基本信息
- 项目名称：
- 低压电力线载波通信模块
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品实现数据在电力线上的传输功能，系统采用AT89C2051单片机作为主控芯片，采用PL2102电力线载波通讯芯片，实时对从电力线上耦合进来的信号和单片机发送给其的数据进行解调和调制，设计信号放大、滤波电路，将采集载波信号进行大、滤波后经过载波芯片的解调送往单片机，单片机实时对接收的数据进行校验，压缩编码，并根据特定的需要以形式发送出去。
- 详细介绍：
- 本作品以低压电力线载波通讯芯片为基础，设计制作了一种新型数据传输系统。采用国产低压电力线载波芯片PL2102，以单片机AT89C2051为控制核心，实现对载波通讯芯片的控制和数据的处理，实时对从电力线上耦合进来的信号和单片机发送给其的数据进行解调和调制，设计信号放大、滤波路，将采集载波信号进行放大、滤波后经过载波芯片的解调送往单片机，单片机实时对接收的数据进行校验，对接收的数据判断、分析，并根据数据内容确定处理方式，处理结果并进行存储，通过串口发送出去。系统包括主控制部分、数据调制解调、载波信号发射接收三个部分。主控制部分主要是2051单片机和最小系统；数据调制解调部分由PL2102载波通讯芯片、低通滤波器组成；载波信号发射接收部分包括耦合变压器，电容电感并联谐振电路，三极管放大电路。 软件部分应用单片机C语言实现系统的全部控制功能，并加以校验确保数据准确无误，并通过哈夫曼编码压缩要发送的数据。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计以低压电力线载波通讯芯片PL2102为基础，以低压电力线为载体，实现信号的有效传输的一种新型数据传输系统。设计以单片AT89C2051为控制核心，实现对载波通讯芯片的控制和数据的处理，实时对从电力线上耦合进来的信号和单片机发送给其的数据进行解调和调制，设计信号放大、滤波路，将采集载波信号进行放大、滤波后经过载波芯片的解调送往单片机，单片机实时对接收的数据进行校验，对接收的数据判断、分析，并根据数据协议内容确定处理方式，最终对发送的数进行赫夫曼编码并发送出去，其中赫夫曼编码算法有实时根据发送的数据对各个数据编码长度进行调整实发送最少的数据而传送同样的信息。
科学性、先进性
- 本设计能充分利用现有的电力线资源，即利用电力线进通信，实现信息的传输。并且性能稳定，价格低廉，响应速度快。模块化的设计使得本设计在使用时更加灵活方便，不用区分特定场所，不依赖与任何特殊的软硬件平台，只要有普通的工频220V电的借口即可使用，独特的硬件电路，使得在低压电力线载波模块可在零线、火线上的任意一条线上传输信号并且接收载波信号，这就使得在使用时不用区分插座的方向，操作方便简单。灵活的软件设计中遵循了工业控制中常用的MODBUS通信协议，这就为工控机的低压电力线通信提供了可能。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 独家转让
作品可展示的形式
- 图片,视频,样品展示和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 遍历近几年电力载波通信在国内电网的使用时因不同地方的电网特性和结构相差很大，且电网环境相对国外恶劣，因而前期各类的载波模块在不同程度上出现不稳地和传输距离不可控。本作品的选用的载波芯片有大量现在在市场上使用的，性能是相当的稳定。本作品在硬件对信息进行直序扩频半双工异步调制解调，同时运用哈夫曼编码压缩法，crc校验确保和信息传输的可靠、和快速性，同时可以根据需求添加相应的通信协议。在物联网市值爆发阶段，本作品适用于智能楼宇，工业监控等有电力线且需要低速通信能满足要求的地方。而且本作品安装，维护的费用及其低廉。
同类课题研究水平概述
- 国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司早已推出了自己的电力线载波modem芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美洲地区电网（480Y/277V，208Y/120Vac）的标准频率范围100KHz-450KHz和针对欧洲地区电网（400Y/230Vac）的标准频率范围9KHz-150KHz。各家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采用各种特定专有技术，设计出各己的电力线载波modem芯片。因而美、德、英等一些国家在智能家居方面已经实现了通过电力线联接Internet，从而实现只要连接电网即可拨号上网，在工业上通过电网收集数据并传输各种信号。由于国外电力线载波modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构，且一般是针对家庭智能化和工业自动化而设计，在国内使用都难尽人意。而且中国的电网特性、电网结构、居民住宅分布状况、电力线载波通讯的应用领域等方面与国外有一些不同之处。电力线载波通讯modem芯片的瓶颈作用越来越突出，使国内电力线载波通讯市场难以迅速增长，也延缓了用户对电力线载波通讯技术的认同和接受。 近年来随着建立在海量信息的采集和传输的工业自动化，智能家居的发展要求物体与物体对话实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，因而2009年国家把物联网列为国家五大新兴战略性产业之一。然而要在工厂直至家居内建立通信网络，有线通信铺线工程浩大，而且容易被人为损坏；同时居民楼已建成，再在墙壁表面拉线，不能让居民接受。电力载波通信技术能有效解决上述问题，它利用现有交流电源线作为通信线路，省去了不切实际的铺线工程，优势明显。近几年随着市场的需求，加上国内载波企业对国外电力线载波通讯技术的深入了解，和利用国外先进的现代通讯技术，定制出国内电力线载波通讯modem芯片的最佳模式。目前，已有相关公司的一些载波芯片在国内市场已经有一定的规模，证明适合国内电网结构的载波芯片正在形成和完善，电力载波的应用也将处于井喷阶段。 诚然，最终实现电力线无阻通信最核心的技术则是载波芯片本身调制解调等技术的突破，本作品是在应用层面通过不同模块和软件的有机组合成一个实用的系统。其创新点则是为智能家居、智能楼宇和工业测控提供一个低成本稳定性好的方案，同时引导人们选择电力线载波通信这也是开始本设计的初衷的。
