基于電網通訊的多點溫度測量系統

洪尉尉　盛蘇飛

摘要：本系統利用電力載波的通訊方式，設計一種適用于不同的應用場合的帶有數據傳輸功能的多點溫度測量系統。主要包括帶溫度測量功能的節點硬件電路，帶電網通訊功能的通訊模塊和專用的通訊協議。本系統采用的電力載波通訊方式解決了原有多點溫度測量系統布線麻煩的問題，靈活性高，成本低。

關鍵詞：載波；多點溫度測量；通訊

1 背景

隨著恒溫物流倉儲技術、大棚種植技術的廣泛普及，恒溫在越來越多的場合中被應用，溫度的控制便成為一個十分重要的課題。目前，大部分的需要控溫的產所往往采用內部懸掛溫度計，通過人工去調節溫度，這樣就增加了很多的人工成本。

傳感器技術和單片機的迅速發展，使得自動檢測領域發生了很大變化，對于環境溫度測量的方法也有了很多新的技術方法。隨著電子信息技術的發展，新的溫度測量方法將慢慢取代舊的溫度檢測方法。市面上現有的溫度測量技術主要通過多路傳輸通道上傳測量的溫度數據，這樣的溫度測量方式使得布線成本非常高，增加該方案的普及難度。這樣勢必導致系統布線復雜、成本增加、故障率高、難于維護等問題。

無線通訊應用在多點溫度檢測中主要存在穩定性差，安全性不好等問題，雖然無線通訊技術解決了布線的問題，但由于無線通訊的物理特性，在穩定性和安全性上不如有線通訊。所以在多點溫度測量中應用較少。

基于電網的通訊在電表自動抄表等自動化領域中有較多的應用，電網通訊是將數字信號1和0調制成兩種不同波型的信號，一般有幅度調制、頻率調制和相位調制，其中頻率調制的研究最為成熟，在電力系統中，電網通訊技術已被廣泛的應用與自動抄表，實現了無人的電表自動讀取。在照明控制領域，電網通訊技術被用于路燈的幾種控制中，實現了低成本的組網通訊。在智能家居領域，電網通訊技術提出了一種有別于無線網絡的新型通訊物理層解決方案。

2 系統設計

本系統研發主要分為系統硬件電路的設計、系統軟件的設計、通訊協議棧的設計三個部分：

系統硬件電路的設計：

系統采用HLPLCS520F的載波通訊調制解調器，HLPLCS520F采用110KHz頻率作為載波中心頻率，111KHz頻率表示信號1，109KHz頻率表示信號0。外部電路的設計要基于110KHz頻率。在芯片外圍設計發送電路和接受電路，主要為發送端的信號放大電路和接收端的濾波電路。

系統軟件設計：

軟件程序主要包含接收數據幀的轉驛，命令的選擇提取，系統命令執行等。

通訊協議設計：

系統采用主從式網絡設計方式，一主多從，為了提高整體網絡的效率，不允許從節點的數據交互。報文頭以9BH開頭，通知電網上的節點接收數據，16位地址去掉主機和廣播地址占用的地址外可以提供65534個從設備地址，足以滿足多點溫度測量需求。控制端2位代碼用來表示后面數據的作用。數據代碼是信息載體，主機通過數據告訴從設備要做什么。電網環境復雜，為了保證數據的正確，采用海明校驗的方法對前面地址段，控制段和數據段進行校驗。

采用基于電網通訊方法設計多點溫度測量系統可以省去數字傳輸電纜的鋪設，還在穩定性上更加優于無線通訊。自行設計的控制系統還可以對系統采用自行設計的通訊協議，實現更加自由的功能設計。電力載波溫度測量系統主要包含信號控制部分和數據傳輸部分，系統組成如圖1所示：

硬件部分只要控制部分和信號交互部分組成，信號交互部分與調制解調器連接，它們之間可以用標準的短距離通訊方式進行通訊。控制部分還有輸出電路，可與傳感器、控制器直接相連，擴寬工程應用范圍。控制電路與溫度傳感器相連，可查詢溫度傳感器的溫度數據，并將其轉化輸出成載波信號，通過發送電路輸送至電網。核心的調制方案采用電力載波芯片HLPLCS520F，該芯片使用FSK方式進行調制。HLPLCS520F內部架構圖如圖2所示：

3 總結

基于電網通訊的多點溫度測量系統利用電網作為通訊介質的多點溫度測量系統，將電力線作為通訊網絡，省去了鋪設電纜的麻煩，且數據保密性好，穩定性高。

參考文獻：

[1]梁波，周生，偉韓云.電力載波技術在用電信息采集系統中的應用[J].電力系統通訊，2013 （02）：7881.

[2]陳進熹.輕型高速船用齒輪箱發展現狀研究[J].船舶工程，2017（06）：2832.

[3]王思彤，袁瑞銘，孫志杰.低壓電力載波技術及其在抄表系統中的應用[J].電測與儀表，2008（03）：3134.

[4]王立城.基于AMI測量參數的電力線通信組網技術[J]. 電測與儀表，2017（21）：4348.

基金項目：2017浙江省大學生新苗計劃2017R452011