信以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高，投资少，见效快，与电网建设同步等优点。系统所有设备可就近、就地接入电力线，无需重新布线破坏建筑结构及装潢，具备适用于早期无的旧建筑以及不占用其他资源的特点;同时能够巡检用户，及时发现事故隐患，利于查找事故原因。其缺点是仅限于单个变压器供电范围内的管理，超出变压器供电范围的设计复杂，成本较高。

随着入们生活水平的提高，智能大厦、智能小区已成为市场热点。作为一个综合性的系统工程，它包含许多小系统，各家各户、每一房间也存在铺设通信线路问题，例如消防报警系统、防盗报警系统等。把各报警点信息集中起来统一处理，采用电力线载波通信有其无法比拟的优越性。由于小区本身具有社区服务、保安中心，可在第一时间内获取相关报警信息以及定时巡检用户，根据需要可以采用电话联系方式与上级报警中心联系，完全可以弥补电力线载波通信存在的不足。本节以智能小区安全报警网络系统的应用为例，对基于的电力线载波通信系统作一介绍。

一、系统简介

电力线载波通信即将载波通信信号调制在输电线路上。载波通道的衰减特性类似于架空　　明线，即频率越高，其衰减越大，因而传输频段一般选在40～500 kHz范围内(为中频段)，电力线与端局的耦合通过耦合电容进行。此外，为了阻止载波通信信号流人各种电力设备，配置了扼流线圈。智能小区通信报警系统结构如图1 - 157所示。

二、系统设计

区域控制中心硬件电路框图如图1 - 158所示。中心设备采用51单片机为主控单元，通过电力线载波芯片LM18 93实现与各用户端通信、传输报警和巡检信息。

LM1893是美国National SEMIcon-ductor公司生产的高性能专用电力线载波通信芯片，可实现可靠的半双工电力线数据通信。LM1893含有数据调制解调的全部功能，只要设计出控制单元及线路耦合变压器，即可构成电力线载波通信系统。由于采用基于锁相环的解调器和针对脉冲噪声干扰设计的脉冲噪声滤波电路接收数据，使接收信号的动态范围很宽，灵敏度极高，且干扰小;发送数据时，运用基带数据对载波进行调制，调制后的载波信号经片内功率驱动器加到电力线上，进行半双工数据通信。

语音电路用于报警提示，包括语音接口电路、语音处理组件以及话筒扬声器等。芯片选用ISD2500系列，外围少，控制简单，可根据需要分组录放并预置播放次数。

看门狗电路选用X25045，以防止数据丢失和CPU误动作。该芯片集成了看门狗定时器、电源监控电路及EE PROM三部分，可编程操作，可靠性高，功耗低，内含512字节的EE PROM，用于存储话机号码、系统设置等数据。

1.通信接口设计

LM1893与51单片机的接口电路如图1- 159所示。采用51单片机为主控单元，通过LM1893芯片实现与各用户端的通信、传输报警和信息巡检。LM1893[5]电路的工作状态由发送/接收引出端TX/RX控制。当处于高电平发送状态时，由单片机送出的串行数据经LM1893的17脚送人内部调制器，产生控制电流，控制输出三角波的电流，控制振荡器工作频率。其输出信号经正弦波成形器、自动电平控制电路及输出功率放大器后输出，经过LC选频网络以后，由高压耦合电容送到电力线上。当处于低电平接收状态时，从电力线上来的信号经高压耦合电容和变压器T组成的耦合电路从LM1893的10脚送人内部平衡限幅放大器，经锁相环路解调，得出包含载波的高次谐波、噪声及直流分量的数据信号，经三阶RC滤波器和偏移抵消电路后的信号再经过比较器进行整形，并由脉冲噪声滤波器滤出信号中的脉冲干扰，从数据输出端12脚输出数据信号。

当发生火警、盗警时，不仅要把报警信号及时、准确地发给中心主机，而且要对中心主机的巡检作出反应。为此，本节采用了两种载频来完成这两种通信任务，以解决相互干扰问题。LM1893的1、2脚为电流控制振荡器的外接电容端，用于控制电流振荡器的振荡频率。因此，本节通过单片机的Pl.1口，根据通信种类控制载波电容2的接入与断开，实现两种载频的切换，确保通信数据可靠。LM1893调制解调数据的输入、输出端分别与单片机的串行输出、输入端口相连接。单片机的Pl.0口为发送/接收控制端。

LM1893初始化设置在接收报警信号状态，发生警情后，区域中心单片机一旦检测到Pl.3口负跳变信号，便读取LM1893的报警信息，发出报警。单片机上电复位后，将LM1893置于发送巡检信号状态，接收用户端返回的巡检结果。若出现异常情况，则接通报警。

2.通信软件设计

本系统利用单片机的多机通信功能通过串行工作方式实现区域报警中心与用户间的通信。主机通过不同的地址帧和数据帧信号与多用户实现一对一的通信，程序框图如图1 - 160所示。

3.通信协议

为确保通信的准确可靠，在本报警系统中采用了如下通信协议。

①主机发送的控制命令代码(发送时TB8=0)为：

OOH:要求从机接收数据块;

O1H:要求主机发送数据块。

②地址FFH(发送时TB8 -1)是对所有从机都起作用的命令，命令所有从机恢复到

SM2-1状态，准备重新接收主机发送的地址。

③从机状态字格式为：

其中

如果DERR-1，则表示从机接收到非法命令;

如果TRDY-1，则表示从机发送准备就绪;

如果RRDY=1，则表示从机接收准备就绪。

④发送数据块长度为16字节。

本节设计的电力线载波通信系统由于具备数据的调制解调功能和与电力线的连接功能，并且包含了滤出电力线所特有的脉冲噪声的滤波器的LM1893集成电路，故可用于借助电力线构成的通信网络，具有成本低，工作方式灵活、可靠，抗干扰能力强的特点，可广泛应用于智能小区、商业网点等单变压器供电的局域网通信。

LM1893

LM1893的功能特点

LM1893芯片是美国国家半导体公司生产的专用电力载波通信芯片，该芯片价格低廉，使用方便，精度高，可靠性好，可以实现任意编码方式的数字序列的半双 工通信，其特性如下：

(1) 抑制噪声的FSK调制方式

(2) 传输速率最高达4.8KBaud

(3) 载波频率在50kHz至300kHz之间可选择

(4) 在数据中允许存在“0”、“1”串

(5) TTL和MOS数字电平兼容

(6) 能驱动常规电力线

(7) 接收灵敏度2mV

LM1893分为发送和接收两部分。数据的发送部分由FSK调制器、电流控制振荡器、正弦波发生器、输出放大器及自动电平控制电路(ALC)构成。接收部分由限幅放大器、锁相环信号解调器、低通滤波器、直流消除电路及噪声滤波电路构成。电路的发送与接收工作状态由芯片引脚TX/ 控制端切换。当TX/ 为高电平时，LM1893工作于发送模式下，要发送的数据送入芯片内的FSK调制器，产生开关控制电流，驱动电流控制振荡器产生 2.2%频偏的三角波，三角波经过正弦波发生器形成已调正弦波信号，经由输出放大器驱动后输出到线路耦合电路，再发送到电力线上。电力线路上的负载情况复杂，当某种原因促使输出幅度超过额定电平时，ALC电路能够有效地控制输出放大器的输出幅度，使其输出电平保持在稳定范围之内。当TX/ 为低电平时，LM1893工作于接收模式，经线路耦合电路送来的已调载波信号送入芯片的I/O端口，由平衡限幅器放大，取出信号中的直流分量并对耦合进来的工频信号衰减，送入差分锁相环路，解调出数据信号。其中包含有载波的高次谐波、噪声及直流分量，经三级RC滤波后取出其中的高频分量，再经直流消除电路去除信号中的直流分量，送入比较器整形，经脉冲噪声滤波电路滤除脉冲噪声干扰，从数据输出端输出解调后的数据信号。

LM1893工作原理

以通用电力线载波通讯芯片LM1893为核心,以AT89C51单片机为主控单元,建立一个点对点的电力线载波通信系统,在电力线上实现数据 电力线载波通信是利用现有的电力线路来传输信号的，其工作原理简述为：

将数据或语音调制在几十至几百KHz的载波频率上通过电力线发送出去，接收端将电力线上载有信号的载波接收下来进行解调还原出原来的语音或数据。通信的载体即现成的电力线，无需象有线通信一样重新铺设通信线路。也不象无线传输那样需要复杂的发送接收设备来传输信息。它无需架设额外的通信线路，也不占用宝贵的无线频谱资源，因此很适合于小集团内部(一般在同一个电力变压器间)组成局域网络达到数据或语音的传输目的。

LM1893是美国国家半导体器件公司(National Semiconductor)开发的电力线载波通信集成电路，集成了发送和接收数据的全部功能，可实现串行数据的半双工通信。只需少量的外接元件即可构成完整的电力线载波通信系统，适合于工业自动控制系统，楼宇数据或语音通信、家用电器集中控制、医院的紧急呼叫系统、防火报警及计算机数据传输等应用场合。

LM1893内部集成了发送和接收两个独立的部分，发送部分内置了FSK调制器、正弦波发生器、电流型控制振荡器、自动增益控制电路(ALC)及输出功率放大器等单元电路。接收部分包含了限幅放大器、锁相环解调器、低通滤波器、直流嵌位电路和噪声滤波器等单元电路。TX/RX为发送或接收的控制引脚，当TX/RX为高电平时，电路处于发送工作模式，数据信号从P17输入FSK调制器，形成开关控制电流并驱动振荡器产生±2.2%频偏的三角波，经正弦波整形电路输出正弦波信号，再经功率放大后由耦合线圈传输到电力线路上去。ALC(自动增益控制电路)是保证电力线路负载变化时，输出的载波电平保持在一定的电平范围内。

当TX/RX为低电平时，电路处于接收方式，电力线路上的信号经耦合变压器输入：LM1893的10脚，进入限幅放大器进行放大，滤除信号中的直流分量和50Hz/100Hz的工频信号，再由锁相环电路解调、RC滤波电路滤除高频分量输出数据信号，为保持数据信号的可靠，再经比较器传输专用调制解调器集成 电路，具有电源电压范围宽、防静电能力强、抗噪扰性能好、载频范围大、灵敏度高、接口电路 简单、工作稳定可靠、装调及使用方便等突出的优点。采用半双工模式，单片即可完成数据调制 发送和接收解调的全部功能。可广泛用于微机联网、自动巡检、遥控遥测、集群报警、病房呼叫 等需要进行数据信息传递的应用系统。

LM 1893/LM2893 的区别是：LM1893 由⑩脚完成FSK 载波信号的输入和输出双重功能， 而LM2893 则由(11)脚独立输出FSK 信号，(15)脚独立输入FSK 信号，④脚为空脚。除此之 外，两者的内部结构、功能、特性参数及外围元件均相同。另外，调制解调器AT9301 的功能及 引脚排序与LM 1893 完全兼容，可直接互换使用。本文以LM 1893 为例进行介绍。 LM 1893/LM2893 由调制发送和接收解调两部分组成，内部电路主要包括5.6V 稳压器、流 控振荡器(I-CO)、调制器、整形电路、输出放大器、自动电平控制器(ALC)、接收限幅器、 锁相环(PLL)、相位检波器、低通滤波(BPF)、线路阻抗调制抑制器、比较器、噪声干扰滤波器及集电极开路输出(OC)驱动器等。LM 1893 和LM2893 分别采用18 脚及20 脚DIP 双列直 插式塑料封装。主要特性参数如附表所列。其极限参数为：最高电源电压(VDD) 30V;内部 5.6V 稳压器最大输出电流100mA;数据输出端((12)脚)最大耐压55V;收发控制端(⑤脚) 和数据输入端(17)脚)最大耐压40V;FSK 信号输入/输出端(⑩脚)最大耐压41V;耗散功 率接收状态1.33W，发送状态1.66W;最高焊接温度260℃(7s)。

LM1893 典型应用电路图

当将选择开关S1 置TX 时，为调制发送模式。数字信号 由(17)脚送入，去控制内部流控振荡器对载波进行调制(调频)产生FSK 信号。载波频率由①、 ②脚外接电容C3 和(18)脚外接电阻R6、RP 决定，当C3=560pF，R6+RP=6.65kΩ时，载波 第2 页共 2 页 中心频率 F0=125kHz，其中R6+RP 最小为5.6kΩ，最大为7.6kΩ。FSK 信号经内部整形、自 动电平限制及输出放大后⑩脚送出，经隔离变压器T1 初级电感和C2 组成的并联谐振网络选频后， 耦合至T1 次级，再经C1 送入低压电网向外传送。 当将 S1 置RX 时，为接收解调模式。FSK 信号经C1 耦合，T1、C2 选频后经R1 送入⑩脚。 经限幅滤波、比较、消噪及放大后，由(12)脚送出。稳压管VD(40V)起保护作用，可防止 FSK 输入信号幅度过大时损坏芯片。C5 用来滤除50Hz 工频及其谐波干扰，当取C5=100nF 时， 对120Hz 杂波的抑制度为80dB。③、④脚外接C4、R2 决定锁相环(PLL)的锁相频率及捕捉范 围。C7、C8 为消噪电容。R3 是(11)脚内部5.6V 稳压管的限流电阻，典型值为12kΩ。R4 是 (12)脚内输出驱动管(OC)上拉电阻，要求R4>1.5kΩ.T1 可使用普通晶体管收音机的中频变 压器，其初级电感与C2 并联后应谐振于125kHz 载波中心频率上，以得到最大的功率输出(发送)和较高的接收灵敏度。

电力载波

电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。 电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

特点

PLC的最大特点：

1、不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了解决这智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭这个范围中传输，远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现，PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。

2、相对于其他无线技术，传输速率快

缺点

电力线载波通讯因为有以下缺点，导致PLC主要应用--“电力上网”未能大规模应用：

1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送;

2、三相电力线间有很大信号损失(10 dB -30dB)。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输;

3、不同信号耦合方式对电力载波信号损失不同，耦合方式有线-地耦合和线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地耦合方式不是所有地区电力系统都适用;

4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过零点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用;

5、电力线对载波信号造成高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。

应用领域

远程抄表系统，路灯远程监控系统等)以及工业智能化(比如各类设备的数据采集)。在技术上，电力载波通讯不再是点对点通讯的范畴，而是突出开放式网络结构的概念，使得每个控制节点(受控设备)组成一个网络进行集中控制，在电力载波应用上具有网络协议及网络概念的企业不多，国外的有Echelon公司的Lonworks网络，国内的有KaiStar(凯星电子)电力载波远程智能控制系统，Risecomm(瑞斯康)公司的瑞斯康智能控制网络。他们的网络协议都是根据国际标准协议EIA709.1,EIA709.2编写的。