基于電網(wǎng)通訊的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)

洪尉尉　盛蘇飛

摘要：本系統(tǒng)利用電力載波的通訊方式，設(shè)計(jì)一種適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合的帶有數(shù)據(jù)傳輸功能的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。主要包括帶溫度測(cè)量功能的節(jié)點(diǎn)硬件電路，帶電網(wǎng)通訊功能的通訊模塊和專用的通訊協(xié)議。本系統(tǒng)采用的電力載波通訊方式解決了原有多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)布線麻煩的問(wèn)題，靈活性高，成本低。

關(guān)鍵詞：載波；多點(diǎn)溫度測(cè)量；通訊

1 背景

隨著恒溫物流倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)、大棚種植技術(shù)的廣泛普及，恒溫在越來(lái)越多的場(chǎng)合中被應(yīng)用，溫度的控制便成為一個(gè)十分重要的課題。目前，大部分的需要控溫的產(chǎn)所往往采用內(nèi)部懸掛溫度計(jì)，通過(guò)人工去調(diào)節(jié)溫度，這樣就增加了很多的人工成本。

傳感器技術(shù)和單片機(jī)的迅速發(fā)展，使得自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)生了很大變化，對(duì)于環(huán)境溫度測(cè)量的方法也有了很多新的技術(shù)方法。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，新的溫度測(cè)量方法將慢慢取代舊的溫度檢測(cè)方法。市面上現(xiàn)有的溫度測(cè)量技術(shù)主要通過(guò)多路傳輸通道上傳測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，這樣的溫度測(cè)量方式使得布線成本非常高，增加該方案的普及難度。這樣勢(shì)必導(dǎo)致系統(tǒng)布線復(fù)雜、成本增加、故障率高、難于維護(hù)等問(wèn)題。

無(wú)線通訊應(yīng)用在多點(diǎn)溫度檢測(cè)中主要存在穩(wěn)定性差，安全性不好等問(wèn)題，雖然無(wú)線通訊技術(shù)解決了布線的問(wèn)題，但由于無(wú)線通訊的物理特性，在穩(wěn)定性和安全性上不如有線通訊。所以在多點(diǎn)溫度測(cè)量中應(yīng)用較少。

基于電網(wǎng)的通訊在電表自動(dòng)抄表等自動(dòng)化領(lǐng)域中有較多的應(yīng)用，電網(wǎng)通訊是將數(shù)字信號(hào)1和0調(diào)制成兩種不同波型的信號(hào)，一般有幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制，其中頻率調(diào)制的研究最為成熟，在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)通訊技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用與自動(dòng)抄表，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人的電表自動(dòng)讀取。在照明控制領(lǐng)域，電網(wǎng)通訊技術(shù)被用于路燈的幾種控制中，實(shí)現(xiàn)了低成本的組網(wǎng)通訊。在智能家居領(lǐng)域，電網(wǎng)通訊技術(shù)提出了一種有別于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的新型通訊物理層解決方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)研發(fā)主要分為系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)、通訊協(xié)議棧的設(shè)計(jì)三個(gè)部分：

系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)采用HLPLCS520F的載波通訊調(diào)制解調(diào)器，HLPLCS520F采用110KHz頻率作為載波中心頻率，111KHz頻率表示信號(hào)1，109KHz頻率表示信號(hào)0。外部電路的設(shè)計(jì)要基于110KHz頻率。在芯片外圍設(shè)計(jì)發(fā)送電路和接受電路，主要為發(fā)送端的信號(hào)放大電路和接收端的濾波電路。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：

軟件程序主要包含接收數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)驛，命令的選擇提取，系統(tǒng)命令執(zhí)行等。

通訊協(xié)議設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)采用主從式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式，一主多從，為了提高整體網(wǎng)絡(luò)的效率，不允許從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互。報(bào)文頭以9BH開頭，通知電網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，16位地址去掉主機(jī)和廣播地址占用的地址外可以提供65534個(gè)從設(shè)備地址，足以滿足多點(diǎn)溫度測(cè)量需求?？刂贫?位代碼用來(lái)表示后面數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)代碼是信息載體，主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)告訴從設(shè)備要做什么。電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜，為了保證數(shù)據(jù)的正確，采用海明校驗(yàn)的方法對(duì)前面地址段，控制段和數(shù)據(jù)段進(jìn)行校驗(yàn)。

采用基于電網(wǎng)通訊方法設(shè)計(jì)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)可以省去數(shù)字傳輸電纜的鋪設(shè)，還在穩(wěn)定性上更加優(yōu)于無(wú)線通訊。自行設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)還可以對(duì)系統(tǒng)采用自行設(shè)計(jì)的通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)更加自由的功能設(shè)計(jì)。電力載波溫度測(cè)量系統(tǒng)主要包含信號(hào)控制部分和數(shù)據(jù)傳輸部分，系統(tǒng)組成如圖1所示：

硬件部分只要控制部分和信號(hào)交互部分組成，信號(hào)交互部分與調(diào)制解調(diào)器連接，它們之間可以用標(biāo)準(zhǔn)的短距離通訊方式進(jìn)行通訊?？刂撇糠诌€有輸出電路，可與傳感器、控制器直接相連，擴(kuò)寬工程應(yīng)用范圍?？刂齐娐放c溫度傳感器相連，可查詢溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化輸出成載波信號(hào)，通過(guò)發(fā)送電路輸送至電網(wǎng)。核心的調(diào)制方案采用電力載波芯片HLPLCS520F，該芯片使用FSK方式進(jìn)行調(diào)制。HLPLCS520F內(nèi)部架構(gòu)圖如圖2所示：

3 總結(jié)

基于電網(wǎng)通訊的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)利用電網(wǎng)作為通訊介質(zhì)的多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)，將電力線作為通訊網(wǎng)絡(luò)，省去了鋪設(shè)電纜的麻煩，且數(shù)據(jù)保密性好，穩(wěn)定性高。

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