AN-1188. Организация обмена данными по линиям бытовой электросети с использование микросхем GreenPAK™

В статье рассказывается об организации передачи цифровых данных по линиям бытовой электросети с помощью двух микросхем Silego GreenPAK™ SLG46620V CMIC и пары модемов KQ-330F.

Основными целями данной статьи являются:

  • помощь поставщикам электроэнергии в организации управления потребителями сети;
  • помощь потребителям получать информацию об уровне потребления и состоянии различных приборов через сеть Интернет; для этого мы использовали тестовый веб-сервер.

В статье описывается система, в которой восемь приборов управляются с помощью одной микросхемы GreenPAK SLG46620V, а информация о состоянии их питания (независимо от того, включены они или выключены) отправляется с помощью другой микросхемы SLG46620V. Передача данных осуществляется модемом KQ-330F.

Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема устройства приведена ниже (рис. 1).

Принципиальная схема устройства

Рис. 1. Принципиальная схема устройства

Как вы можете видеть на рис. 1, микросхема SLG46620V (PLC Data Rx) получает информацию о состоянии всех восьми приборов от соответствующих реле. Реле коммутируют напряжение 5 В, которое также является и основным напряжением питания VDD. Когда поставщик электроэнергии или потребитель выключают устройства, то на соответствующем цифровом входе SLG46620V появляется низкий уровень. Эти данные пересылаются в модем KQ-330F, который передает их по сети второму модему KQ-330F.

Аналогичным образом, команды от поставщика электроэнергии через модем KG-330F передаются в микросхему SLG46620V. Затем полученные данные распределяются по 5 В оптоизолированными реле, которые включают потребителей.

Следует отметить, что обмен сообщениями по линиям бытовой сети характеризуется высокой вероятностью потери данных. Чтобы этого избежать, провода, используемые на стороне низковольтной части схемы должны быть очень короткими.

KQ-330F – модем для передачи данных по линиям бытовой сети

KQ-330F – 9-выводной малогабаритный высокоскоростной приемопередающий модуль. Он работает с напряжением сети 220 В и обеспечивает скорость передачи данных до 9600 бод/с.

Модуль KQ-330F

Рис. 2. Модуль KQ-330F

На рис. 2 представлен внешний вид и назначение выводов модуля KQ-330F. Подключение выводов двух модемов KQ-330F, используемых в схеме, приведено в таблице 1.

Таблица 1. Подключение выводов модемов KQ-330F

Номер вывода

Подключение модема на стороне потребителя

Подключение модема на стороне потребителя

1

1

Не используется

Не используется

2

2

Не используется

Не используется

3

3

К выводу 10 микросхемы SLG46620V (прием данных)

Rx от COM-порта

4

4

К выводу 12 микросхемы SLG46620V (передача данных)

Tx от COM-порта

5

5

5 В

5 В

6

6

Земля

Земля

7

7

5 В

5 В

8

8

бытовая сеть 220 В (ноль или фаза)

бытовая сеть 220 В (ноль или фаза)

9

9

бытовая сеть 220 В (ноль или фаза)

бытовая сеть 220 В (ноль или фаза)

Программный код микросхем GreenPAK

В данном приложении используется две микросхемы SLG46620V. Одна для передачи данных модему KQ-330F, вторая для приема данных от модема KQ-330F.

Передатчик данных

В данной схеме повторно используется конфигурация SLG46620V из проекта AN-1156 Fall Detection Alert.

Для более подробного описания конфигурации SLG46620V следует обратиться напрямую к документу AN-1156.

В штатном режиме работы 4-разрядный DFF-счетчик считает от 0000 до 1001. Поскольку мы должны обрабатывать десять бит данных (старт-бит, восемь битов статуса, стоп-бит), то после достижения 10-го отсчета (1001) нам нужно сбросить счетчик в исходное состояние (0000) для следующего цикла. Логический элемент И (3-L3) сбрасывает 4-разрядный счетчик до его перехода в 11-ое состояние, где на выходах Q4 и Q2 присутствует высокий сигнал.

Таблица 2. Состояния выходов счетчика

Q4Q3Q2Q1

Десятичное значение

Данные

0

0

0

Старт-бит (0)

2

1

1

Статус устройства 1

3

10

2

Статус устройства 2

4

11

3

Статус устройства 3

5

100

4

Статус устройства 4

6

101

5

Статус устройства 5

7

110

6

Статус устройства 6

8

111

7

Статус устройства 7

9

1000

8

Статус устройства 8

10

1001

9

Стоп-бит (1)

1. Пересылка данных. Старт-бит, 8 битов состояния и Стоп-бит

В нашем случае 10 бит (старт-бит, восемь битов статуса, стоп-бит) будут последовательно подаваться на вывод Pin12. Ниже показан пример потока данных.

Пример последовательного потока данных

Рис. 3. Пример последовательного потока данных

Рис. 3 показывает, что по умолчанию на выводе Pin12 присутствует высокий сигнал HIGH. Когда мы готовы к передаче данных, мы отправляем старт-бит START (0), за которым следуют 8 бит состояния и стоп-бит STOP (1) в конце пакета.

2. Схема обработки выходного потока данных

В конфигурации микросхемы GreenPAK мы использовали таблицы истинности (Look up tables, LUTs), чтобы объединить 10 битов пакета и вывести их на вывод Pin12.

Схема формирования выходного потока данных

Рис. 4. Схема формирования выходного потока данных

Когда сигнал ENABLE_WRITE находится в низком состоянии LOW, на выходе Pin12 присутствует высокое состояние HIGH. После того, как ENABLE_WRITE переходит в высокое состояние HIGH, биты пакета данных последовательно подаются на вывод Pin12 с помощью мультиплексоров.

После бит статуса восьмого устройства на выходе формируется стоповый бит (VDD). Затем мы перезапускаем счетчик.

Вывод Pin12 подключен к KQ-330F. Так как требуемая скорость передачи составляет 9600 бод/с и 1/9600 = 0,000104 с, то сигнал синхронизации CLK от CNT0 GreenPAK устанавливается равным 104 мкс.

Микросхема SLG46620V для приема данных от модема KQ-330F

Последовательные данные с вывода TX модема KQ-330F поступают на вывод Pin10 контроллера GreenPAK. Внутри GreenPAK вывод Pin10 подключается ко входу MOSI встроенного блока SPI.

Схема приема последовательного потока данных от KQ-330F

Рис. 5. Схема приема последовательного потока данных от KQ-330F

В данном случае наша цель заключается в преобразовании последовательного 8-битного пакета в 8 параллельных бит. Для этого необходимо подавать последовательный поток битов в блок SPI с правильной синхронизацией.

Осциллограммы сигналов

Рис. 6. Осциллограммы сигналов

На рис. 6 показаны осциллограммы необходимых сигналов, где:

  • Желтый: сигнал на выводе Pin7 (nCSB)
  • Синий: сигнал на выводе Pin10 (PLCTxData IN)
  • Розовый: сигнал на выводе Pin6 (SCLK)

Для обнаружения старт-бита START используется детектор на базе триггера P DLY0. Так как по умолчанию линия находится в высоком состоянии HIGH, а старт-бит переводит ее в низкое состояние LOW, то триггер настроен на срабатывание по спаду. Сигнал с детектора защелкивается с помощью SR-триггера 3-битного LUT0, который затем выдает высокое состояние HIGH. Через 152 мкс, счетчик CNT5 формирует высокое состояние HIGH, которое защелкивается в SR-триггере 3-битного LUT1. Мы ожидали 152 мкс, чтобы первый тактовый импульс SCLK оказался в середине первого переданного бита. В примере на рис. 6 первый бит имеет высокое состояние HIGH. Оба SR-триггера будут удерживаться в высоком состоянии до тех пор, пока не пройдет 8 импульсов SCLK, после чего они будут сброшены выходом блока задержки DLY9. Сигнал с инвертора 2-бит L3 подается на вход SCLK и на вход выбора микросхемы блока SPI, nCSB. CNT6 используется для создания сигнала с частотой 9600 Гц.

Когда пакет последовательных данных достигает блока SPI, он преобразуется в параллельный набор битов, как показано в таблице 3.

Таблица 3. Соответствие данных от KQ-330Fи выводов SLG46620V

Данные

Вывод SLG46620V

1

Статус устройства 1

12

2

Статус устройства 2

13

3

Статус устройства 3

14

4

Статус устройства 4

15

5

Статус устройства 5

16

6

Статус устройства 6

17

7

Статус устройства 7

18

8

Статус устройства 8

19

Передача принятых данных на выходы

Данные из последовательного пакета преобразуются в параллельную форму и выводятся на контакты Pin12…Pin19 через блок SPI Parallel Output Block. Каждый выход может использоваться для управления потребителями с помощью 5 В оптоизолятора.

Вывод данных с помощью SPI Parallel Output Block

Рис.7. Вывод данных с помощью SPI Parallel Output Block

Управление данными в сети поставщика электроэнергии

Данные, поступившие от потребителя через модем линии электропередачи, принимаются пользовательским приложением, написанным на языке Visual C #.

Приложение Visual C # для обмена данными с пользователем

Рис 8. Приложение Visual C # для обмена данными с пользователем

Это приложение оказывается чрезвычайно простым. Сначала пользователь выбирает последовательный COM-порт, который подключен к KQ-330F. Затем в поле со списком доступных скоростей обмена необходимо выбрать 9600. Если все подключено правильно, нажатие кнопки «Open Port» приведет к тому, что строка состояния начнет заполняться зеленым цветом.

После этого персонал компании поставщика может полностью контролировать работу потребительских устройств, включая и выключая каждое из них. Актуальное состояние всех устройств будет отображаться в C#-приложении, а также может быть размещено на веб-сервере, чтобы потребитель мог просматривать состояние своих устройств.

Отображение состояний устройств через интернет

Рис. 9. Отображение состояний устройств через интернет

Заключение

В этой статье мы показали, как с помощью пары микросхем Silego GreenPAK SLG46620V и пары коммуникационных модемов KQ-330F Power Line можно организовать удаленное управление питанием до 8 устройств. Также мы создали приложение на Visual C # с пользовательским интерфейсом.

Эта концепция может быть масштабирована для большего числа потребителей и бытовой техники, так как одна распределительная компания может иметь несколько тысяч клиентов.

Характеристики микросхемы SLG46620V:

  • Тип: однократно программируемая микросхема смешанных сигналов;
  • Память: 8 байт ОЗУ и однократно программируемая ПЗУ конфигурации;
  • Аналоговые функции: 8-битный АЦП, три программируемых усилителя, два ЦАП, шесть компараторов, два ИОН;
  • Цифровые функции: до 18 портов ввода/ вывода, матрица соединений и комбинаторная логика (25 LUT), десять блоков схем счетчиков/ задержки, программируемый функциональный генератор, три цифровых компаратора, двенадцать D-триггеров и др.;
  • Встроенные RC-генераторы: 25 кГц и 2 МГц;
  • Диапазон напряжений питания: 1,8…5 В;
  • Диапазон рабочих температур: -40…85 °C;
  • Корпусное исполнение: 2 x 3 x 0,55 мм 20-выводной STQFN или 6,5 x 6,4 x 1,2 мм 20-выводной TSSOP.
Производитель: Silego Technologies, Inc
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
SLG46620V
SLG46620V
Silego Technologies, Inc
Арт.: 2118836 ИНФО PDF AN
Поиск
предложений
Программируемая микросхема смешанных сигналов в 20-выводном корпусе STQFN (2 x3 x 0,55 мм).Состав: Аналоговые блоки: 8-битный АЦП, два ЦАП, 6 компараторов, 2 фильтра, ИОН, 4 интегрированных генератора; Цифровые блоки: до 18 портов ввода/вывода, матрица соединений и комбинаторная логика, программируемые схемы задержки, программируемый функциональный генератор, шесть 8-битных счетчиков, три 14-битных счетчика, 3 ШИМ-генератора/компаратора.
SLG46620V
-
Поиск
предложений