电力线通信实验报告

通信系统原理综合性、设计性实验实验报告
基于单片机的电力线载波通信系统
基于单片机的电力线载波通信系统
摘要：本文提出了利用电力线载波通信芯片ST7538内部集成的调制解调,利用MCS51系列单片机作控制器，利用耦合电路实现利用进行载波通信的目的。

关键词：调制解调、单片机、电力线、
低压电力线载波通信PLC (power line communication) 是利用低压配电网线路进行语音及数字信号传输的一种通信方式。

电力线载波通信的关键就是选用一个性能良好的电力线载波专用MODEM 芯片，电力线载波芯片、电力线接口电路是由单片机控制的。

下面是我们设计的基于A T89S52 和ST7538 组成的FSK 窄带电力线载波通信系统。

一、系统的结构框图及基本工作原理
电力线载波通信系统的构成原理框图如图1所示,它由单片机控制电路、电力线载波调制解调器、电力线接口等组成。

ST7538是一个FSK调制解调芯片，发射时候从微控制器发出的信号经过该芯片调制放大以后通过接口电路耦合到220V的电力线上，从而达到信号发射的目的。

接收的时候，ST7538检测电力线接口上的信号，当有调制信号的时候对信号进行放大、窄带滤波、解调，然后输给微控制器，达到信号接收的目的。

图1电力线载波通信系统原理框图
二、电路的结构与分析
1.图2硬件电路结构
如图2所示，首先控制ST7538的工作模式，如表1所示，通过设定控制寄存器的数值，从而达到选择不同工作模式的目的。

其次，设定ST7538的调制频率，如下表所示，通过设定控制寄存器进行配置,以设置载波芯片的各种特性,如载波频率、波特率等.配置控制寄存器是通过对控制寄存器进行写操作来实现。

我们选定132.5KHz来实现。

2.滤波电路部分
图3 发射滤波电路
发射滤波部分（如图3所示），该电路主要是滤除掺杂在信号中的噪声和伪信号,从而将处理后的信号以较高的效率传输到电力线上.
要的传输干扰频率是发送信号的二次谐波和三次谐波(例如,传输频率为132.15kHz 时,二次谐波和三次谐波分别为265kHz 和
497.15kHz) ;电源稳压器的工频谐波两个中心频率在113MHz的伪音频(这两个伪音频是由用于产生发送信号的直接合成技术产生的) . 所以,我们采用带通滤波器滤除这些不必要的信号.
图4 接收滤波电路
接收滤波部分主要是滤除来自电网中的噪声,这些噪声会降低模块的解调性能. 对于接收电路,选用无源滤波器要优于有源滤波器,这是因为有源滤波器会产生一个与接收信号相当的白噪声. 采用并联谐振电路, 选用二阶无源带通滤波器( C4 , L 2 ,R2) 接收滤波器的频率主要由电容C4,电感L2 和电阻R2 的值决定.
3. 保护电路
在保护电路部分中,为了避免尖峰信号对电路的破坏,采用一个双向稳压管,当电压值等于大于稳压管电压时,稳压管就会短接到地,从而保护接口电路的器件不会被烧坏.火线与零线间的干扰为差模干扰;火线与地线,零线与地线间的为共模干扰. 采用一个双向稳压管只对差模尖峰信号起作用而对共模尖峰信号没作用,当出现共模尖峰信号时就会对电路造成损坏,所以这里采用三个晶体二极管(D1 和D3
为P6KE 6.8A ,D2 为SM6T 6.8A) ,将它们连成星型结构, 对于差模尖峰信号,D1 和D2 构成一个双向稳压管,对于共模尖峰信号,这种星型结构就相当于两个双向稳压管(D1 和D3 ,D2 和D3) .C5作用是将变压器与电力线隔离,过滤电力线上的50/ 60Hz 的信号,阻止低频信号进入电路而使某些高频信号通过,选取X2 型电容,这种电容具有短路保护功能,它在电力线载波通信系统中是不可缺少的,因为万一电容短路, C5 就失去了过滤50/ 60Hz 信号的能力,则接口电路会损坏,危险时还会对靠近的人员造成伤害。

三、系统软件流程图
四、调试分析与结果
单片机发送1K的方波，经过ST7538调制，送到电力线上去，另一端ST7538对电力线上的信号进行检测解调，恢复出1K的方波信号。

五、实验所需的元器件清单
ST7538 2片
A T89S52 2片
1：1低功率变压器2个
电容电感电阻若干
六、实验分工
实验原理图设计：邹青、煜宏
PCB板设计：邹青
做板与零件采购：煜宏
程序编程：伟林
实验调试：邹青、伟林、煜宏
实验报告撰写：煜宏，邹青
七、调试注意问题
在本次实验中,我觉得在软件方面对ST7538应该要特别注意的问题有以下几个方面:
1. 注意保证上电复位时间和顺序。

ST7538 复位时间为5 0 m s ，微处理器上电复位时必须有足长的硬件延时和/ 或软件延时，保证ST7538 可靠复位。

ST7538 可靠复位后，方可对其进行初始化操作。

在本次实验中我们用软件延时!
2.硬件电路一定要接好，每个引脚都要严格按要求接好，零件参数要精确，否则没有波形出来或是出来的波形噪声很大，下面是一个参考电路图。

3. ST7538 内部提供的仅是纯透明的物理层通信协议，当噪声信号混入通信频率时，ST7538 无法区分，它将与有用信号一起被解调。

因此，ST7538 要求用户必须自己编制M A C 层通信协议，以保证通信的可靠性。

4.另外一点就是要好好注意发送时序与接收时序,其实总的来说,ST7538功能已经相当强大,只有注意好时序的写法对其控制是比较容易!
初始化的部分程序:
void Write_reg(ulong a)
{
uchar i,n,h;
REG_DATA=1;
RXTX=0;
for(i=0;i<32;i++)
{
while(CLRT)//高电平的时候一直在等待,直到低电平放数据
{}
if((a<<i)&0x80000000) TXD1=1;//低电平的时候放数据,当其在高电平产生上升沿的时候自动移入数据
else TXD1=0;
while(!CLRT){}//保证到下一次的低电平来才发送下一个数据
}
REG_DATA=0;//当REG_DATA下降沿的时候数据有效
}
}
下面是利用等待WHILE(1)来一步一步地等待与写
void Write_reg(void)
{
REG_DATA=1;
RXTX=0;
delay(10);//随便延时,就是TCC
while(CLRT){}// 23
TXD1=1;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 22
TXD1=1;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 21
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 20
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 19
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 18
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 17
TXD1=1;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 16 主时钟输出频率8M TXD1=0;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 15
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 14
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 13
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 12
TXD1=0;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 11
TXD1=0;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 10
TXD1=0;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 9
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 8
TXD1=1;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 7
TXD1=0;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 6
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 5
TXD1=0;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 4
TXD1=1;
while(!CLRT){}//
while(CLRT){}// 3
TXD1=0;
while(!CLRT){}//0
while(CLRT){}// 2
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 1
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
while(CLRT){}// 0
TXD1=1;
while(!CLRT){}//1
REG_DATA=0;
}
八、参考文献
[1] 何海波,等. 低压电力线载波通信研究与应用现状
[2] 张旭辉,张礼勇. 自适应低压电力线载波通信技术
[3] 李秀霞,赵建平. 基于电力线Modem 的智能家庭控制系统
[4] 张文强,周志杰. 电力线通信技术的发展
[5] 参考网站：/。