近年来，随着智能家居、智能城市等概念的普及，智能化已成为人们生活的一部分。在这种背景下，各种智能设备不断涌现，而如何实现这些设备之间的互联互通，成为一个亟待解决的问题。低压电力线载波通信系统作为一种常见的通信方式，不仅可以解决智能设备之间的通信问题，还能够实现远程控制和数据采集等功能。因此，低压电力线载波通信系统的研究与应用具有重要意义[1]。
1低压电力线载波通信系统设计
1.系统总体结构
本文设计的载波通信系统的结构主要包括通信模块、上位机等部分。其系统框图如图1所示。
图1 低压电力线载波通信系统框架图
载波通信模块是系统的核心。它主要负责将待传输的数据信号加载到电力线上，并通过电力线发送出去。这个过程需要对信号进行适当的调制和解调，以克服电力线的噪声和干扰。上位机监控界面是用户与系统交互的接口。它提供了用户一个可视化的界面，用于监控系统的状态、发送和接收数据等操作。通过这个界面，用户可以有效地控制和调整系统的运行。转换接口电路连接载波通信模块和上位机监控界面，主要负责将PLC模块的TTL电平接口与上位机的串口之间进行通信转换。这样，上位机可以与PLC模块进行数据交换，从而实现对系统的控制和监控[2]。
1.2系统硬件设计
（1）载波模块。本文选用了某公司生产的嵌入式电力线载波通信模块，该模块具有半双工通信功能，能在220V/110V、50Hz/60 Hz的电力线环境中，确保局域通信。通信速率有多种选择，最低为600b/s，最高为19200b/s。每帧长度小于或等于20B，同时具有TTL电平接口，为用户提供透明的数据通道。
（2）接口转换电路设计。在低压电力线载波通信系统中，接口转换电路的设计是关键部分之一，其作用在于实现PLC模块的TTL电平接口与上位机的串口之间的可靠通信。电路主要由以下几个部分组成：TTL电平信号驱动器负责将PLC模块输出的TTL电平信号转换为RS-485信号，以确保信号在电力线上的正确传输；信号隔离器主要用于防止电力线上的噪声干扰对系统产生不良影响，提高系统的稳定性和可靠性。RS-485驱动器将TTL电平信号转换为RS-485信号，并通过电力线进行传输。电源为整个电路提供所需的电力，一般需考虑到电力线的阻抗和噪声干扰等因素[3]。
1.3系统软件设计
本文采用MSCOMM控件进行串口编程，以满足电力线载波通信系统的需求，MSCOMM控件是一款由Microsoft提供的通信控件，其为串口通信提供了强大的功能和便利的编程接口。通过MSCOMM控件，得以实现串口参数的设置、数据的发送和接收等操作，同时还能对串口进行监控和调试，确保通信稳定相比其他串口编程方式，MSCOMM控件具有提高编程效率、增强通信稳定性和兼容性的优势，为系统的实现提供了有力保障。
（1）系统通信程序设计。本系统的编写上位机软件实现数据接收和发送。具体流程如下：关闭串口，设定波特率，并根据波特率，配置相应的通信参数。再打开串口，手动或自动发送参数信息（固定间隔时间为2s）。同时，也可以选择是否采用十六进制发送。在监控部分，系统会在接收缓冲区数据时，自动触发“OnComm”事件，自动编辑相关数据。如若需要修改波特率，先关闭串口，才能进行调试。
（2）数据发送算法。因为模块发送只能接收20b以内的字节量，为进一步提高模块数据量，采用指针指向方法，将待发送的数据按照分段原则取出，并设定为每段20字节。发送数据时，首先要获取编辑框内的待发送信息，计算长度后整除20字节得到整数b，直接发送b次。其次，为确保数据的准确性，必须在两次发送之间添加延时程序，以避免模块处理速度慢于发送速度而导致数据丢失。当数据长度不能整除20字节，且余数为a时，需要先发送b次，读取完成后，再发送剩余的a个字节。
（3）通信监视界面。系统上位机的通信监控界面，可以通过改变波特率，实现按需调控通信接口。然后，打开串口，在发送窗口内输入字符，发送后，上位机就能接收到发送信息。这样一来，数据传输量会得到显著提升，明显超过了自定义20字节要求与限制，实现了更大信息量的发送与接收。
2低压电力线载波通信系统应用策略
2.1低压电力线载波通信系统在智能家居中的应用
利用低压电力线载波通信系统，智能家居可以实现更高效、更便捷的数据传输与设备互联。这意味着，无论是远程控制照明设备的开关，还是监测家电设备的运行状态，都可以通过电力线载波通信系统轻松实现[4]。
2.2低压电力线载波通信系统在智能城市中的应用
在智能城市的建设中，低压电力线载波通信系统同样具有广泛的应用前景。例如，在交通领域，可以根据交通流量实时调整路灯的亮度和交通信号灯的配时方案，提高城市交通的运行效率。再比如，在环保领域，通过将环境监测设备与电力线载波通信系统相连，实现对环境数据的实时采集，为环保部门提供准确的数据支持。
2.3低压电力线载波通信系统的技术优化和发展趋势
为了提高低压电力线载波通信系统的性能和稳定性，需要对其通信协议、调制解调技术以及网络拓扑结构进行深入研究和不断优化。此外，随着物联网、云计算等技术的不断发展，低压电力线载波通信系统也需要不断拓展其应用领域。相信在不久的将来，随着人工智能、大数据技术的快速发展，低压电力线载波通信系统有望在更多智能化应用场景中发挥作用。
结论
在低压电力线载波通信系统的设计中，本文采用了先进的数字信号处理技术和通信协议，具备出色的抗干扰性能。此外，该系统还优化了数据传输控制算法，提高了传输效率。未来，该系统将广泛应用于智能家居、远程抄表、智能楼宇等领域，带来良好的应用效果和经济效益。
参考文献
[1]甘德国;熊天意. 基于低压电力线载波通信的仪器动态监控系统设计与实现 [J]. 电子测试, 2022, 36 (17): 94-96+106. DOI:10.16520/j.cnki.1000-8519.2022.17.011
[2]李宁;董亮;王新刚;王永超;张振源;黄大荣. 低压电力线载波通信的用电管理系统设计 [J]. 自动化仪表, 2021, 42 (06): 77-81. DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.2020090049
[3]吴德君. 基于低压电力线载波通信的助航灯光控制系统设计 [J]. 工业仪表与自动化装置, 2016, (04): 54-56.
[4]陈颖曼;吴琴. 基于MI200E的低压电力线载波通信系统设计 [J]. 实验技术与管理, 2015, 32 (01): 70-74. DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2015.01.021
作者简介：
蒋军亮，男，汉族 ，1980.09.10，山东潍坊，初级，本科 ，研究方向： 通信工程。
崔昌猛，男，回族，1980年7月6日 山东济南，初级，本科，研究方向：电气安装。
