基于XPLC-30的电力载波通信协议的研究与实现

论文摘要

近年来,电力线载波通信技术成为通信系统中新的研究热点。电力线通信利用现有的低压配电网络基础设施,成本比较低。能够实现通信网、因特网、广电网、电力网的融合,是一种“四网合一”的通信方式,具有独特的发展前景。本文主要介绍了电力线载波通信技术,硬件及软件的设计实现。硬件核心部件采用韩国Xeline公司生产的XPLC-30芯片,外围集成了信号收发电路、电力线耦合电路、电源电路、接口电路等模块。软件分为下位机通信协议和上位机通信协议两部分。根据硬件特点和电力线载波通信的应用模式,参考TCP/IP模型和USB协议设计了下位机通信协议,称为XCP协议。该协议分为物理层、数据链路层和协议层,各层功能都进行了具体的定义,很好地解决了信息同步、通信控制和数据准确性等问题。XCP协议固化在载波硬件终端中,终端与PC机相连上电后,协议即启动开始运行。上位机通信协议是运行在上位机（一般为PC机）的协议。根据系统功能和XCP协议的特点,设计了PC机间的通信协议,解决了上位机和下位机通信接口问题并且具有友好的人机交互界面。最后分析了XCP协议数据传输速率的瓶颈问题,经过大量数据采样分析论证了采用CRC检错纠错和滑动窗口选择重传协议确实可以有效地提高数据传输速率。载波终端通过串口和PC机相连,通过人机交互界面操作进行PC机间的通信。目前,该系统能够正常运行,可以在PC机间进行数据、图片和文件等的传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 相关组织与标准
• 1.3 当前存在的主要问题
• 1.4 本论文的主要工作内容
• 第2章 电力线载波通信技术
• 2.1 低压电力线载波通信信道特性
• 2.2 电力线载波调制解调技术
• 2.2.1 扩频通信技术
• 2.2.2 正交频分复用技术（OFDM）
• 2.2.3 离散多音频技术（DMT）
• 2.3 调制解调技术的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 电力线载波通信模块硬件
• 3.1 系统整体结构
• 3.2 系统硬件电路设计
• 3.2.1 主控芯片XPLC-30
• 3.2.2 电力线耦合电路
• 3.2.3 信号接收电路
• 3.2.4 信号发送电路
• 3.2.5 外围接口电路
• 3.2.6 电源系统
• 3.3 样机制作
• 3.4 本章小结
• 第4章 电力线载波下位机通信协议
• 4.1 XCP协议的构建
• 4.1.1 网络协议的分层原理及构成
• 4.1.2 XCP协议模型
• 4.1.3 XCP协议的数据格式
• 4.2 XCP协议层次结构
• 4.2.1 XCP物理层
• 4.2.2 XCP数据链路层
• 4.2.3 XCP协议层
• 4.3 XCP协议工作流程
• 4.4 本章小结
• 第5章 电力线载波上位机通信协议
• 5.1 上位机通信协议整体模型
• 5.2 上位机通信协议的基本格式
• 5.2.1 TFTP
• 5.2.2 PLC通信协议的基本格式
• 5.3 上位机通信协议系统总体设计
• 5.4 主要模块的具体功能设计
• 5.4.1 文件发送模块
• 5.4.2 文件接收模块
• 5.4.3 数据分发模块
• 5.4.4 网络管理模块
• 5.4.5 连接管理模块
• 5.5 CRC检错纠错和滑动窗口的具体实现
• 5.5.1 CRC检错纠错的具体实现
• 5.5.2 滑动窗口的具体实现
• 5.5.3 改进结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢