SSCP200PL在网络数据传输和信息家电中的应用

    摘要：介绍了Intellon公司的SSC P200 PL网络接口控制器的功能和工作原理，并设计了基于P200电力线载波模块，给出了在网络数据和信息家电中的应用实例和实验结果。

    关键词：电线线载波 CEBus标准

用现有和电力线（PL）进行信的传送，无需额外的通讯外电缆，实现遥测、遥控等功能，可以节约大量的人务、物力和财力。尤其在一对多的控制系统中，不但省去了冗繁的接线，也增加了系统的可靠性和维护的便利性。Intellon公司符合CEBus标准的SSC P200是利用Chirps扫描频率进行波对信号实施扩频。由于扩频技术可以有效抑制干扰和噪声，所以在速度、抗干扰性、可靠性及价格等方面具有较大优势，被广泛地应用于包括家庭内部网络、水电费管理、通讯和安全保卫系统等工程项目中。同时SSC P200对于双绞线和直流电供电系统也提供了低廉而性能优异的网络接口。

1 P200的工作原理和特点

Intellon公司的P200网络接口控制器具有如下特点：

适用于与CEBus兼容的低价位产品；

提供于与CEBus兼容的低价位产品；

提供EIA－600标准中数据链路层的服务；

提供EIA－600标准中物理层的收发器；

提供SPI（串行外围接口）的主处理器接口；

＋5V供电；

为20针的SOIC封装。

图1（a）为P200的管脚图，图1（b）给出了P200网络接口控制器的节点方框图。P200提供了通讯中的数据链路功能和物理层的协议服务。主处理器负载将命令和数据翻译过来提供给用户使用，并执行头尾相接的协议功能。模拟数据是通过信号输入（SI）与信号输出脚（SO）在电力线与P200之间进行传输的。而输出信号的放大和滤、输入信号的滤波的与电力线的耦合则需由外部分元件来完成。

模拟通讯信号首先从其SI脚进入SSC P200，然后被缓存放大器（Amp）所放大。放大后的信通过A／D转化成为数字信号，以便于对信号进行数字信处理。对输入信号的数字信号处理包括一个配套的滤波相关器以检测扩频“ghirps”的波形，而载体检测和媒介状态信息则被从DSP电路传输到数据链路层（DLL）的微处理器，以便于将分组解码，协议功能和最终的分组传输到主处理器。

将欲发送的分组先从主处理器传输到内部的DLL微处理器，而DLL微处理器则将数据传输给DSP功能块。DSP可产生扩频载波“（chirps）”的模拟波形。当三态信号被置为主时，此波形经缓存后从SO脚输出，经功率放大模块（如PLL）和变器等耦合到电力线上。

2 P200与主处理器的接口

P200与主处理器的接口（如图2所示）是由一个使用5线的串行外围接口SPL实现的。主处理器提供低电平有效的复位（REST）信号。主处理器选用了AT89C2051，以P200的M时钟输出作为单片机的晶振时钟输入。考虑到一般性，主处理器通过UART接口与其它CPU联系。在主处理器和SSC P200之间是由一简单的协议来支持命令和数据的传输。这些命令和数据包括将要发送的分组、已接收到的分组和状态及设置信息，另外P200和P111之间的接口电路（此处省略）以及程序框图和信号时序等详细情况请参见文献[2]。

3 典型应用

3.1 用P200实现基于PC机的“BBS”系统

为了直观地检测P200电力载波的接收正确率，我们设计了一个用P200实现基于PC机的“BBS”系统，如图3所示。即一个PC机通过串口将数据发送至P200电力线载波模块的主处理器，再通过电力线和另一组电力线载波模块将数据传递给另一台PC机，并在屏幕上显示出来。从一台PC上向另一台PC呼叫，则可以实现双方在线半双工对话。PC的界面和串口通讯通过VC、Delphi和VB等编程语言很容易实现。这里电平转换是用来解决PC机RS232电平与P200电力线载波模块主处理器UART电平的不兼容问题。

如果从PC端发出的数据遵循某种规律如递增／减），则在另一台PC的终端可以检测出接收数据的成功率。如果PC机有两个串口，则可在同一台机器上进行测试。在如图3的系统中，我们对150米的电力线进行测试，结果表明：在未加干扰源的情况下，对2000组数据进行测试，通讯成功率为100％；在发送端和接收端控制1.3kW的电机频繁启停的情况下，对2000组数据的测试得出通讯成功率为99.95％，即仅有一组数未收到。

3.2 采用P200作为电力线载波模块的智能信息家电控制系统

电力线载波可以很好地应用于组建家庭信息家电网络，这样可以通过电话线路或Internet对家电等设备进行远程遥控。由于家庭的特殊性，采用电缆连接的方式更有助于家庭的使用，这一方面节省了额外的接线施工，也便于厂家和销售单位的售后服务及维修。图4给出了智能信息家电控制系统的网络拓扑图。用户或维修单位可通过电话或Internet登录到家庭网关，并发出相应的运行呈检测命令，该命令被网关接收到后，通过P200的电力线载波模块发送到电力线上，各网络家电的控制器上均有电力线载波的收发模块，通过唯一标识的地址码可以解析出命令的含义。各家电的主控制器根据相应的命令来控制家电的行为或给出当前的运行状况和故障信息。例如，如果用户离家时忘记关闭了某种家电，可以打电话或通过Internet将其关闭；在用户下班回家时，可以预先控制家电开启，以便回到家中，即刻可以进餐并享受舒适的室温环境。

4 需要注意的问题

为了顺利地将P200应用于实践，我们总结了如下几个需要注意的问题。

4.1 元器件的选择

在元器件的选用方面，应根据数据手册上提供的器件型号的特性作为选择依据，否则会因为如二极管的快速性不够等问题而影响最终使用性能。

4.2 EMI滤波器节点的影响

由于电力线载波本身就是对电网的一种污染，不可为了追求远距离传输而将功率放大部分的电压提得很高，应充分考虑EMC。另外，供电系统应增加EMI滤波器，为了减少载波信号和供电电源系统之间的干扰，载波信号与电力线的耦合端应尽可能远离滤波器节点。

4.3 P200输入信号滤波器的线路和参数选择

在利用电力线作为传输媒介的通讯中，由于电力线的阻抗和噪声等因素的影响，P200输入信号滤波器的参数可根据实际情况选择，不必拘泥于数据手册上的线路和参数。

4.4 P111供电电源的影响

实验中发现，P111供电电源的稳定性和电压纹波对接收和发送波形的质量有较大影响，因而要提高电源的质量。

4.5 合适、完整的网络协议

由于电力线载波的传输媒介是电力线本身，因而只能构成单工或半双工系统。另外，由于P200芯片仅提供低级数据链路层和物理层的网络服务，对于一个基于SSC P200网络接口控制器的典型的网络节点（如图1b），在主处理器将命令和数据翻译过来提供给用记使用后，完善的应用层和网络层通讯协议是非常关键和必要的。

综上所述，采用P200网络接口控制器可以方便地实现高速、可靠、廉价的电力线载波通讯，我们在信息家电和壁面清洗爬壁机器人等领域中有很好的应用。