Быстро и надежно! Передача данных по сетям питания с помощью IT900 компании Yitran

| Yitran Technologies

Ранее на портале Унитера уже публиковалась статья, посвященная вопросам передачи данных по электрическим сетям с помощью узкополосного PLC-модема IT700 от компании Yitran: «Медленно, зато надежно. Передача данных по сетям питания с помощью IT700 компании Yitran». Название этой статьи достаточно точно отражало особенности такого канала связи – надежность передачи была высокой, но максимальная скорость обмена составляла всего 7,5 кбит/с. Теперь Yitran предлагает пользователям следующее поколение модемов IT900 со скоростями до 500 кбит/с.

Компания Yitran – один из лидеров в области передачи данных по электрическим сетям

Рис. 1. Компания Yitran – один из лидеров в области передачи данных по электрическим сетям

В последнее время все большую популярность получают беспроводные технологии передачи данных, которые являются отличным решением для Интернета вещей (IoT). Как правило, они применяются для автономных маломощных устройств с аккумуляторным питанием. Вместе с тем, существует огромная группа устройств, которые принципиально требуют проводов для питания от электросети: бытовая техника, промышленные станки, электрические счетчики. Этот список можно продолжать до бесконечности.

Естественно, у инженеров возникло желание использовать существующие электрические сети для обмена данными (Powerline Communication, PLC.), ведь это позволяет создавать физический канал с минимальными затратами времени и денег, тем более, что сейчас все современные объекты имеют подключение к электросети: жилые дома, торговые центры, фабрик и заводы и т. д. (рис. 2).

Электрические сети – готовая среда для передачи данных

Рис. 2. Электрические сети – готовая среда для передачи данных

При использовании электросети для передачи данных требуется решить несколько проблем: организовать гальваническую развязку, обеспечить возможность обмена при высоком уровне шумов, решить стандартные вопросы построения сетей. Под стандартными вопросами понимается создание механизма арбитража и адресации, разрешение коллизий и т. д. Задач много, но все они оказываются решаемыми, что и доказывают узкополосные модемы от израильской компании Yitran.

Израильская компания Yitran долгое время выпускала PLC-модемы IT800, которые требовали дополнительных усилителей и выходных цепей. Позже на смену IT800 пришел модем IT700, у которого выходной каскад был интегрирован в микросхему.

Модемы IT800 и IT700 позволяли производить обмен данными по электросетям со скоростью до 7,5 кбит/с (для американского и японского рынка) и до 2,5 кбит/с (для европейских систем). При этом, скорость передачи во многом была ограничена из-за необходимости обеспечения высокого уровня надежности в условиях высочайшего уровня шумов. По этой причине лозунг «Медленно, но надежно» был весьма уместен для этих микросхем.

В 2009 году Yitran анонсировала появление PLC-модемов IT900 с увеличенной скоростью передачи до 150 кбит/с (рис. 3). Однако в ходе разработки скорость передачи была поднята до 500 кбит/с.

Внешний вид PLC-модема IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP

Рис. 3. Внешний вид PLC-модема IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP

PLC-модем IT900 представляет собой систему-на-кристалле (System-on-a-Chip, SoC), которая интегрирует в одном корпусе множество функциональных блоков: микроконтроллер c ядром M16C/ 60, блок физического уровня PHY, блок канального уровня DLL (Data Link Layer), контроллер входов-выходов, выходной каскад со встроенными усилителями (рис. 4).

Структурная схема PLC-модема IT900

Рис. 4. Структурная схема PLC-модема IT900

На физическом уровне PHY модемы IT900 обратно совместимы с IT700 и IT800, однако имеют важное преимущество. В них вместо технологии модуляции DCSK используется DCSK Turbo, которая позволяет поднять максимальную скорость от 7,5 кбит/ до 500 кбит/с, то есть больше, чем в 40 раз!

DCSK (Differential Code Shift Keying) – вид модуляции со скачкообразным изменением частоты. В DCSK данные передаются группами – слотами по 4 или 6 бит. При этом слот делится на 16 или 64 интервала. Кодирование конкретного числа происходит за счет временного смещения исходного частотно-модулированного сигнала, соответствующего числу 0. Рассмотрим упрощенный пример.

При использовании 4-битных данных слот разбит на 16 сегментов. Передача 0000 соответствует увеличению частоты от 20 до 40 кГц. Передача двоичного числа 1000 соответствует увеличению частоты от 30 до 40 кГц, в первой половине слота, и от 20 до 30 кГц во второй половине слота. То есть исходный модулированный сигнал, соответствующий 0000, был сдвинут на 8 сегментов.

В IT900 используется узкополосный вариант PLC, частота модуляции в котором зависит от требований стандартов конкретной страны. В США для этих целей выделен диапазон 100-400 кГц в соответствии с требованиями FCC (Federal Communications Commission). Аналогичный диапазон доступен в Японии (стандарт Association of Radio Industries and Businesses, ARIB). В Европе частотный диапазон разбит на две части в соответствии с требованиями CENELEC (Commission Européenne de Normalisation Électrique): для производителей оборудования и поставщиков электроэнергии 9-95 кГц (CENELEC Band A), для потребителей 95-125 кГц (CENELEC Band B).

Скорость передачи зависит от частоты модуляции: 1,25…500 кбит/с (FCC/ ARIB Bands), 0,625…150 кбит/с (CENELEC Band A), 0,625…75 кбит/с (CENELEC Band B).

Достоинствами DCSK являются: возможность работы с уровнями сигналов меньшими, чем уровень шумов; высокая стойкость к импульсным помехам; устойчивость к изменению импеданса и затуханию сигнала.

На канальном уровне DLL (Data Link Layer) модемы IT900 позволяют организовывать до 1023 логических сетей с числом узлов в каждой сети до 2047.

DLL используется протокол CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) – множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий.

Основной топологией сети на базе модемов IT900 является дерево. При этом модем может выполнять как роль концентратора Network Coordinator (NC), так и рядового узла сети remote stations (RS).

В модемах IT900 реализован протокол Y-Net, который работает на более высоких уровнях модели OSI и который позволяет реализовывать протоколы ZigBee/ SE 1.0, IPv4 и PIv6.

Для взаимодействия с IT900 управляющий контроллер или процессор может использовать различные доступные интерфейсы, в частности UART. Управление IT900 производится с помощью стандартных команд.

IT900 выпускается в 100-выводном корпусе HTQFP и требует питания 3,3 В.

Кроме управляющего контроллера или процессора для подключения IT900 понадобится трансформатор для гальванической развязки с сетью.

Для быстрого освоения IT900 компания Yitran предлагает готовые модули PIM (Plug-In Module) и отладочные блоки STK4 (рис. 5, рис. 6).

Внешний вид модуля расширения (PIM, Plug-In Module) на базе IT900

Рис. 5. Внешний вид модуля расширения (PIM, Plug-In Module) на базе IT900

На рис. 6 показан состав отладочного набора Y-Net Package Contents. В него входят шесть блоков STK4. Физически они идентичны, но отличаются прошивкой: один из них настроен для работы в качестве концентратора (NC), а оставшиеся пять работают в режиме удаленных станций (RS).

Отладочный набор STK4

Рис. 6. Отладочный набор STK4

Простейшее соединение точка-точка требует пары STK4, двух блоков питания и двух ПК с установленной программой PLC Studio (рис. 7).

Схема простейшего соединения точка-точка

Рис. 7. Схема простейшего соединения точка-точка

В качестве заключения хотелось бы отметить, что PLC-модемы IT900 от Yitran уже нашли свое применение в различных приложениях:

  • интеллектуальные счетчики потребления;
  • системы «умный дом»;
  • системы сигнализации;
  • управление уличным освещением;
  • контроль за торговыми автоматами и т. д.

Характеристики модема IT900:

  • тип модуляции: DCSK Turbo;
  • соотношение сигнал-шум: <-7 дБ (AWGN), <-30 дБ (CW);
  • диапазоны частоты модуляции: 100-400 кГц (FCC/ ARIB Bands), 9-95 кГц (CENELEC Band A), 95-125 кГц (CENELEC Band B);
  • скорость передачи данных: 1,25…500 кбит/с (FCC/ ARIB Bands), 0,625…150 кбит/с (CENELEC Band A), 0,625…75 кбит/с (CENELEC Band B);
  • коррекция ошибок: прямая коррекция ошибок (Forward short-block soft decoding error correction code) и CRC16;
  • чувствительность приемника: 1 мВ;
  • динамический диапазон: > 85 дБ;
  • интерфейсы связи с хостом: UART/ SPI/ I²C/ JTAG/ аналоговый;
  • число портов ввода-вывода: 24;
  • потребление в режиме приема: <300 мВт;
  • размер сети: 2000 узлов;
  • напряжение питания: 3,3 В;
  • корпус: 100-выводной HTQFP.

Состав отладочного набора Y-Net Package:

  • концентратор на базе STK4 (NC, Network Coordinator): 1 шт.;
  • узел сети на базе STK4 (RS, Remote Station): 5 шт.;
  • диск с ПО: 1 шт.
Производитель: Yitran Technologies
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
IT900 PIM
IT900 PIM
Yitran Technologies
Арт.: 1920557 ИНФО PDF
Поиск
предложений
SoC - PLC модем и микроконтроллер с 24 портами ввода-вывода. DSCK модуляция обеспечивает надежную коммуникацию на скорости до 500Кбс. До 1023 сетей и до 2047 узлов в сети. AES 128 шифрование. Рабочая дальность до 2 км. Поддержка IPv4 и IPv6
IT900 PIM
-
Поиск
предложений
IT900-RD-002-R1.1
IT900-RD-002-R1.1
Yitran Technologies
Арт.: 1931414 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900-RD-002-R1.1
-
Поиск
предложений
IT900 Y-Net Package
IT900 Y-Net Package
Yitran Technologies
Арт.: 1931420 ИНФО PDF
Поиск
предложений
В cостав отладочного набора Y-Net Package входят шесть блоков STK4
IT900 Y-Net Package
-
Поиск
предложений
IT900-UM-002-R1.2
IT900-UM-002-R1.2
Yitran Technologies
Арт.: 1931421 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900-UM-002-R1.2
-
Поиск
предложений
IT900-YRAINC
IT900-YRAINC
Yitran Technologies
Арт.: 1931476 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900-YRAINC
-
Поиск
предложений
IT900PIM9AFC
IT900PIM9AFC
Yitran Technologies
Арт.: 1931913 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900PIM9AFC
-
Поиск
предложений
IT900-PIM908-CB
IT900-PIM908-CB
Yitran Technologies
Арт.: 1938429 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 - система-на-кристалле (SoC), интегрирующая в одном корпусе микроконтроллер c ядром M16C/ 60, блок физического уровня PHY, блок канального уровня DLL (Data Link Layer), контроллер входов-выходов, выходной каскад со встроенными усилителями.
IT900-PIM908-CB
-
Поиск
предложений
IT900-PIM908-CA
IT900-PIM908-CA
Yitran Technologies
Арт.: 1938430 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 - система-на-кристалле (SoC), интегрирующая в одном корпусе микроконтроллер c ядром M16C/ 60, блок физического уровня PHY, блок канального уровня DLL (Data Link Layer), контроллер входов-выходов, выходной каскад со встроенными усилителями.
IT900-PIM908-CA
-
Поиск
предложений
IT900-PIM908-CA2
IT900-PIM908-CA2
Yitran Technologies
Арт.: 1938431 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900-PIM908-CA2
-
Поиск
предложений
IT900-PIM908-CA4
IT900-PIM908-CA4
Yitran Technologies
Арт.: 1938432 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 - система-на-кристалле (SoC), интегрирующая в одном корпусе микроконтроллер c ядром M16C/ 60, блок физического уровня PHY, блок канального уровня DLL (Data Link Layer), контроллер входов-выходов, выходной каскад со встроенными усилителями.
IT900-PIM908-CA4
-
Поиск
предложений
IT900-PIM908-ARIB
IT900-PIM908-ARIB
Yitran Technologies
Арт.: 1938434 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 в 100-выводном корпусе HTQFP со скоростью передачи до 500 кбит/с, питание 3,3 В.
IT900-PIM908-ARIB
-
Поиск
предложений
IT900-PIM9A-CA
IT900-PIM9A-CA
Yitran Technologies
Арт.: 2298703 ИНФО PDF
Поиск
предложений
PLC-модем IT900 - система-на-кристалле (SoC), интегрирующая в одном корпусе микроконтроллер c ядром M16C/ 60, блок физического уровня PHY, блок канального уровня DLL (Data Link Layer), контроллер входов-выходов, выходной каскад со встроенными усилителями.
IT900-PIM9A-CA
-
Поиск
предложений