基于載波技術的多點溫度測量系統(tǒng)設計

摘 要：載波通訊技術利用電網(wǎng)作為數(shù)據(jù)的通訊載體，不需要架設通訊電纜利用現(xiàn)成的電網(wǎng)即可實現(xiàn)多個節(jié)點的組網(wǎng)。將載波技術用于多點溫度測量系統(tǒng)，能實現(xiàn)在不增加通訊線纜的情況下實現(xiàn)多從節(jié)點的聯(lián)網(wǎng)。本設計以HLPLCS520F為通訊芯片，對室內(nèi)多點溫度測量進行組網(wǎng)。本系統(tǒng)使用方便，只要有插座的地方就可以實現(xiàn)設備即插即用，大大加快項目開發(fā)速度。

關鍵詞：載波通訊；多點溫度測量；網(wǎng)絡協(xié)議

1 概述

室內(nèi)多點溫度測量技術被廣泛的應用于大棚種植，倉儲等應用場合，目前多點溫度測量主要有有線通訊方式和無線通訊方式兩種，有線通訊方式其優(yōu)點是網(wǎng)絡實時性好、穩(wěn)定性高、通訊速度快[1]。但有線通訊方式不可避免的必須鋪設專用的物理通訊信道，其鋪設成本非常高，且后期成本較大。采用無線通訊的方式可以免除鋪設通訊線纜的麻煩，節(jié)點組網(wǎng)非常方便，成本較低。但無線通訊缺點是穩(wěn)定性差，實時性低[2]。

采用電力載波通訊方式的溫度測量系統(tǒng)，不用鋪設專用的通訊線纜，利用電網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?，可靠性高穩(wěn)定性好[3]。利用專用的FSK調制解調器可以為網(wǎng)絡定制專用的協(xié)議棧，實現(xiàn)多種控制要求。

2 載波系統(tǒng)架構設計

基于載波通訊技術的多點溫度測量系統(tǒng)硬件電路主要包括運算處理器和外設電路部分，理控制器和外圍電路。處理器包括一個單片機和一個FSK調制解調器，處理器采用了基于FSK調制方式的HLPLCS520F載波模塊電路，載波模塊的主要作用是載波信號的調制解調、協(xié)議處理和外設控制作用[4]。除處理器外系統(tǒng)還包含外圍電路，主要有發(fā)送、接收電路，起到數(shù)據(jù)放大驅動的目的。

HLPLC520F包括有運算處理器和信號數(shù)據(jù)調制解調器，處理器的功能是處理數(shù)據(jù)，在發(fā)送端將數(shù)據(jù)經(jīng)過內(nèi)部的存儲單元讀取到FSK中，調制解調器將讀取的數(shù)據(jù)信號轉換為頻率信號，送到數(shù)據(jù)發(fā)送端口。同時處理器還要將接收到的模擬信號經(jīng)FSK解調之后轉換為數(shù)字信息存儲在存儲器內(nèi)[5]。系統(tǒng)框架圖如下圖1所示：

從站的工作過程類似于主站，從站外設電路讀取來自電網(wǎng)的載波信號，經(jīng)過濾波電路后送至FSK調制解調器中，轉化為數(shù)字信號，并存儲在數(shù)據(jù)存儲器中。在從站發(fā)送數(shù)據(jù)時，從站將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到FSK進行調制處理，轉換為頻率信號通過發(fā)送端的放大電路后送到電力線上，經(jīng)過電力線傳送后送到主站，完成數(shù)據(jù)傳送。

3 通訊協(xié)議設計

采用了電力載波通訊的主從網(wǎng)絡結構，其通訊協(xié)議可以自主設計完成。多點溫度系統(tǒng)采用主從通訊模式，主站負責數(shù)據(jù)采集與人機交互，從站負責節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)采集處理。為提高通訊效率，系統(tǒng)采用一主多從的通訊方式，通訊的發(fā)起方為主站，不允許從站發(fā)起通訊。數(shù)據(jù)只允許在主從之間進行交互，不允許在從站與從站之間進行通訊。溫度測量主站控制著通訊信道的使用權，從站在主站同意下可以發(fā)送載波數(shù)據(jù)。

通訊協(xié)議數(shù)據(jù)幀主要分為六個部分，數(shù)據(jù)幀格式如上圖3所示，第一部分為報文頭部分，數(shù)據(jù)以9BH開始，作為從站接收載波信號的一段開始信號。數(shù)據(jù)幀的地址段是一個16位的數(shù)據(jù)段，最多可以組建65536個節(jié)點，這其中要規(guī)定兩個地址作為主站的地址和一個廣播的地址，除去這兩個地址后可以提供65534個節(jié)點，完全滿足室內(nèi)溫度測量節(jié)點數(shù)量的需求。數(shù)據(jù)幀第三部分為控制代碼，控制代碼由兩個位組成，告訴接收數(shù)據(jù)點后面的代碼是做控制作用還是數(shù)據(jù)傳輸作用。由于數(shù)據(jù)在電力線上傳輸很容易受到外來的干擾，比如電機的啟動強電流等，本系統(tǒng)為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，在校驗部分使用了海明校驗碼校驗方法對數(shù)據(jù)幀進行校驗，檢查數(shù)據(jù)在電力線傳送過程中是否出現(xiàn)錯誤。根據(jù)海明校驗的原理，26位數(shù)據(jù)要5位校驗碼，可以達到海明距離為3，這樣能檢驗出兩個錯誤位并修正一個位的錯誤。海明校驗方法確保了接收數(shù)據(jù)的絕對可靠?；谳d波的通訊網(wǎng)絡要能實現(xiàn)設備接入電網(wǎng)后的自動組網(wǎng)，本系統(tǒng)利用ALOHA方法將通訊信道按時間分成若干時間槽，在實踐槽開始時站點才能發(fā)送數(shù)據(jù)。如果有從站在時間槽之前占用了數(shù)據(jù)通訊信道，那么要發(fā)送數(shù)據(jù)的從站智能等到下一個時間槽才能發(fā)送數(shù)據(jù)。ALOHA實現(xiàn)了通訊節(jié)點的即插即用，提高系統(tǒng)的實用性能。

4 結束語

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊組網(wǎng)方式其硬件成本高，且后期可更改少，部分通訊還需要繳納一定的軟件使用費用。基于電力載波的室內(nèi)多點溫度測量方法實現(xiàn)低成本、高穩(wěn)定性的多點溫度測量方式。文章所述設計已成功應用于多家公司，效果良好。

參考文獻

[1]陳進熹，朱鴻，丁潔瑾.基于電力載波的樓宇燈光集中控制系統(tǒng)設計[J].照明工程學報，2015，26（05）：57-60.

[2]方進，賀鵬，田定勝.中壓載波信號架空線傳輸模型[J].科技風，2015，2：35-37.

[3]陳進熹.智基于電力載波的PLC通訊組網(wǎng)設計[J].科技風，2015，10：

47.

[4]董珀.智能照明控制系統(tǒng)及其新技術研究[D].上海：東華大學，2010.

[5]陳艷.PLC控制系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡的研究[J].電子技術與軟件工程， 2015，05：63.