基于SC1128的山区电力线载波通信系统设计

摘要 电力线载波通信是将现有电力线路当作介质并进行传输信息的新型通信方式。文中设计了一种能够应用于山区的电力载波通信系统。系统采用SC1128芯片实现信号的调制与解调，由两个或多个SC1128模块构成通信网络，完成各种数据、控制信号的传输。该设计成本低、组网灵活、适用于山区通信建设。
关键词 电力载波通信；SC1128；单片机；山区通信

    电力线载波通信技术广泛应用于照明控制、自动抄表、电力系统遥控遥测等方面，通过当前线路完成数据的传输与控制，既无需重新进行布线，还可以节省系统成本、方便实用。针对偏远山区，建设通信系统成本高，且维护困难的特点，利用固有的电力线作为通信介质是一种理想的选择。但由于电力线加载了幅度较大的50 Hz交流信号及其诸多谐波成分，使得信道环境特殊，这对实现高效通信存在难度。如何以
现有电力线路为介质，实现信息的高速高效传递，目前已经成为研究热点和方向。

1 系统的结构和工作原理
    系统主要研究在山区环境下，利用电力线传输通信和控制信号，结构如图1所示。电力载波控制系统主要包括电力线通信调制解调模块(SC1128模块)、单片机控制模块、串行通信接口、电力线接口等。SC1128芯片是该系统的核心。由电力线的信号传递到SC1128模块，然后再由SC1128模块通过串口和其他系统进行连接。

2 硬件的组成和接口通信原理
2．1 SC112B电力线载波调制解调芯片
    作为专用扩频调制解调器电路，SC1128电力线载波调制解调芯片，由智源利与微电子公司开发研制。其使用直接序列扩频、直接数字频率合成、数字信号处理等全新技术，具有较强的抗衰减和抗干扰性能。
2．2 单片机和SC1128接口电路
    单片机与SC1128芯片的接口电路如图2所示。其中SETCLK是设置时钟输入端，CS是片选输入端，LINE是串行数据输出或输入端，发射数据、接收数据由SR、TX以及SYN进行。SR=1时，电路进入发射状态；SR=0时，电路进入接收状态。在发射状态下，SR端被置高，此时SC1128芯片将发射出同步脉冲信号，单片机便通过TX端将数据同步发出；在接收状态下，SR端被置低，此时SC1128芯片会接收到信号，并产生同步脉冲信号，随后由TX端将数据同步发送到单片机。在这种情况下，当SR为低电平状态，SYN输出也为低电平状态。

2．3 电力线耦合接口电路
    耦合接口电路是SC1128模块与电力线之间的接口电路，可以输入或输出载波信号，同时还可隔离220 V／50 Hz的交流信号。耦合电路如图3所示，主要由瞬时电压抑制器TVS、耦合变压器T与D1、D2箝位二级管等构成，200 V线路一侧的阻抗介于3～30 Ω之间。输入端和浪涌保护二极管相连接，通过电阻隔离和二极管的箝位电路输出到前级滤波电路中。这样，通过耦合进入电力线的波形便类似于正弦波。耦合变压器和C8就构成了LC回路，这样波形就可通过调整C8的值和T1的匝数进行调整。

3 软件设计
    初始化SC1128主要是通过设置寄存器的工作和收发状态，若使用中断，必须和通信进行配合。首先对通信状态进行设置，然后再进行相应中断的开放。在进行收发设置时，首先必须使接收端工作，然后才允许发送端工作，这样则不会导致数据丢失，如图4所示。

4 系统测试
    计算机端经串口发送数据FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，68H，图5(a)为SC1128模块38脚信号波形图。通过扩频调制，耦合到电力线前信号的波形如图5(b)所示，其载波频率是250 kHz。通过波形图，能够得出以下结论：发射的信号通过载波控制终端处理后产生近似正弦波信号，然后发射到电力线上，这保证了信号传输的可靠性。

    经过接收端SC1128模块解调后输出数据为FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，FFH，68H，与发送端一致。

5 结束语
    文中通过电力载波调制解调芯片SC1128，实现了电力线的可靠通信。该系统利用固有的电力线路，成本低、组网灵活，对于山区中，山顶天线和山底相关设备之间的通信匹配良好，具有广泛的应用前景。