 晶体振荡器参数要求
器件参数要求
C1 15pF
C2 15pF
标称频率频差负载电容振荡方式
石英晶体谐振器
20.000000MHz±10ppm 15pF 基频AT
注意：在布板时，应尽量使石英晶体谐振器和负载电容靠近CLKIN和CLKOUT引脚，并将石英晶体谐振器外壳接地，其引脚周围应有大面积铺铜接地区域，以取得抑制各种干扰的效果。
2.2 编程使能控制
PLCi36G-Ⅲ-E管理的网络地址（或称MAC地址，即介质访问控制层地址，亦可称为网络通信地址）是可编程的，通过/SET引脚的电平进行使能或非使能的编程控制。通常，/SET引脚外接编程按钮或编程跳线连接至参考地。编程使能控制电路如图2-2所示，编程状态见表2-2描述。
图2-2 编程使能控制电路
表2-2 编程状态
/SET状态内部检测电平编程状态
浮空高非使能
接参考地低使能
PLCi36G-Ⅲ-E管理的网络地址是唯一的，其物理地址长度为6个字节，通常存贮在外部的E2PROM中，详见2.3节。
2.3 网络地址管理
在整个通信网络中，每个通信节点的网络地址是唯一，其物理地址用6个字节来表示，并存贮在外部的I2C串行E2PROM中。
PLCi36G-Ⅲ-E对网络地址的管理是通过/WP、SCL和SDA三个端口完成的，并能够与E2PROM设备直接连接（由于内部上拉电阻的存在），对网络地址的编程使能由编程使能控制引脚/SET来控制（参见2.2节）。地址管理引脚特性见表2-3描述。
表2-3 地址管理引脚特性
引脚描述功能特点
/WP 写保护输出控
制
高电平时，禁止写；低电平时，允许写。
SCL 串行时钟输出 SCL的时钟频率为66kHz（适用于1.8～5.5V设备）SDA 串行数据数据输出时间15μs（包括T SU.DAT、T HIGH和T HD.DAT）
22
PLCi36G-
24XX01设备不使用芯片选择位（A0，A1、A2），这些引脚可以浮空，接参考地或接电源。考虑到E2PROM设备的适用范围（如：24XX02、24XX04），推荐将芯片选择位（A0，A1、A2）均与参考地相连。PLCi36G-Ⅲ-E在存取E2PROM设备时，控制字节中的芯片选择位均为0。控制字节的格式如图2-4所示。
控制码芯片选择位读/写位
1 010000R/W
图2-4 控制字节的格式
PLCi36G-Ⅲ-E的网络地址也可以自动向计量管理芯片获取，详见PLCi36G-Ⅲ-E Application Note 2807。
2.4 185kHz方波信号输出
由PLCi36G-Ⅲ-E内部产生的频率为185kHz的方波信号，通常作为通信系统模拟前端IC的本地振荡信号源。该信号的周期为5.4μs，占空比为1:1，高电平为VCC，是一个标准的频率为185kHz 的方波信号。
如果使用它作为模拟前端IC的本地振荡信号源，推荐使用一个外部带通滤波器（L10、C28）来提取185kHz基频信号，抑制基频外的谐波分量。另外，需要根据模拟前端对本振信号幅度的要求，适当调整限流电阻R38。
典型的模拟前端本振信号形成电路如图2-5所示。
图2-5 典型的模拟前端本振信号形成电路
PWM185K方波信号，以及经过带通滤波器滤波后的波形和频谱如图2-6所示。
a) PWM185K波形
b) AFE LO Input波形
c) AFE LO Input频谱
图2-6 模拟前端本振信号波形图
2.5 ZCP_DET本地交流电过零检测
过零检测主要用于本地相位检测，在具有相位检测的各模块中均需要加装此电路。其原理是通过计算各节点间的过零信号时间差得到具体相位。
注：相位基准由集中器提供。
2.5.1 推荐电路
图2-7 过零检测电路
图中：
PHASE：火线
ZERO：零线
ZCHK：过零信号输出，连接PLCi36G-Ⅲ-E的ZCP_DET(14)引脚
2.5.2 电气参数
需要满足在220V市电条件下：
上升沿零点（芯片引脚检测到由低转为高电平时刻）滞后实际市电的零点400±50us；
下降沿零点（芯片引脚检测到由高转为低电平时刻）滞后实际市电的零点450±50us；
以下为推荐电路ZCHK实测波形：（施密特输入高电平为2V；低电平为0.8V）
图2.8 零点检测效果图（Channel1为ZCHK信号，Channel2为市电分压波形）
图2.9 上升沿零点偏差
图2.10 下降沿零点偏差
2.6 终端设备数据输入RX 和终端设备数据输出TX
2.6.1 电气特性
终端设备数据输入RX 和终端设备数据输出TX端口是电力线载波通信系统与数据终端设备之间的唯一接口。RX和TX工作在异步串行通信模式，使用NRZ格式。其电气特性见表2-4。
表2-4 RX和TX的电气特性
引脚参数描述最小值典型值最大值单位
V OL输出低电平0.6 V TX
V OH输出高电平VDD - 0.7V
V IL输入低电平VSS 0.15VDD V
RX
V IH输入高电平 2.0 VDD V 该接口通常与外部的智能设备连接，如：复费率电能表、多功能电能表、预付费电能表，或其它的计量仪表等。
2.6.2 数据通信标准
PLCi36G-Ⅲ-E的数据终端通信协议是依据中华人民共和国电力行业标准DL/T645-1997/2007《多功能电能表通信规约》而设计，其目的是实现与遵循该标准的智能仪器仪表的无缝连接，简化整个系统的结构、降低系统的成本、提高系统的可靠性。其主要特点包括：
字节格式：1位起始位、8位数据位、1位偶校验、1位停止位；
通信速率：2400bps；
数据通信协议：符合DL/T 645 – 1997和2007版规约。关于与数据终端设备之间的数据交换，参见PLCi36G-Ⅲ-E Application Note 2807。
2.7 扩频调制信号输入／输出（SSCIN ／SSCOUT ）
PLCi36G-Ⅲ-E 采用直接序列扩频通信方式，63位伪随机编码。
所谓扩频通信这一术语，就是扩展频谱通信技术（Spread Spectrum Communication ）的含义，它的基本技术特征是被传输的信息所占用的信号带宽远大于信息本身的带宽。另外，扩频通信还具有如下特征:
它是一种数字传输方式；
在发送端，信号带宽的展宽是通过高码率的伪随机编码对传输信息进行调制来实现的； 在接收端，需要使用相同的伪随机编码对扩频信号进行相关解调来还原被传输的信息。 扩频通信的理论依据是信息论中关于信道容量的著名定理，即香农（C.E.Shannon ）公式：
1(log 2N
S
W C +=
式中，
C – 信道容量（用信息传输速率表示）； W – 信号带宽； S – 信号功率; N – 噪声功率；
香农公式表明：当信号的传输速率C 一定时，信号带宽W 和信噪比S/N 是可以互换的，即可以通过增大信号带宽来降低对信噪比的要求。当带宽增大到一定程度，信号功率可以接近噪声功率，甚至信号被噪声淹没的情况下，仍然能保持可靠的通信。扩频通信就是以宽带传输技术来换取信噪比上的益处，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。
扩频通信具有以下优点： 抗干扰性强，误码率低； 抗多径干扰； 保密性强；
功率谱密度低，具有隐蔽性和截获概率低； 易于实现码分多址。
处理增益G P ，亦称扩频增益（Spreading Gain ）
，是扩频通信系统的重要性能指标。处理增益G P 定义为频谱扩展前的信息带宽ΔF 与频带扩展后的信号带宽W 之比，即
F
W G P Δ=
处理增益G P 反映了扩频通信系统对信噪比的改善程度。 PLCi36G-Ⅲ-E 扩频通信系统的扩频增益：
dB F W G P 18330
1083.20log 10log 103
≈×=Δ=
扩频调制信号输入／输出（SSCIN ／SSCOUT ）的详细介绍将在发送部分和接收部分中，结合具体的电路一起进行详细描述。
3. 信号耦合电路（Signal Coupling Circuit ）
3.1 设计目标
信号耦合电路是将载波通信单元与电力线（Powerline ）连接的关键单元。其主要功能包括：
滤除220V AC ／50Hz （或110V AC ／60Hz ）的交流信号； 抑制瞬时电压冲击（如：雷击造成的过电压、电网电压的浪涌和尖峰电压、及静电放电电压等）； 能够高效率地将发射信号注入电力线，保证在电力线上的有效信号功率； 对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收；
最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，具有高通滤波的功能。
3.2 电路组成
根据通信系统的载波中心频率f
＝270kHz 的要求，信号耦合电路的设计如图3-1所示。
TX Path RX Path
A
图3-1 信号耦合电路
3.2.1 电路元器件说明
在信号耦合电路中，电容C11滤除交流50Hz 信号，采用隔离变压器T2使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C11和隔离变压器的次级线圈电感L 构成高通滤波器的功能。
电容C11采用长寿命高性能的安规电容，因为安规电容存在寿命问题，随着使用时间的推移，容量会变得越来越小，若容量小于10nF 将导致耦合电路失效，而市面上存在很多兼容的安规电容，其中大多数是国产品牌，而能保证质量和使用寿命的又很少，所以在考虑到产品质量的前提下，不建议随意采购这颗电容，推荐OKAYA 、优普或更好品牌的0.15uF/310V AC 、0.15uF/305V AC 、0.15uF/300V AC 的安规电容；
3.2.2 抑制瞬时电压冲击
瞬时电压冲击（如：括雷击造成的过电压冲击、电网电压的浪涌和尖峰电压、某些用电设备所产生的尖峰干扰脉冲、工业火花，及静电放电电压等）会对电路系统起到破坏和干扰作用。因此，必须采取严格的防护和抑制措施。在信号耦合电路中，采用氧化锌压敏电阻器件对瞬时电压冲击进行抑制。
压敏电阻的标称电压应按下式选择：
V V AC rms 480%11022024.1≈×××=
考虑到压敏电阻对于雷击造成的过电压的吸收，最大通流容量应大于5000A。
根据分析，压敏电阻RV1选择MYG3-20K510，对于某些应用场合亦可选用MYG3-14K420，其性能如下：
压敏电压最大允许回路电压最大限制电压
（8／20us）
最大通流容量
（8／20us）
型号
V1mA(V)AC rms(V)DC(V)V C(V)I P(A)一次
(A) 二次(A)
MYG3-20K510 820 510 670 135**** **** 4000
MYG3-14K420 680 420 560 112050 4500 2500
3.2.3 信号耦合电路对发送电路和接收电路的影响
关于信号耦合电路对信号发送和接收电路的影响和作用，将在信号发送部分和信号接收部分进行详细描述。
4．信号发送部分（Transmitting Section）
4.1 发送电路组成
电力线载波通信系统的信号发送部分由扩频调制信号输入、谐振功率放大器和信号耦合电路三部分组成。其主要任务是高效率地输出信号功率，并将载波信号有效地注入电力线。
由于发送部分和接收部分的电路结构和元器件的选择使得发送部分和接收部分的相互影响较小，因此，可以对发送部分和接收部分进行独立的综合和分析。
经研究和测量表明，电力线的阻抗分布在0.5?～80?（在3kHz～525kHz频率范围）之间，其阻抗主要依赖于用电负荷的大小、线路结构、以及配电变压器阻抗等多种因素。由于配电线路结构和配电变压器的阻抗特性相对比较稳定，因此，用电负荷的大小对电力线阻抗的变化影响较大。我们知道，用电负荷具有随机性，其主要表现为在不同的时间，用电负荷的变化，即阻抗的时变性。
研究电力线的输入阻抗，对于提高信号的发送功率和有用信号的输入功率能够起到非常重要的作用。因此，在分析发送电路部分中，设定电力线的输入阻抗为5?。
4.2 电路元器件说明
TS5是一颗20V的肖特基稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性，用到而是它的正向导通电压低的特点，来保护P沟道的MOS管，考虑到产品的可靠性，推荐这颗稳压二极管选用1N5817或SS12，或具有更低正向导通电压的二极管。
注意：不允许使用1N4148、1N4007等正向导通电压较高的二极管！更不允许省掉！否则会损伤MOS管！
电阻R8/0.22k在这里起到保护载波芯片的作用，因为载波芯片采用的是MOSFET工艺，不推荐驱动容性负载，而这套放大电路的输入是容性的，所以在这里串联一颗0.22k的电阻来保护载波芯片；
US6M2内部具有一颗P沟道的MOS管和一颗N沟道的MOS管，P沟道的耐流为1A，N沟道的耐流为1.5A，这就使整个载波电路的耐流为1A，所以供给这个放大电路的电源的功率不能太大，假如电源能提供的功率非常大，当外界的阻抗很小时，就会有很大的电流流过US6M2这颗器件，当
超过它的额定值时，有可能会把US6M2烧掉，所以推荐载波通信电路采用变压器供电。
图4-2 功率控制电路部分的原理图
这部分电路所起的作用是当15V电源电压被拉低到6.5V左右的时候控制其输出电流，保证15V 电源电压不至于被拉低到太低而致使整个系统无法正常工作，其最突出的是可优点以很好的保证低电压试验能够通过。
5．信号接收部分（Receiving Section ）
5.1 接收电路组成
信号接收部分由信号耦合电路、带通滤波器BPF 和模拟前端AFE 三部分组成，其主要功能是对来自电力线上的扩频通信信号进行有效的接收和模拟解调。其中，信号接收电路的设计目标是提高频带内的信号接收功率（信号耦合电路设计的一部分，需要同发送部分统一设计。），并最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，且使无源滤波网络的插入损耗最小。信号接收电路原理图如图5-1
图5-1 信号接收电路
注意：在布PCB 板时，接收滤波电路的电感（1mH 和100uH ）要远离185kHz 滤波电路的电感（33uH ），一般要求
不小于15mm ，否则会造成接收性能的下降。
5.2 带通滤波器BPF 特性
设计带通滤波器的目的是滤除有效信号的频带外干扰，这是一个三阶的Butterworth 带通滤波器。该滤波器的特性参数： 带宽（3dB ）：
kHz BW dB 1083≈ 矩形系数：331
.01.0≈=dB
BW BW K
插入损耗: dB L 2.1?≈
其滤波幅频特性如图5-2所示。
电力载波芯片ST7538及其应用 摘要：介绍一种最新推出的电力载波调制解调器芯片ST7538的基本原理，给出ST7538的主要控制电路和接口电路，讨论应用该芯片后些注意事项。 关键词：电力载波通信 ST7538 家庭网络工业网络 利用电力线作为通信介质的电力载波通信，具有极大的方便性、免维护性、即插即用等优点，在很多情况下是人们首选的通信方式。ST7538是最近SGSTHOMSON公司在电力载波芯片ST7536、ST7537基础上推出的又一款半双工、同步/异步FSK（调频）调制解调器芯片。该芯片是为家庭和工业领域电力线网络通信而设计的，与ST7536和ST7537相比，主要具有以下特点： *有8个工作频段，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82.05kHz、86kHz、110k Hz和132.5kHz； *内部集成电力线驱动接口，并且提供电压控制和电流控制； *内部集成+5V线性电源，可对外提供100mA电流； *可编程通信速率高达4800bps； *提供过零检测功能； *具有看门狗功能； *集成了一个片内运算放大器； *内部含有一个具有可校验和的、24位可编程控制寄存器； *采用TQFP44封装。 可以看出，ST7538是一款功能强大的、单芯片电力线调制解调器。 图1 1 ST7538工作原理
ST7538是采用FSK调制技术的高集成度电力载波芯片。内部集成了发送和接收数据的所有功能，通过串行通信，可以方便地与微处理器相连接。内部具有电压自动控制和电流自动控制，只要通过耦合变压器等少量外部器件即可连接到电力网中。ST7538还提供了看门狗、过零检测、运算放大器、时钟输出、超时溢出输出、+5V电源和+5V电源状态输出等，大大减少了ST7538应用电路的外围器件数量。此外，该芯片符合欧洲CENELEC（E N50065-1）和美国FCC标准。图1为ST7538内部原理框图。 1.1 发送数据 当RxTx为低时，ST7538处于发送数据状态。待发数据从TxD脚进入ST7538，时钟上升沿时被采样，并送入FSK调制器调制。调制频率由控制寄存器bit0～bit2决定，速率由控制寄存器bit3～bit4决定。调制信号经D/A变化、滤波和自动电平控制电路（ALC），再通过差分放大器输同到电力线。当打开时间溢出功能，且发送数据时间超过1s或3s时，TOUT变为高电平，同时发送状态自动转为接收状态。这样可以避免信道长时间被某一节点（ST7538）点用。 1.2 接收数据 当RxTx为高时，ST7538处于接收数据状态。信号由模拟输入端RAI脚进入ST7538，经过一个带宽±10kHz的带通滤波器，送入一个带有自动增益AGC的放大器。该滤波器可以通过控制寄存器bit23置零取消滤波功能。自动增益放大器可以根据电力线的信号强度自动调整。为提高信噪比，经过放大器的信号送入一个以通信频率为中心点、带宽为±6kHz 的窄带滤波器。此信号再经过解调、滤波和锁相，变成串行数字信号，输出给出ST7538 相连的微处理器。
抄表系统及其方法 本发明公开了一种抄表系统包括电力线宽带载波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过电力线载波方式传送的抄表信号；所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式传送的抄表信号；控制单元用于信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在电力线宽带载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进行格式转换生成电表数据。本抄表系统利用宽带载波通信可靠性高、数据传输率高、数据容量大、双向传输等特点，将无线通信方式以及电力线通信方式相互结合，使抄表布线等现场施工工作变得简便灵活。 电力线载波Power Line Carrier - PLC通信是利用高压电力线在电力载波领域通常指 35kV及以上电压等级中压电力线指10kV电压等级或低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 PLC = Power Line Carrier,电力线载波 电力线载波(PLC)是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。 近年来电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。电力线载波通信这座被国外传媒喻为未被挖掘的金山正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。 但是电力线载波通讯因为有以下缺点，导致PLC主要应用－－“电力上网”未能大规模应用： 1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送； 2、三相电力线间有很大信号损失（10 dB -30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输； 3、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用； 4、电力线存在本身因有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和 60HZ，则周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，
基于LonWorks电力线载波通信的 【摘要】设计出一种基于lonworks现场总线和组态王的微电网监控系统。通过将神经元芯片植入微型电源控制器、储能单元控制器和负载开关，使它们成为智能节点，构成基于电力线载波通信的lonworks控制网络。基于lns dde server，利用组态王设计出微电网监控画面，以实时显示系统运行状态，支持操作人员完成微电源负荷分配、负荷启停等功能，并提供相关报表。实验结果表明，该监控系统操作界面友好，性能可靠，扩展能力强。 【关键词】 lonworks; 组态王; 微电网; 监控系统 【 abstract 】 this paper introduces a design in developing of supervising system based on the lonworks technology and kingview. at first, the system combines neuron chip with micro-power controllers, power-saving controllers and switches as intelligent nodes to establish the network based on power line of lonworks. in addition, through the software of lns dde server, the system designs monitoring pictures with kingview to show operation condition with real-time digital data for relevant operators to analysis and makes decisions. according to the results, it shows that the proposed monitor has the friendly manipulating interface, reliable performance, and high ability of expansibility.
摘要 电力线载波通信是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。这次的课程设计通过电力线在波芯片设计一个电力线载波通信系统。 电力线载波通信具有广阔的应用前景但由于电力线的噪声和干扰对信道的污染很大，严重影响了低压电线载波通信的质量。本文就电力线载波通信的优点缺点及发展现状进行了讨论，并分析了电力信道的噪声分类，特性及对我们信号的影响。以及我们对噪声的滤波耦合等。并且详细的介绍了电力线载波通信的具体实现形式方法和步骤最终形成一个系统达到我们的要求。 课程设计选用青岛东软的SSC1641的电力线载波芯片该芯片具有调制解条，a/d，d/a通信的功能，该芯片直接对信号数字信号处理，极大地提高了通信的可靠性。文中包括了他的外围电路，信号放大，耦合，滤波等最终实现功能。 实现了接收电力线的含有噪声的信号，然后对这个信号滤波模数转换等处理后通过串行通信的方式发送到过单片机，单片机经过数据处理后通过LCD1602显示出来，并且也通过串行通信发送到PC机显示出来。PC机或开关电路输入信号经过SSC1641处理后通过电力线发送。这样一个系统阶完成了接收与发送信号，形成了一个通信系统。 关键字：电力线载波通信系统SSC1641 调制解调 1、绪论 1.1设计任务及要求 电力线载波通信系统设计基本要求：下图一个电力线载波通信模块的结构组成，请看懂，并查阅资料了解电力线载波通信的原理和电力线载波芯片的技术资料。根据系统结构，完成载波芯片外的其他器件选型、配套硬件电路设计（包括原理图、PCB图）、软件设计和仿真调试。系统至少具备以下特性： 1）开关量输入和输出各5路； 2）系统24V供电； 3）具有通信状态指示功能； 4）有232、485或USB有线通信接口； 5）断电继续工作能力； 6）其他自己发挥的功能。
GM3533电力线载波通信线驱动芯片 1、产品简介 GM3533是一款应用于电力线载波的线驱动器，内部包含了2个电流反馈型放大器。芯片具有极低的失真，可以确保在电力载波通信频段范围内发送功率谱带外信号符合规范，并且具有高达1A的电流输出能力，可以应对强烈的电力载波信道阻抗变化，在重载情况下仍然能保证信号的发送质量。工作电流可以用外接电阻进行设置，同时可以用数字控制端口按照设定值的1/2、3/4静态电流进行工作，可以根据信道状况通过软件调节，使芯片的驱动性能得到进一步的优化。芯片工作电压范围可以高达28V。 芯片内部集成了过流保护、温度补偿等单元模块，确保了芯片在各种条件下性能稳定可靠，使芯片在电力载波应用中具有优越的性能。2、应用范围 ■电力载波通信 3、特色 ■工作电压：6V至28V ■大信号带宽：>20MHz ■3次谐波抑制： >40dBc@10M/10Vpp/50Ω负载 >50dBc@5M/10Vpp/50Ω负载 >60dBc@2M/10Vpp/50Ω负载 >76dBc@500K/10Vpp/50Ω负载■2次谐波抑制： >55dBc@10M/10Vpp/50Ω负载 >60dBc@5M/10Vpp/50Ω负载 >70dBc@2M/10Vpp/50Ω负载 >80dBc@500K/10Vpp/50Ω负载■工作电流外部设定，可数字控制■摆率：500V/us ■最大差分输出：2倍工作电压-6V@50Ω负载 ■TTL/CMOS兼容 ■温度范围-40℃to+85℃ 4、封装类型 ■QFN4×4-16L
5、功能引脚定义 图1、GM3533Top View 序号名称说明 1INP2OP2输入正端 2INN2OP2输入负端 3INN1OP1输入负端 4INP1OP1输入正端 5EN1使能端1 6EN2使能端2 7GND接地端 8GND接地端 9OUTP OP2输出 10OUTP OP2输出 11OUTN OP1输出 12OUTN OP1输出 13VDD供电端 14VDD供电端 15VCM共模电平，外接电容16REXT电流设定端，外接电阻17EP散热底盘，接地 注意：EP必须在PCB设计时接露铜散热区
国内电力载波通信芯片技术及市场 一、电力线载波芯片市场前景 电力线载波通信(PLC)芯片作为改造传统电网的主要手段，并且作为物联网通信的有力补充，将随智能电网和物联网的全面建设引来爆发增长。中国半导体行业协会CSIA预计至2014年，总需求将达到5*万片，未来5年复合年增速(CAGR)将达到61%，国内电力线载波芯片销量预测见图1。需求增长来自三方面：首先受益于智能电网建设。电力线载波通信以电力线作为传输媒介，不需再次投资，将成为智能电网通信的主要手段，因此智能电网建设将直接带来PLC 芯片的需求增长，如电能表需求增长在9%左右。其次来自渗透率提升。目前处于智能电网建设初期，PLC芯片利用率还很低，但作为未来智能电网通信的主要技术，其渗透率必将大幅提升。如目前载波电能表的市场占比仅为5.2%，但未来有望达到40%。最后还将受益于物联网建设。电力线通信也将成为物联网通信的主要补充，未来PLC应用中除智能电网的电能管理外，物联网的工业控制应用将占16.8%，智能家居应用将占8.0%，安防监控将占1%。 图1 国内电力载波芯片销量预测 二、电力线载波芯片的市场需求空间 预计到2014年，我国电力线载波芯片的市场应用份额中(见图2)，除了应用于智能电网的电能管理外，工业控制应用将占16.8%，智能家居应用将占8.0%，安防监控将占1%。 图2 2014 年我国电力线载波芯片应用市场预测 1、智能电网市场需求 配合中国的用电制度改革，以计算机为基础的自动抄表系统成为电力部门响应国家这一政策的解决方法。自动抄表系统目前主要有有线通信技术和电力载波通信技术两种。有线通信技术作为传统方法，以其稳定性占有优势。但有线通信铺线工程浩大，而且容易被人为损坏;同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，不能让居民接受。电力载波通信技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通信线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。自动抄表系统还适用于水表、煤气表等家用生活表。 目前主要通信方式有电力线载波、无线通信、
电力线载波通讯芯片市场与应用前景 市场需求 ---- 作为通讯技术的一个应用领域，电力载波通讯技术近几年才在中国真正出现。由于它的实用性以及在中国巨大的市场前景，迅速被各家公司争相采用。 ---- 一户一表，取消用电中间层，降低居民用电价格，消除用电过程腐败现象。配合中国的用电制度改革，以计算机为基础的自动抄表系统成为电力部门响应国家这一政策的解决方法。自动抄表系统目前主要有有线通讯技术和电力载波通讯技术。有线通讯技术作为传统方法，以其稳定性占有优势。但有线通讯铺线工程浩大，而且容易被人为损坏；同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，难以让居民接受。电力载波通讯技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通讯线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。自动抄表系统还适用于水表、煤气表等家用生活表。 ---- 智能大厦、智能小区已成为市场热点，各公司纷纷加入这一新兴领域。智能大厦、智能小区是一个综合性的系统工程，包含许多小系统。各家各户、每一房间也存在铺设通讯线路问题，例如消防报警系统、防盗报警系统等，把各报警点集中起来统一处理，采用电力载波通讯有其无法比拟的优越性。因此对智能大厦、智能小区底层通讯方式的选取，各公司不约而同把电力载波通讯作为首选。 ---- 在有些干扰大、布线困难的工业自动化控制系统，采用电力载波通讯方式能达到事半功倍的效果。电力载波通讯技术适用范围相当广泛，电力线在现代生活中已无处不在，只要能满足通讯要求，而又不便布线，都可采用电力载波通讯技术。 电力线通讯特点 ---- 电力线是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制。 ---- 1．配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。 ---- 2．三相电力线间有很大信号损失（10dB-30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。 ---- 3．不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用。 ---- 4．电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50Hz和60Hz，则周期为20ms和16.7ms。在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100Hz或120Hz 脉冲干扰，干扰时间约2 ms，固定干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用。 ---- 5．电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，只有进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，提高载波信号功率会增加产品成本和体积。而且，单一提高载波信号功率往往并不是有效的方法。 ---- 6．电力线上存在高噪声。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的、感性的、容性的，有大功率的、小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种噪声干扰，而且幅度比较大。用藕合电
电力线载波通信---有线通信
电力线载波通信---有线通信
抄表系统及其方法 本发明公开了一种抄表系统包括电力线宽带载 波通信单元、无线通信单元、时钟单元、控制单元以及存储单元；所述电力线宽带载波通信单元用于收发通过电力线载波方式传送的抄表信号；所述无线通信单元用于收发通过无线通信方式 传送的抄表信号；控制单元用于信道状况的侦测，根据侦测结果控制抄表系统在电力线宽带载波通信以及无线通信之间的信道自动切换，切换信道后进行自动组网，并将从电力线宽带载波通信单元以及无线通信单元接收到的抄表信号进 行格式转换生成电表数据。本抄表系统利用宽带载波通信可靠性高、数据传输率高、数据容量大、双向传输等特点，将无线通信方式以及电力线通信方式相互结合，使抄表布线等现场施工工作变得简便灵活。 电力线载波Power Line Carrier - PLC通信是利用高压电力线在电力载波领域通常指35kV及
以上电压等级中压电力线指10kV电压等级或低压配电线380/220V用户线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式 PLC = Power Line Carrier,电力线载波 电力线载波(PLC)是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。 近年来电力线载波技术突破了仅限于单片机应用的限制，已经进入了数字化时代，并且随着电力线载波技术的不断发展和社会的需要中/低压电力载波通信的技术开发及应用亦出现了方兴未艾的局面。电力线载波通信这座被国外传媒喻为未被挖掘的金山正逐渐成为一门电力通信领域乃至关系到千家万户的热门专业。 但是电力线载波通讯因为有以下缺点，导致PLC主要应用－－“电力上网”未能大规模应用： 1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送； 2、三相电力线间有很大信号损失（10 dB -30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输； 3、不同信号藕合方式对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用； 4、电力线存在本身因有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和 60HZ，则周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因定干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用； 5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。
ＳＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｆｏｒｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ＷＡＮＧＲｕｔｉａｎ，ＷＡＮＧＪｉａｎｚｅ，ＪＩＹａｎｃｈａｏ，ＺＥＮＧＦａｎｐｅｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｏｎ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＳＰＷＭ（ＳｉｎｅＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ａｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｎｄｖｉｒｔｕａｌｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｅｑｕｉｖａｌｅｎｔＡＣ／ＤＣ／ＡＣｍｏｄｅｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＶｉｒｔｕａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｇｅｎｅｒａｔｅｓｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｏｒｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅｓａｒｅｓｕｐｐｌｉｅｄ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｏｎｔｈｅＳＰＷＭｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｏｆｖｉｒｔｕａｌｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｄｅｄｕｃｅｄｆｏｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈａｔ，ａｓｉｎｅｗａｖｅ，ｗｈｉｃｈｆｏｌｌｏｗｓｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｎｔＤＣｖｏｌｔａｇｅｗｉｔｈｒｅｖｅｒｓｅｄｐｏｌａｒｉｔｙ，ｉｓｉｎｊｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｗａｖｅｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｌｏｗｈａｒｍｏｎｉｃｓｏｆｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓｖｅｒｙｓｉｍｐｌｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｈｏｗｔｈａｔ，ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｓａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｕｎｄｅｒｂｏｔｈｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｎｄｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｉｎｄｉｒｅｃｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ ０引言 低压配电网电力线通信是一个日益看好的数字 通信网络，逐步在工业和民用系统中得到应用。但是，低压配电网电力线通信稳定性有待于进一步提高。电力线信道特性的分析是当前电力线载波通信研究的一个重要内容，也是作为提高稳定性研究的非常重要的组成部分。国内外一些专家学者在信道估计与选择、信道编码、滤波设计、功率分配等方面作了 较为深入的研究［１－１２］。在进行信道估算时的一个主要问题在于低压配电网负载复杂，存在输入阻抗不匹配问题，信号衰减严重。所以，有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析、总结和实际测试。在文献［２］中对在４０ｋＨｚ￣１．５ＭＨｚ频率范围内的１０ｋＶ中压电力线信道传输特性进行了测试，并根据测量结果，结合传输线的基本模型，对信道的传输特性作了深入分析。该文对于中压电力线通信的传输特性研究具有研究方法上的指导意义，同样，对于研究低压电力线的传输特性也有参考意义。现从传输线阻抗特性出发，分别对基于理想均匀传输线理论、集肤效应传输线理论条件下的电力线传输特 低压电力线载波通信传输线 参数测试与分析 黄文焕１，戚佳金２，黄南天３，李 琰２ （１．吉林化工学院化工与材料工程学院，吉林吉林１３２０２２； ２．哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１； ３．吉林化工学院信息与控制工程学院，吉林吉林１３２０２２） 摘要：为给低压配电网电力线载波通信信道估算提供参考依据，有必要对电力线通信传输线的阻抗特性参数进行理论分析和实际测试研究。在简述配电网电力线载波通信传输线理论和传输线方程的基础上，总结了理想均匀传输线理论下和考虑集肤效应的电力线参数模型。使用ＨＰ４１９４阻抗相位增益分析仪对３＋１芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠装电力电缆线进行实际测试，并根据测试结果使用Ｍａｔｌａｂ计算出单位长度导线的电阻、电感以及两导线间的电容和电导，验证了电力线物理参数模型公式的准确性和其实际可使用性。同时，这些实测参数也为电力线通信信道特性分析和估算提供了一定的参考依据。 关键词：电力线通信；传输线方程；阻抗特性中图分类号：ＴＮ９１３．６；ＴＭ９３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６－６０４７（２００８）０４－００４１－０４收稿日期：２００７－０７－１６；修回日期：２００７－０９－１３基金项目：黑龙江省自然科学基金资助（Ｆ２００５０８） 电力自动化设备 ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４Ａｐｒ．２００８ 第２８卷第４期２００８年４月 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ４１
编厂家类物SOC网解竞争优势竞争劣势 号型理芯络决 层片协方 芯议案 片 1东软窄●●●●多年经营形成的市场份额；与客户形成技术支持、售后带长期合作关系；系统解决方案提供能力；服务不到位 载系统性能目前处于国内先进水平。 波 2福星晓程窄●●●●多年经营形成的市场份额；与客户形成技术支持、售后带长期的合作关系；系统解决方案提供能服务不到位 ;其 载力；目前系统性能处于国内较好水平。通讯频率在国 波外市场不在许 可频段内。 3长沙新竹 数码 XZ386 4瑞斯康 5鼎信 6ST 7536 7537 7538 7ECHELON PLT-22 8亚微电子 Mi200E 窄●●●●具有多年提供电表方案累积的经验；具属于该公司根带有系统解决方案提供能力；在东软等厂据市场需求推载家产品基础上开发，系统性能处于国内出的新品，目前波先进水平。市场占有率不 高。 窄●●●系统芯片加网络协议，采取与电力公司产品性能一般，带下属企业项目合作（资助）形式，参与芯片设计复杂，载了一些地方项目的试验。产品化难，市场波占有率不高。窄●●●●有系统解决方案提供能力，系统性能处产品推出较晚，带于国内较好水平。目前市场占有载率不高，载波功波率较大，对电网 干扰较大。 窄●国外应用较多，效果也不错，有一定的国内测试性能带知名度， ST7538 速率最高 4800bps，频评价一般，适应载率软件可调 .不了中国电力波线环境。 窄●●●国际主流品牌，主要针对工业控制成套绑定销售，方案带方案而设计，完善的 Lonworks 网络协议，价格很高，国内载国外市场已有几百万片的成熟应用。技术支持不到波位，过高的价格 难以在民用市 场大规模推广。 国内电力线通 讯性能一般。窄●●●高性能高集成度物理层通讯芯片，性价性能一般，市场带比较高，芯片设计符合欧洲标准，便于占有率不高。载出口，完善的系统方案和网络通讯协议，
BL6810低压电力线载波SoC芯片 1.功能概述 贝岭公司研发的BL6810是一款基于电力线网络的调制解调通讯SoC芯片，调制方式为BPSK/DSSS；具有多频点、多速率的特点；支持信号的自适应接收；内嵌MCU核，支持网络协议；兼容EIA709.2和DL/T-645。可应用于低压电力线载波远程自动抄表（AMR），智能家居控制，远程路灯监控，工业控制等应用中。功能框图如下： 图1、BL6810的基本框图 2.主要特点 ●全集成的电力线载波通讯SoC芯片 ●全集成的模拟前端： ?12bit ADC和DAC（采样频率位5MHz） ?片内集成模拟高性能的高通和低通滤波器 ?66dB增益可调的低噪声自动增益控制模块 ◆输入灵敏度5uV ?高性能发射器 ●高性能嵌入式DSP，特点包括： ?4个子载波：131.58k/263.16k/312.5k/416.67kHz ?BPSK，DSSS-15，DSSS-63可编程调制 ?三种通讯速率: 5.48kbps/783bps(15 DSSS)/87bps(63 DSSS) ?自适应接收技术和冗余发送技术 ?支持过零点传输 ?RS纠错编解码和支持CRC16校验 ?全兼容EIA709.2和DL/T-645 ●片上集成嵌入式MCU核
?高性能MCU核 ?4k字节SRAM ?28k字节Flash存储器 ●片上外设： ?主机控制器UART接口--- SoC模式 ?SPI外部控制接口--- Device模式 ?高速flash存储器接口，用于程序代码的烧入 ?看门狗定时器 ●5V单电源供电，片内集成1.8V的线性稳压器为数字核心电路供电●芯片工作温度范围：-40oC~85oC ●LQFP32封装 3.管脚说明
电力线载波通信的特点 一、高压载波路由合理，通道建设投资相对较低 高压电力线路的路由走向沿着终端站到枢纽站，再到调度所，正是电力调度通信所要求的合理路由，并且载波通道建设只需结合加工设备的投入而无须考虑线路投资，因此当之无愧成为电力通信的基本通信方式，尤其在边远地区更是这样。电力线载波通道往往先于变电站完成建设，对于新建电站的通信开通十分有利。为此，只要妥善解决电力线载波信道的容量问题，载波通信的优势就会显现出来。在中压配电网载波和低压用户电网载波中，节省线路建设费用，无须考虑破坏家庭已装修环境，也仍然是载波通信的优势。 二、传输频带受限，传输容量相对较小 在高压电网中，一般考虑到工频谐波及无线电发射干扰电力线载波的通信频带限制于40～500kHz之内，按照单方向占用4kHz带宽计算，理想情况下一条线路可安排115条高频载波通道。但由于电力线路各相之间及变电站之间的跨越衰减有限（13～43dB），不可能理想地按照频谱紧邻的方式安排载波通道，因此，真正组成电力线载波通信网所实现的载波通道是有限的，在当今通信业务已大大开拓的情况下，载波通道的信道容量已成为其进一步应用的“瓶颈”问题。尽管我们在载波频谱的分配上研究了随机插空法、分小区法、分组分段法、频率阻塞法及地图色法和计算机频率分配软件，并且规定不同电压等级的电力线路之间不得搭建高频桥路，使载波频率尽量得以重复使用，但还是不能满足需要。近来随着光纤通信的发展和全数字电力线载波机的出现，稍微缓解了载波频谱的紧张程度。 在10kV中压配电网和低压用户配电网中，除了新上的载波信号之外，不存在其它高频信号，并且一般为多址传输，因此通道容量问题并不突出。 三、可靠性要求高 有两个原因要求电力线载波机具有较高的可靠性，一是在电力系统中传输重要调度信息的需要；另一是电压隔离的人身安全需要。为此，电力线载波机在出厂前必须进行高温老化处理，最终检验必须包含安全性检验项目。为此，国家质检总局从八十年代开始即对电力线载波机（类）产品实行了强制性生产许可证管理[4]。随着时代的进步，目前管理的范围已包括各种电压等级的载波机、继电保护收发信机、载波数据传输装置（如配网自动化和抄表系统的载波部分）和电线上网调制解调器。目前大多数高压及中压电力线载波机生产企业已按照生产许可证的要求建立了较为完善的质量体系。 四、线路噪声大 电力线路作为通信媒介带来的噪声干扰远比电信线路大得多（见图1），在高压电力线路上，游离放电电晕、绝缘子污闪放电、开关操作等产生的噪声比较大，尤其是突发噪声具有较高的电平（见图1）。根据国外资料描述，电力线的噪声特性可分为四种类型： 1、具有平滑功率谱的背景噪声，这种类型噪声的功率谱密度是频率的减函数，如电晕噪声。这种噪声特性可以用带干扰的时变线性滤波模型来描述。 2、脉冲噪声，由开关操作引起，这种噪声与电站操作活动的关系较大。 3、电网频率同步的噪声，主要由整流设备产生。 4、与电网频率无关的窄带干扰，主要由其它电力设备的电磁辐射引起。 一般电晕噪声电平大致为：220kV -25dB；110kV -35dB（带宽为5kHz），在工业区、沿海地区、高海拔地区、新线路、升压线路和绝缘设备存在微小放电的线路上噪声电平还将增
第一章绪论 ●架空明线实用传输频带最高频率可达300 kHz ●对称电缆可达600 kHz ●同轴电缆可达60MHz ●电力线高频通道可达500kHz ●频带平移：上边带话音三角形与调制器输入调制信号的话音三角形方向一致 频带倒置：下边带的话音三角形的方向与输入调制信号话音三角形的方向相反 载波通信的基本过程：一变二分三还原 变，就是用调制器把话音频带变换到高频频带； 分，就是频率分割，即在收信端用滤波器把各路信号从群信号中分割出来； 还原，就是利用解调器把高频频带还原成话音频带。 载波机中必须包括以下几种基本部件： ●(1)调制器(或解调器):实现频率变换。 ●(2)载波振荡器:产生载频信号。 ●(3)滤波器:完成选频与频率分割作用。 ●(4)放大器:提高信号电平。 两种现象： 解决收后重发添加差接系统： 差接系统能把用户方向的二线电路与载波机的收、发信支路的四线电路连接起来，同时能使收信支路与发信支路彼此隔离，切断“收后重发”通路。这是因为差接系统具有信号在邻端方向传输衰减小，对端衰减大的性能。 解决自发自收用以下两个方案： 1、双频带二线制双向通信 所谓双带二线制，指的是在一对通信线路的两个方向上，采用两个不同的线路传输频带，利用方向滤波器把收、发两个方向的线路传输频带分开，切断“自发自收”通路，从而实现双向通信。这种方法主要用在线路传输线对较少的载波通信系统中。如架空明线、电力线载波通信系统中都采用这种通信方式。 2、单边带四线制双向通信 所谓单边带四线制，指的是在线路上收、发信两个传输方向上采用相同的传输频带，而用两对导线（四根导线）来各自传输一个方向的信号，从而切断了“自发自收”通路。这种方法主要用于对称电缆和同轴电缆载波通信系统。 载波机特点与技术要求 ?发信功率较大 ?有较快调节速度和较大调节范围的自动电平调节系统 ?大多是单路机 ?能适应不同电压等级的电力线通信需要 ?具有自动交换系统，并提供优先权配置
宽带电力线载波通讯和智能电网 电力线载波通讯――PLC，是一种通过电线进行数据传输的通信技术。换句话说，PLC是利用现有电网作为信号的传递介质，使电网在传输电力的同时可以进行数据通讯。这种方式能够有效监测和控制电网中的电力设备、仪表以及家用电器。同时，电力线载波技术即插即用，大大提高了生产、工作和生活效率，在很大程度上节约了布线施工成本，而且其稳定、可靠、丰富的资源系统也易于获取。上述种种特点及优势使其相比较其它通讯方式更胜一筹。 目前，电力线载波技术日渐主导电力系统和民用生活的通讯方式。根据载波 频率、载波速率、载波调制方式，行业内部分为两大阵营： 低速窄带阵营采用1～500kHz的频段载波，速率通常在1.5～10Kbps之间，简单的OFDM扩频调制方式； 高速宽带阵营采用1～30MHz的载波频率，速率通常在1～200Mbps之间， 基于成熟的DMT的调制方式。近年来，国内外开始普遍向宽带高速率PLC转移，
表1 宽带载波和窄带载波技术比对表 宽带电力线载波的优势 宽带电力线载波之所以优于窄带电力线载波技术，可从表1的比对中获得一瞥。 不同于传统的OFDM方式，基于OFDM的DMT技术使用自适应载码算法瞬时计算所有子通道中的信噪比，根据其结果动态地为各信道添加负载（从0－bit负载～3或10～bit负载），同时预测下一瞬间的信噪分布并自行学习电网干扰概算，有效规避干扰，优化载波质量，并从根本上降低了宽带载波芯片的功耗，从而做到＜0.9W。 基于宽带电力线载波的智能电网（BPL－AMI） 宽带电力线载波技术诞生伊始，其目的是为了解决最后一公里的问题，并提供高速的互联网接入服务，近年来主要趋向电力设备通信。随着公用事业部门对于信息化改革要求的日益挺进，智能电网的概念也不禁悄然出现。智能电网的应用非常广泛，包括AMR（远程抄表）、负载控制、变压器监控、电能质量远程测量、安全监视、分时费率（TOU）、动态计费和其它各种增值服务等，例如电力线电话和互联网信息服务。 尽管其它各种网络通讯技术在智能电网的实现过程中百家争鸣，但宽带电力线载波技术无论在可行性、最优控制、成本、铺设等诸多因素中更拔头筹。其中最令人瞩目的、也是最重要的一个原因就是宽带电力线载波技术仅仅使用电网中现有的基础网络作为构架，无需另外花费安装和租用线路和设备、主站和主站、中心和局部的网络通讯。同时，宽带电力线载波通信可实现庞大数据稳定可靠的双方向实时传输，为电力公司、甚至物业部门有效规划和管理各种服务提供了便利条件。此外，宽带电力线载波提供足够的带宽，不仅提高了通讯性能，同时确保大范围、全面整合覆盖电网中的节点和设备，在数据流量和稳定性方面，具有窄带电力线窄波不可比拟的优势。 基于宽带电力线载波（BPL）的远程抄表系统 AMR（远程抄表）是智能电网系统中最基本的应用，宽带电力线载波电能表是其实现过程中最重要的环节。 远程抄表（AMR）是把电能表以及其它接入电能表中的仪表（水、煤气）使用量通过电力线传输到数据库服务器，并进行计费和使用量数据分析，也就是说用电（水、煤气）收费将无需依靠人工上门、估算等原始落后的方法来实现。同时供需双方能更好地进行互动，进而提高服务质量，拓展业务渠道。另一方面实时精准的用电数据确保供电部门得到一手的、丰富的信息资料。例如，按使用时
一种适合中国电力网的通信电路一种适合中国电力网的通信电路一、芯片研发背景 电力网是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。而现有的功能仅仅是传输电能，如何利用网络资源潜力，在不影响传输电能的基础上，实现窄带或宽带通信，使之成为继电信、电话、无线通信、****通信之后的又一通信网，是多年来国内外科技人员技术的又一目标。要使电力网成为又一个新的通信网技术手段只有载波通信。 电力线载波通信又分为35KV以上的高压载波通信；10KV配电网的载波通信和民用（400V以下）电力线载波通信。在技术上高压载波通信主要为业内业务通信。由于网络专一性，其简单的数据通信国内外已基本成熟。进入千家万户的民用低压电力网才是最大的通信物理网络。但在该网络上实现通信一直是全世界科技工作者的研究课题。由于在低压电力线上实现通信有许多技术难点：如网络不规范、节点多、隔离多、随机干扰等。也可以说民用电力线路阻抗对通信而言是一个不确定、无规则、随机干扰，网络特性呈拓扑特性的非标准通信网。在技术上带来很大难度，成为通信领域上的一大挑战课题。近10年来，美国、英国、德国、以色列、中国等国的科技人员一直从事这
方面的技术研究与开发。到目前为止，国内外已有一些企业开发出了用于电力线载波通信的产品：如开发的电力线载波抄表系统在技术上取得了可喜的进步和成功，但尚未能符合用户使用要求，由于专用芯片的原因，抄表系统的抄到率最高仅能达到90%左右。尽管如此，目前我国在该方面的技术属先进行列。实践证明用进口通用通信芯片不可能实现我国民用电力网的可靠载波通信。但是随着市场需求和技术的发展，将来的民用电力线载波通信必将成为一个很大的通信网，是众商家瞄准的市场。 在电力线上实现数据通信，人们进行了很多尝试。电力线作为一种通信传输介质，具有可变信号衰减、阻抗调制、脉冲噪声以及等幅振荡波干扰等不利于数据传输的特性。为了排除这些干扰，目前利用电力线进行通信的产品中，主要使用窄带通信方式和扩频通信方式。窄带通信方式价格低廉且较为容易实现，所以在以往的应用中比较普遍。如利用电力线Modem LM1893和ST7536可在电力线上实现数字通信。但这种方式具有许多缺点，它的抗干扰能力比较弱，尽管其****具有较窄的通带，但由于此类接收装置中的滤波器具有高品质因素，瞬间的脉冲噪音会使其产生自干扰，对传输来的信号产生误操作，而使用低品质因
单相智能电表之电力线载波通信 1、研究设计背景 1.1综述 低压电力线载波PLC(Power Line Carrier)通信是以低压配电线(380 V／220 V电力线)作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式。电力线网络是目前覆盖范围最广的网络，有着巨大的潜在利用价值。国外对此研究已有近百年的历史，在理论和技术上有着绝对的优势。我国电力网比较独特，直接利用国外先进技术和产品并不能取得令人满意的效果。目前国内参与低压电力载波通信研究的公司、高校及研究机构日益增多，已经在通信信道的特性分析和建模、关键的调制技术的研究、通信芯片及相应产品的研制和应用、市场化运营及相关法规制定等方面取得了一定的成果。 1.2发展历程及现状 1.2.1 国外发展情况 电力线是最普及、覆盖范围最为广阔的一种物理介质，因此，电力线载波通信作为上一世纪20年代的产物，现在利用电力线高速数据通信技术仍然是国内外许多大公司的热点。 97年英国的Norweb通讯公司和加拿大Nortel(北电网络)利用丌发的数字电力线载波技术，实现了在低压配电网上进行的1Mbit／s的速率数据传输的远程通信，并进行了该技术市场推广。 随后，许多国家研究机构纷纷开展了高速电力线通信技术的研究和开发，产品的传输速率也从1Mbit／s发展到2、14、24Mbit／s甚至更高。 国际各大公司纷纷推出PLC调制解调芯片，其中主要有美国Intellon公司的14、54、85和200Mbit／s芯片，西班牙DS2公司45和200Mbit／s芯片等等。其中以美国Intellon公司的14 Mbit／s芯片应用最为普遍，大部分电力线载波系统都是基于该芯片开发的。 目前，电力线载波通信在欧洲发展比较快，欧盟为促进电力线载波技术发展，在2004年启动了OPERA(Open PLC European Research Alliance)的计划，致力于制定欧洲统一的PLC技术标准，推动大规模的商业化应用，并将PLC作为实现信息化欧洲的重要技术手段。 美国也不甘示弱，在它倡导下成立了“家庭插电联盟”，致力于标准研究，
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/d55102882.html, 浅析电力线载波通信的意义及发展状况 作者：李青波黄肇 来源：《市场周刊·市场版》2017年第07期 摘要：随着我国电力事业的迅速发展，传统的用电抄收管理方式己经不能满足市场需求。本文在大量收集查阅国内外有关远程抄表系统资料、深入用户及用电管理部门广泛调研的基础上，提出了一种采用低压电力线载波通信技术的远程自动抄表系统。该系统具有三层网络结构，即上位机管理系统、集中器和载波电表。重点分析研究了集中器及其与各组成部分的通信。由于我国低压电力线上存在的高削减、高噪声、高变形，必须采用特殊的通信技术。 关键词：电力线载波；集中器；抄表系统 当今世界，作为输送能源的电力线是一个近乎天然、入户率绝对第一的物理网络。而电力线现在的功能仅仅是传送电能，如何利用网络资源潜力，在不影响传输电能的基础上实现窄带通信或宽带通信，使之成为继电信、电话、无线通信和卫星通信之后的又一通信网，是多年来国内外科技人员的又一目标。要使电力网成为一个新的通信网，技术手段只有载波通信。电力线载波通信就是以电力网作为信道，实现数据传递和信息交换。因为电源线路是每个家庭最为普通也是覆盖最为宽广的一种物理媒介，其覆盖面超过有线电视网络甚至电话线路，同时由于利用现有的电力网实现数字通信，可以大大减少通信网建设的费用，因而利用电源线路实现数据通信的技术有着可观的经济效益和应用前景。 电力线载波通信又分为35KV以上的高压载波通信、10KV配电网的载波通信和民用（400V以下）电力线载波通信。在技术上高压载波通信主要为业内业务通信，由于网络专一性，其简单的数据通信在国内外基本成熟，进入千家万户的民用电力网才是最大的通信物理网络。但在该网络上实现通信一直是全世界科技工作者的研究课题。由于低压电力线上实现通信又很多技术难点，如网络不规范、节点多、隔离多、随机干扰等。也可以说民用电力网对通信而言是一个不确定、无规则、网络特性呈拓扑特性的非标准通信网，是通信网络的一大挑战课题。本文研究的对象正是低压电力线通信。 一、低压电力线通信的特点 总的说来，低压电力线信道的特点主要包括下面几个方面的内容： （一）噪声和干扰大 低压电力线网络中，各式各样的家用电器和办公设备产生的噪声和干扰严重污染着电力线通信环境。己有的研究结果表明，噪声的大量存在是实现数据在低压电力线上优质传输的主要障碍之一。现在把各种噪声干扰主要来源归纳为4个方面：（1）可控硅器件和一些电源电路产生的60Hz的倍频谐波（注：美国电力线频率为60Hz）；（2）平滑频谱噪声，其频谱平