. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Přenos dat po napájecím vedení s PIC
20. kvetna 2016 - 9:47 | Pandatron | Přenos dat po napájecím vedení s PIC | Komentářů: 2  

Přenos dat po napájecím vedení s PIC

V okamžiku, kdy již nejsou ve stávající instalaci k dispozici volné vodiče, lze jednoduchým řešením přenášet data po napájecím vedení.

Následující obvod s mikrokontrolérem PIC řeší problém přenosu dat po kabelu, kde již není k dispozici žádný volný vodič. Modulovaná OOK (On-Off klíčování) data jsou díky jednoduchému TTL hradlu proložena vysokofrekvenční nosnou a následně přenesena přes nízkonapěťové napájecí vedení.

Obvod nalezne své uplatnění především ve chvíli, kdy nemáme k dispozici žádné volné vodiče a datové spojení je nutné přenést přes stávající instalaci, určenou například k vedení nízkonapěťového napájení. Modulace vysokofrekvenčního signálu na stávající vedení je přitom zcela běžnou situací. Například do každé domácnosti je po síťovém vedení 230V přenášen HDO signál pro řízení denní/noční sazby a další informace. Rovněž přenos vysokorychlostního internetu typu ADSL využívá systém vysokofrekvenční modulace a díky tomu je schopen přenosu dat i po staré telefonní dvojlince.

Nicméně, pokud tento princip chceme použít v případě nízkonapěťového vedení (například 12/24 V), které máme rozvedeno například po svém domě, je poměrně velký problém nalézt na internetu podobné řešení. Z toho důvodu vzniklo následující jednoduché zapojení, popisující jedno z možných řešení přímo s mikrokontrolérem řady PIC. Všimněte si však, že uvedený obvod není vhodný pro aplikace s velmi vysokým napětím, minimálně pokud nebudou přijata zvláštní opatření pro zajištění bezpečného provozu.

Obvod, přesto že využívá pouze několika diskrétních součástek a dva integrované obvody, je schopen přímo po napájecím vedení přenášet data rychlostí minimálně 32 kbit/s při modulační frekvencí 2,6 MHz. Při vyšší modulační frekvenci by pak s minimální úpravou zvládl jistě i mnohem vyšší přenosovou rychlost. Z použitého principu vyplývá, že obvod při plné přenosové rychlosti zvládne až 10nF kapacitu kabelu a přitom má stále poměrně malé vyzařování. Data jsou zde jednoduše přenášena standardní asynchronní linkou (UART), ale samozřejmě mohou být konstruktérem použity i různá kódování typu Manchester apod.

Pro jednoduchost bylo zvoleno pouze jednoduché OOK modulační schéma a obvod neposkytuje žádnou složitější ochranu proti rušení (je předpokládán dobrý poměr signálu k šumu). Pokud je to třeba, mohou návrháři případnou detekci/korekce chyb realizovat přímo v softwaru.


Obr. 1: Schéma zapojení obvodu pro přenos dat po rozvodu nízkého napětí

Základním prvkem obvodu je již zmíněný mikrokontrolér PIC, na schématu označený jako U1, který přímo na svém čipu integruje všechny periferie vhodné pro tuto aplikaci. Především jde o modul s pulsně-šířkovou modulací (PWM) s programovatelnou časovou základnou pro generování vysokofrekvenčního obdélníkového signálu a analogový komparátor, jehož vstupní rozsah common-mode podporuje rozsah napětí až téměř k nulové hodnotě (obr. 1). Samozřejmě typ použitého mikrokontroléru záleží na samotném konstruktérovi.

Samotný přenosový řetězec je složen ze dvou identických částí. Transceiver 1, uvedený na schématu, představuje jednu část řetězce a Transceiver 2 je umístěn na druhé straně linky. Indukčnosti L1 a L2 zajišťují izolaci vysokofrekvenčního signálu od nízkoimpedančního vedení napájecího napětí. Pokud by nebyly použity, došlo by ke zkratu vysokofrekvenčního signálu na blokovacích kondenzátorech regulátoru a tím také k výraznému poklesu úrovně signálu.

Uvedené zapojení dokonce umožňuje propojení typu multi-drop. Každá jednotlivá jednotka musí samozřejmě obsahovat svou vlastní indukčnost pro oddělení vysokofrekvenčního signálu a napájecího napětí. Samotné indukčnosti mohou být však velmi malé, v provedení pro povrchovou montáž.

Vysílací část transceiveru obsahuje jedno-buňkový tří-stavový logický člen - U2, jehož výstup je přes jednoduchý RC filtr (R1, C1) připojen přímo na sběrnicové vedení. R1 zároveň omezuje ostré hrany modulačního signálu, čímž minimalizuje úroveň elektromagnetického rušení (EMI).

Přijímač obvodu je tvořen součástkami C2, D2 a D3, které následují dva špičkové detektory. První, s časovou konstantou přibližně jedné třetiny datového bitu, demoduluje vysokofrekvenční signál a obnovuje časování dat. Druhý, s časovou konstantou zhruba 50-násobku doby bit, adaptivně sleduje klidovou úroveň datové linky. Odpory R3 a R5 zajišťují rozdělení této úrovně přibližně dvě třetiny úrovně nosné amplitudy.

Výstupy obou špičkových detektorů jsou dále vedeny přímo na vstupy integrovaného analogového komparátoru MCU. Výstup komparátoru je veden přímo na vstup integrovaného obvodu rozhraní UART. Odpor R4 mírně zvyšuje klidovou úroveň na pozitivním vstupu komparátoru, aby v něm vytvořil předem předvídatelnou úroveň.

Jedinou vážnější nevýhodou uvedeného obvodu je skutečnost, že výstup transceiveru je přímo spojen s jeho vstupem, takže použitý software musí ignorovat příjem vlastních znaků.


Obr. 2: Původní data (žlutý průběh) jsou přes napájecí vedení přenášeny s modulovanou nosnou (modrý) a následně věrně obnovena na výstupu komparátoru je (růžový)

Na obr. 2 jsou žlutou barvou zakresleny původní digitální data, získané z TX portu rozhraní UART. Modrou barvou je zakreslen modulovaný průběh signálu, který je přítomen na napájecím vedení. A konečně růžový průběh představuje opět demodulovaný a rekonstruovaný signál, přítomný na výstupu komparátoru přijímače a vedený na RX vstup rozhraní UART.


Obr. 3. Zde je uveden proces demodulace a obnovy modulovaného signálu (modrý), negativní (žlutý) a pozitivní (zelený) vstup komparátoru a opět rekonstruovaná data (růžový)

Na obr. 3 je uveden proces demodulace a obnovy dat. Stopa č. 2 je příchozí OOK modulovaný signál. Žlutou a zelenou barvou je zvýrazněn invertující a neinvertující vstup komparátoru. Výsledek rekonstrukce je vidět na výstupu komparátoru a vstupu RX modulu UART, který je zvýrazněn růžovou barvou.

Více informací naleznete v článku: Simple Circuit Communicates Over Low-Voltage Power Lines







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (2):

Zobrazit starší 30 dnů (2)...

Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGEN45 - Generátor 8 kHz až 45 MHz
Moduly PGEN45, jejichž základem je integrovaný obvod LTC1799, jsou lineárně řízené generátory obdélníkového signálu v rozsahu 8 kHz do 45 MHz.
Skladem od 530 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007