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  • 基于ZigBee的電力線通信中繼器設(shè)計(jì)方案

    2013-10-23 14:36:19 廣電電器網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
    0 引言電力線通信技術(shù)(PLC)是采用電力線傳送信息的一種通信方式。該技術(shù)將載有信息的高頻信號(hào)加載到電力線上,利用電力線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,通過(guò)專用的電力線調(diào)制解調(diào)器將高頻信號(hào)從電力線上分離出來(lái),傳送到終端設(shè)

    及未來(lái)性的電力線通信平臺(tái),可輕松適應(yīng)各類智能電網(wǎng)的應(yīng)剛需求和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

    ZigBee模塊采用的是德州儀器公司生產(chǎn)的CC2520芯片。CC2520是TI(德州儀器)的第二代ZigBee/IEEE 802.15.4射頻收發(fā)器,工作于2.4 GHz頻段。該芯片可以提供最先進(jìn)的工業(yè)級(jí)應(yīng)用,優(yōu)越的鏈路估計(jì),可以存-40Ω~125攝氏度下工作此外,CC2520提供了廣泛的的硬件處理技術(shù),支持幀處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)傳輸、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、信道評(píng)估、鏈路質(zhì)量指示和幀定時(shí)信息這些功能,減輕了主機(jī)控制器的負(fù)荷。存一個(gè)典型的系統(tǒng)中,CC2520將與ST7590一起完成中繼操作。CC2520與ST7590的接口圖如圖3所示。


    我們使用ST7590的SPI通道與CC2520進(jìn)行通信。CC2520的SCLK端口與 ST7590的SPICLK0相連,作為SPI的時(shí)鐘信號(hào)。CC2520的SO端口與ST7590的SPIMIS00相連,CC2520的SI信號(hào)與 ST7590的SPIMIS10相連,CC2520的CSn與ST7590的nSS0相連,SCLK、SO、SI與CSn端口共同完成CC2520和 ST7590的SPI通信。CC2520的VREG_EN是CC2520的電源自檢端口,與ST7590的GPI06相連,用來(lái)進(jìn)行CC2520的啟動(dòng)確認(rèn)。CC2520的GPIO0~GPIO5與ST7590的GPIO0~GPIO5相連,為ST7590的GPIO0~GPIO5提供中斷源。

    3 PLC中繼器的軟件設(shè)計(jì)

    存硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上,我們進(jìn)行了PLC中繼器的軟件設(shè)計(jì)。

    在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),ST7590首先對(duì)控制器和CC2520等硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行初始化操作。初始化成功后,指示模塊燈亮,隨后ST7590和CC2520進(jìn)入各自的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)任務(wù)。


    中繼器的核心任務(wù)是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能,也就是ZigBee協(xié)議數(shù)據(jù)包的封裝和解封裝實(shí)現(xiàn)。如圖4所示。

    首先,我們要定義兩個(gè)中繼器的ZigBee節(jié)點(diǎn)MAC層報(bào)頭配置。

     

    其中,plc_destAddr、plc_srcAddr、plc_panld是本地ZigBee網(wǎng)絡(luò)的目的節(jié)點(diǎn)地址、源節(jié)點(diǎn)地址和子網(wǎng)ID.

    (1)PRIME->ZigBee實(shí)現(xiàn)

    PRIME->ZigBee的實(shí)現(xiàn)框圖如圖5所示:

    ①當(dāng)ST7590從電力線網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)聽(tīng)到數(shù)據(jù)包data后,得到數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度L,所以ZigBee數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為L(zhǎng)_ZigBee=L+12;將L_ZigBee放入ZigBee的MAC層報(bào)頭,將data放入ZigBee的MAC層負(fù)載。


    ⑦判斷CC2520是否有任務(wù),等待空閑后,判斷信道競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制CSMA/CA,等待信道空閑,ST7590通過(guò)SPI總線控制CC2520向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送ZigBee數(shù)據(jù)包。

    (2)ZigBee->PRIME實(shí)現(xiàn)

    ZigBee->PRIME的實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

     

    ①當(dāng)CC2520收到ZigBee數(shù)據(jù)包后,首先根據(jù)ZigBee的MAC層數(shù)據(jù),判斷是否重傳包,進(jìn)行重傳操作,或者進(jìn)行ZigBee向PRIME的轉(zhuǎn)發(fā)。

    ②如果是ZigBee向PRIME的轉(zhuǎn)發(fā),判斷信道競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制CSMA/CA,等待信道空閑,首先向剛才的ZigBee節(jié)點(diǎn)發(fā)送確認(rèn)幀。

    ③解封裝ZigBee數(shù)據(jù)包,將ZigBee的MAC層負(fù)載傳輸給PRIME協(xié)議,進(jìn)行電力線網(wǎng)絡(luò)的傳輸。

    為了避免兩個(gè)過(guò)程同時(shí)搶占硬件和軟件資源,我們?cè)谥袛嘀袃?yōu)先選擇較為慢速的電力線通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收發(fā)。

    通過(guò)(1)過(guò)程和(2)過(guò)程的交互,PLC中繼器完成了ZigBee網(wǎng)絡(luò)和電力線通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。

    4 結(jié)束語(yǔ)

    作為繼IT革命后的下一代技術(shù)革命,智能電網(wǎng)搭建了能源產(chǎn)業(yè)鏈和新興通信系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展必經(jīng)之路。目前,處于全球萎縮狀態(tài)的不儀僅是能源的供給,還有金融市場(chǎng)的暗流涌動(dòng),世界各國(guó)都將發(fā)展智能電網(wǎng)提升到首要的戰(zhàn)略地位。而作為智能電網(wǎng)的核心傳輸網(wǎng)絡(luò),電力線通信網(wǎng)絡(luò)的作用將會(huì)越來(lái)越成重要,成為民生生活不可或缺的一部分。

    本文嘗試把未來(lái)有線通信的代表--電力線通信網(wǎng)絡(luò)和短距離無(wú)線通信的代表--ZigBee相結(jié)合,所提出的基于ZigBee的 電力線通信中繼器的設(shè)計(jì)方案,將無(wú)線通信的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)到電力線通信的不足中,希望可以用這樣的一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)形式,為電力線通信的創(chuàng)新應(yīng)用打下可行性的基礎(chǔ)。


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    責(zé)任編輯:廖生玨

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