城市智能路燈控制系統(電力線載波技術)-資料下載頁

　　

【正文】 余校驗編碼（簡稱CRC16），其占用兩個字節；用23H標識一幀數據的結束。 網絡層 PLCLCP協議中網絡層實現的功能為地址控制和重傳控制。(1) 地址控制：設備自身地址以及接收到幀的源地址由網絡層存儲管理，當接收到的幀的目的地址和設備地址不同時，放棄該幀；通過改變數據幀中的目的地址即可實現三種傳播服務：廣播服務：控制全部燈具，簡稱全控；組播服務：控制一組燈具，簡稱組控；單播服務：(a)控制單燈，簡稱單控；(b)單燈狀態查詢。(2) 重傳服務：PLCLCP協議規定了兩種類型的數據幀：命令幀和應答幀。命令幀由總控器或者主控器向從控器發送，應答幀由從控制器向主控器或者是向主控器向總控器發送。由于電力線信道干擾的影響，在數據傳送的過程中不可避免的會出現數據幀位錯和在限定的時間里未收到應答的情況，這時需要重傳相應的數據幀，具體的形式見下圖所示。 圖43 出錯重傳形式網絡層協議內容格式如下： 表—1 網絡層協議格式NPDUHAPDUDAPLSAPTRCAPDU PL(Packet Length)：數據包長度，占用8位（一個字節），從DA開始到APDU(包 括在內)的字節長度； DS/SA(Destination Address/Source Address)：接收方地址/發送方地址，占用3個字節，具體規定見PLCLCP結構圖。三種傳播服務的實現：全控：為了避免由于燈具全開給電網造成沖擊和從控器收到兩次執行相同動作的命令，在執行全控命令時，通過組控方式實現；組控：在總控器實現某組燈具全開或全關時，通過首先向改組主控器發送命令，由主控器發送含有接收方地址為XXFFFFH(XX為01—FE中的一個值)的命令，屬于該主控器的的從控器在收到該命令幀后，執行全開或全關命令。單播服務：總控器給燈具所在的主控器發送命令幀，接收方地址為XX0000H，XX為01—FE中的一個值，然后由主控器將該命令解釋后給燈具所在的中斷控制器發送命令幀，接收方地址為XXYYYZH，XX為01—FE中的一個值，YYY為001—FFE中的一個值，Z為0表示對從控器所控制的等進行控制或者查詢，Z為1表示對從控器控制的1號燈進行控制/查詢 ，Z為2表示對從控器多控制的2號燈進行控制/查詢，從控制器負責解釋并執行該命令。PT(Packet Type)：數據幀類型，占用4bits，如果該數據幀為命令幀，PT為0000(B)，如果為傳輸成功應答幀，PT為0001(B)，如果為傳輸失敗應答幀，PT為0010(B)。RC(Retransmission Count)：重傳計數器，占4bits。對于總控器和主控器，RC初始值為0001(B)，當傳輸出現錯誤或者超時，RC增加1，RC最大值不超過0011(B)；對于分控器，其RC值始終為0001(B)。表—2 設備地址表總控器地址主控器地址從控器地址燈地址000000H010000H010010H010011H010012H010020H010021H010022H....01FFEH01FFE1H01FFE2H020000H020010H020011H020012H020020H020021H020022H....02FFE0H02FFE1H02FFE2H.........FE0000HFE0010HFE0011HFE0012HFE0020HFE0021HFE0022H....FEFFE0HFEFFE1HFEFFE2HAPDU(Application Layer Protocol Data Unit)：應用層協議單元，詳見應用層部分。 應用層應用層是向應用程序提供服務的，總控器通過應用程序實現燈具的開關控制和總控器對主控器進行校時。應用層格式：APDUHMOAPDUH(Application Layer Protocol Data Unit Header)：應用層協議單元頭。MO(Message Option)：信息選擇項，根據數據幀的不同而改變。APDU具體格式見下：ALCCDATA(a)命令幀格式ALCCCSACKRE_DATAAL(APDU Length)：APDU單元長度，即AL(包括在內)到DATA或者RE_DATA（包括在內）的長度占一字節；CC(Command Code)：控制碼。占一個字節，（1）校時控制碼為11H，(2)組控控制碼為22H，(3)總控器發出的單控控制碼44H，(4)主控器發出的單控控制碼為88H，(5)總控器發出的但等查詢控制碼為99H，(6)主控器發出的單燈查詢控制碼為AAH；DATA：數據信息，所占字節根據控制碼的不同而改變：（1）如果是校時控制碼，DATA內容為妙、分、時、日、月、年、周，占七字節，其中周日—周六對應06；（2）如果是主控的控制碼，DATA占一個字節，數值為00FFH，00H對應燈具關，FFH對應燈具開，01FEH備用，可用于調整燈光亮度；(3)如果是總控器發出的單控控制碼，DATA占三個字節，第一個字節數值為00FFH，00H對應燈具關，FFH對應燈具開，01FEH備用，第二和第三個字節為某分控器下燈地址的后兩個字節YYYZ(YYY范圍：001FFEH，Z為0，1，2)，例如某燈地址為020042H，則YYYZ為0042H；（4）如果是主控器發出的單控控制碼，DATA占一個字節，數值為00FFH，00H對應燈具關，FFH對應燈具開，01FEH備用；（5）如果是總控器發出的單燈查詢控制碼，DATA占兩個字節，為某從控站下燈地址的后兩個字節YYYZ(YYY范圍：001—FFEH，Z為0，1，2)；(6)如果是主控器發出的單燈查詢控制碼，數據幀不包含DATA部分；CCC(Command Code Copy)：控制碼的復制，用于應答幀，與命令幀的控制碼相對應。SACK(Successful Acknowledge)：命令得到執行，占一個字節，用EEH表示；RE_DATA：應答數據信息，所占字節與控制碼相對應，（1）—（4）情況時，RE_DATA與其相應的命令幀中的DATA一致，（5）情況時，RE_DATA占三個字節，前兩個字節與相應的DATA一致，第三個字節數值為00~FFH，00H對應燈具關，FFH對應燈具開，01FEH備用；(6)情況時，RE_DATA占一個字節，數值為00—FFH，00H對應燈具關，FFH對應燈具開，01FEH備用。 PL3106載波通信軟件設計 載波通信模塊使能PL3106內部集成了PL2102電力載波通訊模塊，該模塊是專為電力線通訊網絡設計的半雙工異步調制解調器。PL3106將該模塊內嵌后，使得載波通訊的抗干擾能力有了巨大提高。 載波通信采用直序擴頻的DPSK調制解調時：將要發送的信息用偽隨機碼序列擴展到較寬的頻帶上，在接收端用同樣的偽隨機碼序列來進行解擴，恢復信息。接收的過程包括載波信號的捕獲和同步，這一部分通過芯片內部自動實現。由于PL3106的CPU和載波接收模塊內嵌，使得PL3106的載波通訊控制可以通過配置寄存器來實現。相應的寄存器見相應的表格。內嵌的CPU使用外部中斷2（INT2），為同步接收中斷，解釋如下： 使能INT2中斷（EX2=1），且為邊沿觸發方式（IT2=0）。 使能載波通訊PLM_SSC()=1，此時INT2作為載波的同步通訊中斷，不能再作為外部中斷2。 載波收發控制位PLM_RS()=1。載波處于發送狀態； 載波收發控制位PLM_RS()=0。載波處于接收狀態。 注意：如果MCU進入的是STOP狀態，INT2的觸發方式必須被設置成電平觸發（IT2 = 0）才能喚醒MCU。 載波通信配置流程寄存器PLM_RS(91h)載波復位發送寄存器Read/WriteBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0D7D6D5D4D3D2D1D0Reset00000000注解：該寄存器是用于防止因某些意外原因導致載波通訊模塊長時間處于發送狀態，使整個通訊系統處于失控狀態而設置的。它是一個13位計數器，該計數器復位值為1FFFH，當載波通訊模塊處于發送狀態時，該計數器以fosc/256的速度遞減，當計數器減到0時，載波發送模式被強制返回接收態。在由發送態轉到接收狀態時，該計數器停止工作，直到再次進入發送態。當確實需要使載波通訊模塊長時間處于發送態時，必須在該計數器未減到0前進行復位操作，即向PLM_RST寄存器寫入“A2H”，計數器自動復位。 EXT_CFG(D8H)外部配置寄存器Read/WriteBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0ADCPWMLE/CDIRACQIR38KPLM_SSCReset0000000 注解：PLM_SSC = 1 載波通訊功能使能； PLM_SSC = 0 載波通訊功能關閉； 其他位不用于載波通訊使能控制。 EXT_CTRL外部控制寄存器Read/WriteBIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0——CHG————_——TCKSELPLM_RSReset——0————————00注解：PLM_RS = 1載波處于發送態； PLM_RS = 0載波處于接收態； 其他位不用于載波收發控制。 PL3106載波通信接收和發送程序設計 載波通信為總線方式通信，所以載波模塊的常態必須設置為接收態。由于不同的節點具有不同的通信地址，在接收到校驗正確的命令后，只有地址相同的模塊才允許按通信協議進行應答。為提高CPU效率，接收和發送為外部中斷方式處理，每次進入中斷完成對一位數據的接收或發送處理。 載波發送程序載波發送程序用于載波通信的節點發出命令或接收方的應答。置為載波發送態時，載波通信控制單元發送完1位的擴頻數據后自動產生一次中斷，允許下一位發送。進入載波中斷后，首先判斷載波收發控制位PLM_RS的狀態，如果PLM_RS=1則進入載波發送程序。為了防止由于意外原因導致載波通信模塊長期處于發送狀態，PL3106芯片內置了一個13位的計數器。當處于載波發送狀態時，計數器中的數值每fosc/256自動減1。當計數器溢出后，系統強制將載波通信模塊設置為接收狀態。當向載波發送復位寄存器PLM_RST寫入“A2”后，計數器復位成1FFF。因此，當系統需要連續進行載波發送時，需要及時向PLM_RST寫入“A2”，避免自動復位提前進入載波接收狀態。 。載波通信控制單元解擴出一位數據后產生一次中斷，接收時首先采用16位接收窗口、1位滑動方式來接收通信的同步幀頭09AF，幀頭接收成功后，后續數據安每8為一個字節的方式進行截取，得到傳送的有效數據。接收過程中按通信協議進行地址判別、長度接收、校驗計算。地址相同的節點對符合通信協議的數據進行應答，轉入發送態。 主、從控制器程序設計主控器的程序主要是與總控器通信，以及從總控器獲得信息，并將信息反饋回總控器，發送到電力線信道上。而從控器則是從電力線上獲得載波信號，然后通過PL3106芯片內部解擴，由內嵌的8051單片機進行部分數據處理，然后將處理結果通過串行口發送到路燈驅動控制單元。從控器程序主要包括初始化程序、載波通信程序、命令處理程序、自運行程序等。初始化程序模塊完成載波通信使能、時間初始化、地址設定等，載波通信程序與總控器載波通信一致。結論本課題所設計的是基于電力線擴頻通信的市政路燈監控系統，在實驗中，雖然該系統表現了一定的抗干擾能力、多徑抑制能力和多址通信能力，但是也暴露了很多問題。本文總結本文對電力線載波通信技術在照明控制系統中的應用作了一些探索，主要研究內容如下：1. 分析了電力線載波通信信道特性，給出了電力線載波通信信道模型。電力線信道本身的電氣特性是電力線載波通信研究工作的基礎，本文根據國內外研究者測得的電力線信道的數據，對電力線特性作了分析，并給出了電力線載波通信的信道模型。2. 對擴頻通信技術進行了介紹，并選擇了適合我國低壓電力線信道特性的載波芯片 介紹了電力線載波通信技術常用的調制解調技術，并介紹了本文采用的擴頻技術的常用方式，根據調制的特性結合我國低壓電力信道的特點，選擇出適合我國低壓電力線載波通信的芯片——由北京福星曉程公司研制、生產的PL3106。 。根據選擇出來的芯片，設計了城市照明控制系統的具體實現電路；采用了具有四層結構的照明控制系統通信協議PLCLCP，采用匯編語言實現了PLCLCP協議，開發了照明控制系統軟件。工作展望本文研究了電力線載波通信技術以及其在在照明控制系統中的應用。但是發現仍存在一些問題和不足之處，需要在今后的工作中進一步研究和完善：，不同地方的電力線信道特性差異較大，需要對電力線信道特性的差別很大，需要對電力線信道特性做進一步的分析研究。如果想要建立一套可以通用的電力線信道模型，則應該像歐美國家一樣，對接入電力網的負載進行嚴格要求。，通信距離比較近，并且沒有在用電高峰期進行測試，在高噪聲的情況下通信距離相應會減少，這就需要考慮采用中繼器或者其他方式延長信號傳輸距離。