基于ZigBee的電力線通信中繼器設計方案

2013-10-23 14:36:19 廣電電器網(wǎng)　點擊量：評論 (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加載到電力線上，利用電力線進行數(shù)據(jù)傳輸，通過專用的電力線調(diào)制解調(diào)器將高頻信號從電力線上分離出來，傳送到終端設

及未來性的電力線通信平臺，可輕松適應各類智能電網(wǎng)的應剛需求和協(xié)議標準。

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的工業(yè)級應用，優(yōu)越的鏈路估計，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)驗證、信道評估、鏈路質(zhì)量指示和幀定時信息這些功能，減輕了主機控制器的負荷。存一個典型的系統(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進行通信。CC2520的SCLK端口與 ST7590的SPICLK0相連，作為SPI的時鐘信號。CC2520的SO端口與ST7590的SPIMIS00相連，CC2520的SI信號與 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，用來進行CC2520的啟動確認。CC2520的GPIO0~GPIO5與ST7590的GPIO0~GPIO5相連，為ST7590的GPIO0~GPIO5提供中斷源。

3 PLC中繼器的軟件設計

存硬件架構(gòu)的基礎上，我們進行了PLC中繼器的軟件設計。

在系統(tǒng)啟動時，ST7590首先對控制器和CC2520等硬件驅(qū)動進行初始化操作。初始化成功后，指示模塊燈亮，隨后ST7590和CC2520進入各自的網(wǎng)絡監(jiān)聽任務。

中繼器的核心任務是不同協(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現(xiàn)。如圖4所示。

首先，我們要定義兩個中繼器的ZigBee節(jié)點MAC層報頭配置。

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

(1)PRIME->ZigBee實現(xiàn)

PRIME->ZigBee的實現(xiàn)框圖如圖5所示：

①當ST7590從電力線網(wǎng)絡中監(jiān)聽到數(shù)據(jù)包data后，得到數(shù)據(jù)包的長度L，所以ZigBee數(shù)據(jù)包的長度為L_ZigBee=L+12;將L_ZigBee放入ZigBee的MAC層報頭，將data放入ZigBee的MAC層負載。

⑦判斷CC2520是否有任務，等待空閑后，判斷信道競爭機制CSMA/CA，等待信道空閑，ST7590通過SPI總線控制CC2520向目的節(jié)點發(fā)送ZigBee數(shù)據(jù)包。

(2)ZigBee->PRIME實現(xiàn)

ZigBee->PRIME的實現(xiàn)如圖6所示。

①當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，進行重傳操作，或者進行ZigBee向PRIME的轉(zhuǎn)發(fā)。

②如果是ZigBee向PRIME的轉(zhuǎn)發(fā)，判斷信道競爭機制CSMA/CA，等待信道空閑，首先向剛才的ZigBee節(jié)點發(fā)送確認幀。

③解封裝ZigBee數(shù)據(jù)包，將ZigBee的MAC層負載傳輸給PRIME協(xié)議，進行電力線網(wǎng)絡的傳輸。

為了避免兩個過程同時搶占硬件和軟件資源，我們在中斷中優(yōu)先選擇較為慢速的電力線通信網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)收發(fā)。

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

4 結(jié)束語

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，還有金融市場的暗流涌動，世界各國都將發(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，電力線通信網(wǎng)絡的作用將會越來越成重要，成為民生生活不可或缺的一部分。

本文嘗試把未來有線通信的代表--電力線通信網(wǎng)絡和短距離無線通信的代表--ZigBee相結(jié)合，所提出的基于ZigBee的電力線通信中繼器的設計方案，將無線通信的優(yōu)勢彌補到電力線通信的不足中，希望可以用這樣的一個新的網(wǎng)絡形式，為電力線通信的創(chuàng)新應用打下可行性的基礎。