洪尉尉 盛苏飞
摘要：本系统利用电力载波的通讯方式，设计一种适用于不同的应用场合的带有数据传输功能的多点温度测量系统。主要包括带温度测量功能的节点硬件电路，带电网通讯功能的通讯模块和专用的通讯协议。本系统采用的电力载波通讯方式解决了原有多点温度测量系统布线麻烦的问题，灵活性高，成本低。
关键词：载波；多点温度测量；通讯
1 背景
随着恒温物流仓储技术、大棚种植技术的广泛普及，恒温在越来越多的场合中被应用，温度的控制便成为一个十分重要的课题。目前，大部分的需要控温的产所往往采用内部悬挂温度计，通过人工去调节温度，这样就增加了很多的人工成本。
传感器技术和单片机的迅速发展，使得自动检测领域发生了很大变化，对于环境温度测量的方法也有了很多新的技术方法。随着电子信息技术的发展，新的温度测量方法将慢慢取代旧的温度检测方法。市面上现有的温度测量技术主要通过多路传输通道上传测量的温度数据，这样的温度测量方式使得布线成本非常高，增加该方案的普及难度。这样势必导致系统布线复杂、成本增加、故障率高、难于维护等问题。
无线通讯应用在多点温度检测中主要存在稳定性差，安全性不好等问题，虽然无线通讯技术解决了布线的问题，但由于无线通讯的物理特性，在稳定性和安全性上不如有线通讯。所以在多点温度测量中应用较少。
基于电网的通讯在电表自动抄表等自动化领域中有较多的应用，电网通讯是将数字信号1和0调制成两种不同波型的信号，一般有幅度调制、频率调制和相位调制，其中频率调制的研究最为成熟，在电力系统中，电网通讯技术已被广泛的应用与自动抄表，实现了无人的电表自动读取。在照明控制领域，电网通讯技术被用于路灯的几种控制中，实现了低成本的组网通讯。在智能家居领域，电网通讯技术提出了一种有别于无线网络的新型通讯物理层解决方案。
2 系统设计
本系统研发主要分为系统硬件电路的设计、系统软件的设计、通讯协议栈的设计三个部分：
系统硬件电路的设计：
系统采用HLPLCS520F的载波通讯调制解调器，HLPLCS520F采用110KHz频率作为载波中心频率，111KHz频率表示信号1，109KHz频率表示信号0。外部电路的设计要基于110KHz频率。在芯片外围设计发送电路和接受电路，主要为发送端的信号放大电路和接收端的滤波电路。
系统软件设计：
软件程序主要包含接收数据帧的转驿，命令的选择提取，系统命令执行等。
通讯协议设计：
系统采用主从式网络设计方式，一主多从，为了提高整体网络的效率，不允许从节点的数据交互。报文头以9BH开头，通知电网上的节点接收数据，16位地址去掉主机和广播地址占用的地址外可以提供65534个从设备地址，足以满足多点温度测量需求。控制端2位代码用来表示后面数据的作用。数据代码是信息载体，主机通过数据告诉从设备要做什幺。电网环境复杂，为了保证数据的正确，采用海明校验的方法对前面地址段，控制段和数据段进行校验。
采用基于电网通讯方法设计多点温度测量系统可以省去数字传输电缆的铺设，还在稳定性上更加优于无线通讯。自行设计的控制系统还可以对系统采用自行设计的通讯协议，实现更加自由的功能设计。电力载波温度测量系统主要包含信号控制部分和数据传输部分，系统组成如图1所示：
硬件部分只要控制部分和信号交互部分组成，信号交互部分与调制解调器连接，它们之间可以用标准的短距离通讯方式进行通讯。控制部分还有输出电路，可与传感器、控制器直接相连，扩宽工程应用范围。控制电路与温度传感器相连，可查询温度传感器的温度数据，并将其转化输出成载波信号，通过发送电路输送至电网。核心的调制方案采用电力载波芯片HLPLCS520F，该芯片使用FSK方式进行调制。HLPLCS520F内部架构图如图2所示：
3 总结
基于电网通讯的多点温度测量系统利用电网作为通讯介质的多点温度测量系统，将电力线作为通讯网络，省去了铺设电缆的麻烦，且数据保密性好，稳定性高。
参考文献：
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基金项目：2017浙江省大学生新苗计划2017R452011
