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摘要：设计了一种基于AVR 单片机和电力载波芯片LME2200C 构成的路灯监控系统。采用单片机实时监控路灯的运行情况，并通过电力线进行数据传输，实现了对路灯的远程监控和管理，该网络节省了大量的电线铺设成本,节约了电能,通讯的可靠性高、稳定性好, 很好地实现了对路灯群的大规模集中控制。
关键词：电力载波通信；LME2200C；单片机
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
LME2200C 是一个集成的电力线通信调制解调器芯片,它提供在电力线上发送和接收数据的全方位解决方案。此芯片采用了多载波调制解调技术,此技术专门针对电力线较差的信道条件,因而具有很好的传输性能。此芯片内置了数模转换电路DAC和模数转换电路ADC,这样很容易与模拟前端电路(AFE)接口,并使在芯片内实现数字信号处理(DSP)成为可能，为控制接收信道的增益,芯片中提供了可选的26dB, 46dB, 66dB限幅放大器。此芯片还提供了与微处理器或数据终端的灵活接口。
本文设计了一种基于atmega128 单片机和电力线载波芯片LME2200C 的路灯监控系统，用单片机实时监控路灯的运行情况并通过现有的电力线传输数据信息，有效地实现了对路灯信息的远程采集和监控。文中给出了系统的基本原理和具体的软硬件设计，并对最终制作的样机系统进行了实现和验证。
1 系统组成简述
该系统由上位机、主控机和从控机3 部分构成。上位机由PC 机构成, 用VB 编写的程序通过串口和主控单片机通信, 监控路灯的工作情况. 为保证通信的可靠性, 在上位机和主控机的串口之间增加了转换隔离模块.主控机是由单片机构成, 由于主控机的程序较大, 单片机采用Atmega128. 主控机一方面用电力载波的调制解调芯片通过电力线和下位机通信, 另一方面和上位PC 机通信.从控单片机用调制解调芯片通过电力线获取主控机的指令, 控制路灯开关; 将路灯的工作状态通过电力线发送给主控机.
2．调制解调器LME2200C
市场上的电力线载波芯片种类较多，如XR2210/XR2206套片或LM1893、ST7536/ST7538、SST P300、PLT-22，这类芯片相对比较复杂，外围模拟电路比较多，价格昂贵，主要用于普通电力线载波通信。
基于低压电源线载波通信的需要，采用电力线载波芯片LME2200C作为电源线载波通信芯片。该芯片集成了电力线通信的调制解调器，采用了多载波调制解调技术，芯片内置了数字信号处理、模数转换和数模转换电路，能直接和模拟前端电路接口，同时，芯片与控制器之间的数据交互方式灵活，能简单嵌入智能系统。
LME2200C的主要特性参数如下：
（1）载波频率可选（9k-150kHz）；
（2）通信速率可选（600、1.2k、2.4Kbps）；
（3）内置前向纠错和CRC检验；
（4）内置8位AD/DA和模拟量接口电路；
（5）数据控制接口可选(异步串行或同步串行)。
3. 微处理器
AVR单片机由ATMEL公司挪威设计中心利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是： 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力； 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象； 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发； 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力； 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加簡单，系统更加稳定可靠； 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
4. LME2200C硬件结构
图1电力解调器LME2200C的外围电路
通过增加一个简单的模拟前端电路，LME2200C可构成一个高性能的电力调制解调器，如图1所示。LME2200C内置UART口直接接AVR单片机，或通过RS232电平转换直接接到PC，以实现对芯片的控制和数据传输。在图中电路LME2200C使用了异步串行接口，单元电路功能和设计描述如下：
4.1发送通路
发送通路由低通滤波器和功率放大器构成，滤波器滤除了高频信号成分并平滑DAC输出信号的波形，功率放大器的输出通过一个简单的耦合变压器连接到电源线上,滤波器的带宽由使用的载波频率所决定。对功率放大器的典型要求是经过变压器后2～100欧姆的阻抗下获得1～2Vrms的信号电平。
4.2接收回路
接收回路由带通滤波器、运算放大器和低通滤波器组成，直接滤除了电源线上的干扰信号。滤波器的带宽由使用的载波频率决定。过零检测电路跟踪电源线上的频率，输出50Hz的方波信号，是LME2200C的同步信号输入，并作为收发同步的基准，其上升沿在工频信号的过零处。
4.3震荡电路
为芯片提供时钟，在芯片并联1M电阻。
5、软件设计与实际应用
LME2200C芯片可以采用同步或异步方式进行控制和数据传输。AVR单片机具有串行通信接口，且没有其他串行通信扩展需要，因此，LME2200C采用异步通信方式进行控制和数据传输，程序主要基于调制解调芯片的控制命令字，完成发送器、接收器帧数据的操作，对芯片进行数据传输的控制。
结束语：
实验表明, 系统中所采用LME2200C电力载波模块，具有传输可靠、 稳定性好、 适应性强等优点。针对电网噪声, 采用软硬件结合的方式来处理信号传输,取得了相当好的效果。系统兼容性好,结构简单,投资和运行成本低,便于推广使用。
参考文献：
1.陈如明. 新一代宽带无线电接入与移动通信频率规划和发展策略. 中国无线电管理, 2001( 10) : 4～10
2.蔡卫峰. 无线通信SCADA 系统的实现与应用. 电子技术应用, 2002( 8) : 61～63。
3. 吴家洲，杨叔子. 公共路灯远程监控系统的研究[J]. 机电一体化，2002：（1）74-75.
4.胡家尚. 路灯监控系统的发展[J]. 照明工程学报，2006，17（B03）：29-30.
5.孙颖. 北京昌平路灯昨日白天亮[N]. 北京晚报，2004-03- 01(3)
6.王刚. 路灯远程监控系统结构及关键技术研究[D] 硕士学位论文，南京理工大学，2004.5.
作者简介：王军（1973-），男，吉林长春人，吉林工程技术师范学院教师，硕士，主要从事电子技术、EDA的教学研究。
关键词：电力载波通信；LME2200C；单片机
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
LME2200C 是一个集成的电力线通信调制解调器芯片,它提供在电力线上发送和接收数据的全方位解决方案。此芯片采用了多载波调制解调技术,此技术专门针对电力线较差的信道条件,因而具有很好的传输性能。此芯片内置了数模转换电路DAC和模数转换电路ADC,这样很容易与模拟前端电路(AFE)接口,并使在芯片内实现数字信号处理(DSP)成为可能，为控制接收信道的增益,芯片中提供了可选的26dB, 46dB, 66dB限幅放大器。此芯片还提供了与微处理器或数据终端的灵活接口。
本文设计了一种基于atmega128 单片机和电力线载波芯片LME2200C 的路灯监控系统，用单片机实时监控路灯的运行情况并通过现有的电力线传输数据信息，有效地实现了对路灯信息的远程采集和监控。文中给出了系统的基本原理和具体的软硬件设计，并对最终制作的样机系统进行了实现和验证。
1 系统组成简述
该系统由上位机、主控机和从控机3 部分构成。上位机由PC 机构成, 用VB 编写的程序通过串口和主控单片机通信, 监控路灯的工作情况. 为保证通信的可靠性, 在上位机和主控机的串口之间增加了转换隔离模块.主控机是由单片机构成, 由于主控机的程序较大, 单片机采用Atmega128. 主控机一方面用电力载波的调制解调芯片通过电力线和下位机通信, 另一方面和上位PC 机通信.从控单片机用调制解调芯片通过电力线获取主控机的指令, 控制路灯开关; 将路灯的工作状态通过电力线发送给主控机.
2．调制解调器LME2200C
市场上的电力线载波芯片种类较多，如XR2210/XR2206套片或LM1893、ST7536/ST7538、SST P300、PLT-22，这类芯片相对比较复杂，外围模拟电路比较多，价格昂贵，主要用于普通电力线载波通信。
基于低压电源线载波通信的需要，采用电力线载波芯片LME2200C作为电源线载波通信芯片。该芯片集成了电力线通信的调制解调器，采用了多载波调制解调技术，芯片内置了数字信号处理、模数转换和数模转换电路，能直接和模拟前端电路接口，同时，芯片与控制器之间的数据交互方式灵活，能简单嵌入智能系统。
LME2200C的主要特性参数如下：
（1）载波频率可选（9k-150kHz）；
（2）通信速率可选（600、1.2k、2.4Kbps）；
（3）内置前向纠错和CRC检验；
（4）内置8位AD/DA和模拟量接口电路；
（5）数据控制接口可选(异步串行或同步串行)。
3. 微处理器
AVR单片机由ATMEL公司挪威设计中心利用ATMEL公司的Flash新技术，共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是： 哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力； 超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象； 快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发； 作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力； 片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加簡单，系统更加稳定可靠； 大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；
4. LME2200C硬件结构
图1电力解调器LME2200C的外围电路
通过增加一个简单的模拟前端电路，LME2200C可构成一个高性能的电力调制解调器，如图1所示。LME2200C内置UART口直接接AVR单片机，或通过RS232电平转换直接接到PC，以实现对芯片的控制和数据传输。在图中电路LME2200C使用了异步串行接口，单元电路功能和设计描述如下：
4.1发送通路
发送通路由低通滤波器和功率放大器构成，滤波器滤除了高频信号成分并平滑DAC输出信号的波形，功率放大器的输出通过一个简单的耦合变压器连接到电源线上,滤波器的带宽由使用的载波频率所决定。对功率放大器的典型要求是经过变压器后2～100欧姆的阻抗下获得1～2Vrms的信号电平。
4.2接收回路
接收回路由带通滤波器、运算放大器和低通滤波器组成，直接滤除了电源线上的干扰信号。滤波器的带宽由使用的载波频率决定。过零检测电路跟踪电源线上的频率，输出50Hz的方波信号，是LME2200C的同步信号输入，并作为收发同步的基准，其上升沿在工频信号的过零处。
4.3震荡电路
为芯片提供时钟，在芯片并联1M电阻。
5、软件设计与实际应用
LME2200C芯片可以采用同步或异步方式进行控制和数据传输。AVR单片机具有串行通信接口，且没有其他串行通信扩展需要，因此，LME2200C采用异步通信方式进行控制和数据传输，程序主要基于调制解调芯片的控制命令字，完成发送器、接收器帧数据的操作，对芯片进行数据传输的控制。
结束语：
实验表明, 系统中所采用LME2200C电力载波模块，具有传输可靠、 稳定性好、 适应性强等优点。针对电网噪声, 采用软硬件结合的方式来处理信号传输,取得了相当好的效果。系统兼容性好,结构简单,投资和运行成本低,便于推广使用。
参考文献：
1.陈如明. 新一代宽带无线电接入与移动通信频率规划和发展策略. 中国无线电管理, 2001( 10) : 4～10
2.蔡卫峰. 无线通信SCADA 系统的实现与应用. 电子技术应用, 2002( 8) : 61～63。
3. 吴家洲，杨叔子. 公共路灯远程监控系统的研究[J]. 机电一体化，2002：（1）74-75.
4.胡家尚. 路灯监控系统的发展[J]. 照明工程学报，2006，17（B03）：29-30.
5.孙颖. 北京昌平路灯昨日白天亮[N]. 北京晚报，2004-03- 01(3)
6.王刚. 路灯远程监控系统结构及关键技术研究[D] 硕士学位论文，南京理工大学，2004.5.
作者简介：王军（1973-），男，吉林长春人，吉林工程技术师范学院教师，硕士，主要从事电子技术、EDA的教学研究。