基于載波技術的多點溫度測量系統設計

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

關鍵詞：載波通訊；多點溫度測量；網絡協議

1 概述

室內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，有線通訊方式其優點是網絡實時性好、穩定性高、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，節點組網非常方便，成本較低。但無線通訊缺點是穩定性差，實時性低[2]。

采用電力載波通訊方式的溫度測量系統，不用鋪設專用的通訊線纜，利用電網作為數據傳輸的物理通道，可靠性高穩定性好[3]。利用專用的FSK調制解調器可以為網絡定制專用的協議棧，實現多種控制要求。

2 載波系統架構設計

基于載波通訊技術的多點溫度測量系統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、協議處理和外設控制作用[4]。除處理器外系統還包含外圍電路，主要有發送、接收電路，起到數據放大驅動的目的。

HLPLC520F包括有運算處理器和信號數據調制解調器，處理器的功能是處理數據，在發送端將數據經過內部的存儲單元讀取到FSK中，調制解調器將讀取的數據信號轉換為頻率信號，送到數據發送端口。同時處理器還要將接收到的模擬信號經FSK解調之后轉換為數字信息存儲在存儲器內[5]。系統框架圖如下圖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的載波信號，經過濾波電路后送至FSK調制解調器中，轉化為數字信號，并存儲在數據存儲器中。在從站發送數據時，從站將要發送的數據送到FSK進行調制處理，轉換為頻率信號通過發送端的放大電路后送到電力線上，經過電力線傳送后送到主站，完成數據傳送。

3 通訊協議設計

采用了電力載波通訊的主從網絡結構，其通訊協議可以自主設計完成。多點溫度系統采用主從通訊模式，主站負責數據采集與人機交互，從站負責節點的溫度數據采集處理。為提高通訊效率，系統采用一主多從的通訊方式，通訊的發起方為主站，不允許從站發起通訊。數據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送載波數據。

通訊協議數據幀主要分為六個部分，數據幀格式如上圖3所示，第一部分為報文頭部分，數據以9BH開始，作為從站接收載波信號的一段開始信號。數據幀的地址段是一個16位的數據段，最多可以組建65536個節點，這其中要規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個節點，完全滿足室內溫度測量節點數量的需求。數據幀第三部分為控制代碼，控制代碼由兩個位組成，告訴接收數據點后面的代碼是做控制作用還是數據傳輸作用。由于數據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，本系統為了保證數據傳輸的準確性，在校驗部分使用了海明校驗碼校驗方法對數據幀進行校驗，檢查數據在電力線傳送過程中是否出現錯誤。根據海明校驗的原理，26位數據要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據的絕對可靠?；谳d波的通訊網絡要能實現設備接入電網后的自動組網，本系統利用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送數據。如果有從站在時間槽之前占用了數據通訊信道，那么要發送數據的從站智能等到下一個時間槽才能發送數據。ALOHA實現了通訊節點的即插即用，提高系統的實用性能。

4 結束語

傳統的數據通訊組網方式其硬件成本高，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?；陔娏d波的室內多點溫度測量方法實現低成本、高穩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通訊組網設計[J].科技風，2015，10：

47.

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

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