CEWayPL-III电力线载波模块及其应用

    摘 要：介绍一种电力线载波模块CEWay PL-III的电力线载波收发器及其在所设计的远程抄表系统中的应用。由其构成的远抄系统可靠性高，误码率低，便于组网，所以很有使用价值。

    关键词： 电力线载波 扩频通信 CEBus标准

    目前，电能表远程抄表及远控系统越来越受到电力部门的重视。其远抄远控系统的关键技术之一为数据的传远，通过电力线载波通信传远有着无可比拟的优势，比如，采用原有的电力线作为通信媒质，节省大量的人力、物力和财力资源；电力线遍布城乡，组网方便；所采用的扩频技术具有很强的抗干扰和抗衰减能力等等。这些优点使得这种通信方式很有发展前途。

    目前已有几种用于电力线载波通信的模块或产品，但总的来说通信的可靠性较差。本文采用一种新器件CEWay PL-III，其内部有CEBus标准的物理层和数据链路层，联网非常方便，用它实现电力线载波通信收发器，用于电能远方抄表系统具有通信可靠性高，误码率低等优点。

    １ CEWay PL-III简介

    1.1 CEWay PL-III特性

    · CEBus电力线物理层

    · 以电力线为传输媒介的物理和编码子层

    · CEBus数据链路层

    · 在强干扰下，DSP能改善信号质量

    · 应答、非应答，地址、非地址服务

    · 串行或并行接口

    · 最多27组地址

    · 32管脚PLCC封装

    · 工业级温度范围

    1.2 CEWay PL-III的功能

    PL-III的功能框图如图1所示。CEWay PL-III 主要引脚及其说明如表１所示。

     ２ 电力线载波收发器硬件组成及其工作原理

    2.1 载波收发器硬件构成

    载波收发器构成框图如图２所示。为了上层协议和应用的需要，采用单片机89C2051作为载波收发器的主处理器，完成对PL-III的控制并与上位机或下位机的通信。

    2.2 工作原理

    载波收发器有三种工作状态：主处理器与电能表通信状态、主处理器与PL-III通信状态、准备状态。下面就这三种状态来说明系统的工作原理。

    · 主处理器与电能表通信状态

    在这种状态下,主处理器一方面接收来自智能多用户电能表的各户用电量数据，另一方面把接收到的控制信息如购电量、断电警示等送给电能表，电能表再根据这些信息进行相应的动作。

    · 主处理器与PL-III通信状态

    主处理器要向PL-III发送数据时，它先把要发送的数据按照规定的格式进行封装，成帧后，经P1口发送给PL-III。PL-III把收到的帧存入RAM中的发送缓冲区，如果线路空闲的话，就对数据进行编码、扩频、调制，再输出到前级放大器上进行电压放大。同时，从CEBAM输出一个控制信号，打开功放并使开关接通发送端，这样经过放大的信号就被送到滤波器进行滤波，之后，由耦合电路耦合到电力线上。

    当PL-III不向电力线上发送数据时，电子开关Ｋ与接收端接通。这时，电力线上的电能载波信号经耦合电路耦合过来，经过带通滤波器滤波、限幅去干扰送到PL-III的接收端。在PL-III内部把这扩频调制信号解调解扩、译码，DSP再对之进行纠错，然后由数据链路层送入RAM中的接收缓冲区。如果主处理器发出接收数据请求，那么，PL-III产生响应，把数据从RAM中取出来，经I/O口送到主处理器去。主处理器首先判断这组数据或控制命令是否是发给它的，如果是就接收，否则就再把它发出去。

    · 准备状态

    当系统所处的状态不是前两种时，那就是准备状态。在这种状态下，PL-III接收电力线上的信号，经过处理，存入RAM中的接收缓冲区。当接收帧的数目超过10组时，原来的帧将会被新的帧所覆盖。

    ３ 载波收发器通信协议与软件

    3.1 数据格式与通信协议

    主处理器与PL-III的通信状态是由两个控制线(即初始形式)来决定的，对应关系如表2所示。

    不管主处理器处于何种通信状态，数据传输的格式是一样的。数据帧传输的格式如下所示：

    发送方：数据线＜初始标识＞＜数据段＞＜和校验＞＜接受校验状态＞

    控制线＜初始形式＞＜00＞＜无关＞

    接受方：数据线＜接收发送方输出的数据＞＜发送校验状态＞

    控制线＜接收发送方输出的控制信息＞＜无关＞

    数据帧要遵循一定的协议，具体的协议如表３、表４所示。

    3.2 时序与主流程图

    主处理器与PL-III通信过程分成三个阶段：同步阶段，发送阶段，校验阶段。通信的时序如图３所示。

    主程序框图如图４所示。

    ４ 电能表远抄集中管理系统的构成

    电能表远抄集中管理系统的构成如图５所示。该系统中多用户电能表是一种新型电子式电能表，它具有计量、通信等功能。电能表远抄集中管理由PC计算机完成。管理计算机与多用户电能表通讯通过电力线载波和公用电话网完成。电力线载波收发器由CEWay PL-III等器件构成，它是本文重点介绍的内容。

    ５ 实验结果

    我们在几种不同的环境下对载波收发器进行了测试，取得了比较满意的结果。依照CEBus标准编制的程序，在传输过程中，没有发现误码的存在。不同的测试环境下，数据通信成功的平均帧延迟时间与平均通信距离较大。表５是我们在非用电高峰期得到的测试结果。干扰强度与负载吸收是影响通信距离的两个主要因素。