基于SC1128的山区电力线载波通信系统设计

樊玉凤，覃远年

(1.桂林电子科技大学现代教育中心，广西 桂林 541004;2.桂林电子科技大学信息与通信学院，广西 桂林 541004)

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［1－2］，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［3－4］。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［5－6］。

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［7－8］。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。

图1 系统组成结构

2 硬件的组成和接口通信原理

2.1 SC1128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［9］。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。

图2 SC1128与单片机的连接

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［10］。

图3 耦合电路

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。

图4 程序流程图

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。

图5 测试结果示意图

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。

［1］宁靖，朱志杰.基于电力载波通信智能电能表设计［J］.计算机系统应用，2011，20(11):199 －203.

［2］姜思羽.基于电力载波通信技术的家电智能化平台设计［C］.第十三届中国科协年会第11分会场－中国智慧城市论坛论文集，2011:534－540.

［3］汪义旺，张波，吴铄.基于电力载波通信的LED隧道照明控制器设计［J］.电源技术，2008，35(8):985 －987.

［4］冯蓉珍.基于电力载波通信的远程路灯监控系统设计［J］.电力系统通信，2010，31(16):65 －69.

［5］罗文亮，柯熙政，李欣.电力载波通信中强背景噪声下弱信号的混沌振子检测方法［J］.量子电子学报，2010，18(21):123－125.

［6］刘继军.国内电力载波通信芯片技术及市场［J］.电器工业，2012，13(8):61 －65.

［7］钱明明，杨顺.基于SC1128的电力线载波控制系统设计［J］.四川理工学院学报:自然科学版，2008，21(5):92－94.

［8］陈欣，贺良华，王典洪.一种基于SC1128的扩频通信电路［J］.汕头大学学报:自然科学版，2004，19(4):49 －54.

［9］李鹏，张春业，韩旭东.扩频通信芯片—SC1128［J］.电子测量技术，2004(5):85－86.

［10］智源利和微电子技术有限公司.SC1128扩频通信芯片应用设计手册［M］.北京:北京智源利和微电子技术有限公司，2003.