基本信息
- 項目名稱：
- 低壓電力線載波通信模塊
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品實現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線上的傳輸功能，系統(tǒng)采用AT89C2051單片機作為主控芯片，采用PL2102電力線載波通訊芯片，實時對從電力線上耦合進來的信號和單片機發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進行解調(diào)和調(diào)制，設計信號放大、濾波電路，將采集載波信號進行大、濾波后經(jīng)過載波芯片的解調(diào)送往單片機，單片機實時對接收的數(shù)據(jù)進行校驗，壓縮編碼，并根據(jù)特定的需要以形式發(fā)送出去。
- 詳細介紹：
- 本作品以低壓電力線載波通訊芯片為基礎，設計制作了一種新型數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。采用國產(chǎn)低壓電力線載波芯片PL2102，以單片機AT89C2051為控制核心，實現(xiàn)對載波通訊芯片的控制和數(shù)據(jù)的處理，實時對從電力線上耦合進來的信號和單片機發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進行解調(diào)和調(diào)制，設計信號放大、濾波路，將采集載波信號進行放大、濾波后經(jīng)過載波芯片的解調(diào)送往單片機，單片機實時對接收的數(shù)據(jù)進行校驗，對接收的數(shù)據(jù)判斷、分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定處理方式，處理結果并進行存儲，通過串口發(fā)送出去。系統(tǒng)包括主控制部分、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)、載波信號發(fā)射接收三個部分。主控制部分主要是2051單片機和最小系統(tǒng)；數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)部分由PL2102載波通訊芯片、低通濾波器組成；載波信號發(fā)射接收部分包括耦合變壓器，電容電感并聯(lián)諧振電路，三極管放大電路。 軟件部分應用單片機C語言實現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能，并加以校驗確保數(shù)據(jù)準確無誤，并通過哈夫曼編碼壓縮要發(fā)送的數(shù)據(jù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計以低壓電力線載波通訊芯片PL2102為基礎，以低壓電力線為載體，實現(xiàn)信號的有效傳輸?shù)囊环N新型數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。設計以單片AT89C2051為控制核心，實現(xiàn)對載波通訊芯片的控制和數(shù)據(jù)的處理，實時對從電力線上耦合進來的信號和單片機發(fā)送給其的數(shù)據(jù)進行解調(diào)和調(diào)制，設計信號放大、濾波路，將采集載波信號進行放大、濾波后經(jīng)過載波芯片的解調(diào)送往單片機，單片機實時對接收的數(shù)據(jù)進行校驗，對接收的數(shù)據(jù)判斷、分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議內(nèi)容確定處理方式，最終對發(fā)送的數(shù)進行赫夫曼編碼并發(fā)送出去，其中赫夫曼編碼算法有實時根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)對各個數(shù)據(jù)編碼長度進行調(diào)整實發(fā)送最少的數(shù)據(jù)而傳送同樣的信息。
科學性、先進性
- 本設計能充分利用現(xiàn)有的電力線資源，即利用電力線進通信，實現(xiàn)信息的傳輸。并且性能穩(wěn)定，價格低廉，響應速度快。模塊化的設計使得本設計在使用時更加靈活方便，不用區(qū)分特定場所，不依賴與任何特殊的軟硬件平臺，只要有普通的工頻220V電的借口即可使用，獨特的硬件電路，使得在低壓電力線載波模塊可在零線、火線上的任意一條線上傳輸信號并且接收載波信號，這就使得在使用時不用區(qū)分插座的方向，操作方便簡單。靈活的軟件設計中遵循了工業(yè)控制中常用的MODBUS通信協(xié)議，這就為工控機的低壓電力線通信提供了可能。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 獨家轉讓
作品可展示的形式
- 圖片,視頻,樣品展示和現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 遍歷近幾年電力載波通信在國內(nèi)電網(wǎng)的使用時因不同地方的電網(wǎng)特性和結構相差很大，且電網(wǎng)環(huán)境相對國外惡劣，因而前期各類的載波模塊在不同程度上出現(xiàn)不穩(wěn)地和傳輸距離不可控。本作品的選用的載波芯片有大量現(xiàn)在在市場上使用的，性能是相當?shù)姆€(wěn)定。本作品在硬件對信息進行直序擴頻半雙工異步調(diào)制解調(diào)，同時運用哈夫曼編碼壓縮法，crc校驗確保和信息傳輸?shù)目煽?、和快速性，同時可以根據(jù)需求添加相應的通信協(xié)議。在物聯(lián)網(wǎng)市值爆發(fā)階段，本作品適用于智能樓宇，工業(yè)監(jiān)控等有電力線且需要低速通信能滿足要求的地方。而且本作品安裝，維護的費用及其低廉。
同類課題研究水平概述
- 國外很早對電力線載波通訊技術進行了研究，多家公司早已推出了自己的電力線載波modem芯片，并制定了電力線載波適用頻率范圍的標準。目前有針對北美洲地區(qū)電網(wǎng)（480Y/277V，208Y/120Vac）的標準頻率范圍100KHz-450KHz和針對歐洲地區(qū)電網(wǎng)（400Y/230Vac）的標準頻率范圍9KHz-150KHz。各家公司在標準頻率范圍下，針對本地區(qū)電網(wǎng)特點，采用各種特定專有技術，設計出各己的電力線載波modem芯片。因而美、德、英等一些國家在智能家居方面已經(jīng)實現(xiàn)了通過電力線聯(lián)接Internet，從而實現(xiàn)只要連接電網(wǎng)即可撥號上網(wǎng)，在工業(yè)上通過電網(wǎng)收集數(shù)據(jù)并傳輸各種信號。由于國外電力線載波modem芯片是針對本地區(qū)電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結構，且一般是針對家庭智能化和工業(yè)自動化而設計，在國內(nèi)使用都難盡人意。而且中國的電網(wǎng)特性、電網(wǎng)結構、居民住宅分布狀況、電力線載波通訊的應用領域等方面與國外有一些不同之處。電力線載波通訊modem芯片的瓶頸作用越來越突出，使國內(nèi)電力線載波通訊市場難以迅速增長，也延緩了用戶對電力線載波通訊技術的認同和接受。 近年來隨著建立在海量信息的采集和傳輸?shù)墓I(yè)自動化，智能家居的發(fā)展要求物體與物體對話實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，因而2009年國家把物聯(lián)網(wǎng)列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。然而要在工廠直至家居內(nèi)建立通信網(wǎng)絡，有線通信鋪線工程浩大，而且容易被人為損壞；同時居民樓已建成，再在墻壁表面拉線，不能讓居民接受。電力載波通信技術能有效解決上述問題，它利用現(xiàn)有交流電源線作為通信線路，省去了不切實際的鋪線工程，優(yōu)勢明顯。近幾年隨著市場的需求，加上國內(nèi)載波企業(yè)對國外電力線載波通訊技術的深入了解，和利用國外先進的現(xiàn)代通訊技術，定制出國內(nèi)電力線載波通訊modem芯片的最佳模式。目前，已有相關公司的一些載波芯片在國內(nèi)市場已經(jīng)有一定的規(guī)模，證明適合國內(nèi)電網(wǎng)結構的載波芯片正在形成和完善，電力載波的應用也將處于井噴階段。 誠然，最終實現(xiàn)電力線無阻通信最核心的技術則是載波芯片本身調(diào)制解調(diào)等技術的突破，本作品是在應用層面通過不同模塊和軟件的有機組合成一個實用的系統(tǒng)。其創(chuàng)新點則是為智能家居、智能樓宇和工業(yè)測控提供一個低成本穩(wěn)定性好的方案，同時引導人們選擇電力線載波通信這也是開始本設計的初衷的。
