基于ZigBee的电力线通信中继器设计方案

2013-10-23 14:36:19 广电电器网　点击量：评论 (0)

0 引言电力线通信技术(PLC)是采用电力线传送信息的一种通信方式。该技术将载有信息的高频信号加载到电力线上，利用电力线进行数据传输，通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来，传送到终端设

及未来性的电力线通信平台，可轻松适应各类智能电网的应刚需求和协议标准。

ZigBee模块采用的是德州仪器公司生产的CC2520芯片。CC2520是TI(德州仪器)的第二代ZigBee/IEEE 802.15.4射频收发器，工作于2.4 GHz频段。该芯片可以提供最先进的工业级应用，优越的链路估计，可以存-40Ω~125摄氏度下工作此外，CC2520提供了广泛的的硬件处理技术，支持帧处理、数据缓冲、突发传输、数据加密、数据验证、信道评估、链路质量指示和帧定时信息这些功能，减轻了主机控制器的负荷。存一个典型的系统中，CC2520将与ST7590一起完成中继操作。CC2520与ST7590的接口图如图3所示。

我们使用ST7590的SPI通道与CC2520进行通信。CC2520的SCLK端口与 ST7590的SPICLK0相连，作为SPI的时钟信号。CC2520的SO端口与ST7590的SPIMIS00相连，CC2520的SI信号与 ST7590的SPIMIS10相连，CC2520的CSn与ST7590的nSS0相连，SCLK、SO、SI与CSn端口共同完成CC2520和 ST7590的SPI通信。CC2520的VREG_EN是CC2520的电源自检端口，与ST7590的GPI06相连，用来进行CC2520的启动确认。CC2520的GPIO0~GPIO5与ST7590的GPIO0~GPIO5相连，为ST7590的GPIO0~GPIO5提供中断源。

3 PLC中继器的软件设计

存硬件架构的基础上，我们进行了PLC中继器的软件设计。

在系统启动时，ST7590首先对控制器和CC2520等硬件驱动进行初始化操作。初始化成功后，指示模块灯亮，随后ST7590和CC2520进入各自的网络监听任务。

中继器的核心任务是不同协议的数据包转发功能，也就是ZigBee协议数据包的封装和解封装实现。如图4所示。

首先，我们要定义两个中继器的ZigBee节点MAC层报头配置。

其中，plc_destAddr、plc_srcAddr、plc_panld是本地ZigBee网络的目的节点地址、源节点地址和子网ID.

(1)PRIME->ZigBee实现

PRIME->ZigBee的实现框图如图5所示：

①当ST7590从电力线网络中监听到数据包data后，得到数据包的长度L，所以ZigBee数据包的长度为L_ZigBee=L+12;将L_ZigBee放入ZigBee的MAC层报头，将data放入ZigBee的MAC层负载。

⑦判断CC2520是否有任务，等待空闲后，判断信道竞争机制CSMA/CA，等待信道空闲，ST7590通过SPI总线控制CC2520向目的节点发送ZigBee数据包。

(2)ZigBee->PRIME实现

ZigBee->PRIME的实现如图6所示。

①当CC2520收到ZigBee数据包后，首先根据ZigBee的MAC层数据，判断是否重传包，进行重传操作，或者进行ZigBee向PRIME的转发。

②如果是ZigBee向PRIME的转发，判断信道竞争机制CSMA/CA，等待信道空闲，首先向刚才的ZigBee节点发送确认帧。

③解封装ZigBee数据包，将ZigBee的MAC层负载传输给PRIME协议，进行电力线网络的传输。

为了避免两个过程同时抢占硬件和软件资源，我们在中断中优先选择较为慢速的电力线通信网络的数据收发。

通过(1)过程和(2)过程的交互，PLC中继器完成了ZigBee网络和电力线通信网络的数据交换。

4 结束语

作为继IT革命后的下一代技术革命，智能电网搭建了能源产业链和新兴通信系统的未来发展必经之路。目前，处于全球萎缩状态的不仪仅是能源的供给，还有金融市场的暗流涌动，世界各国都将发展智能电网提升到首要的战略地位。而作为智能电网的核心传输网络，电力线通信网络的作用将会越来越成重要，成为民生生活不可或缺的一部分。

本文尝试把未来有线通信的代表--电力线通信网络和短距离无线通信的代表--ZigBee相结合，所提出的基于ZigBee的电力线通信中继器的设计方案，将无线通信的优势弥补到电力线通信的不足中，希望可以用这样的一个新的网络形式，为电力线通信的创新应用打下可行性的基础。