中国南方人才市场电子申请表

中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELECTRONICLTD.頁次(PAGE)1/6第1页共6页基于中颖载波SOC的路灯远程监控应用城市路灯是人们日常生活中必不可少的公共设施，近年来，具备远程监控功能的智能化路灯监控系统逐渐得到推广应用，除了传统的高压钠灯、卤素灯外，新型的LED路灯更是广泛采用远程监控接口，以达到节能降耗，集约化，智能化管理的目标。电力线载波具有安装方便，免布线的天然优势，在各种远程控制中很早就有应用。实际应用中也发现载波在防雷方面具有较好的效果，载波信号通过磁环与外部线路耦合，可有效减少传导到芯片端的脉冲能量，减少器件损坏的风险。另外，在现有路灯的智能化改造中，载波模块可直接安装在灯杆底端的控制箱中，无需安装到灯头处，施工成本大幅降低。本文介绍基于中颖工业级载波SOC芯片SH99F01的路灯远程监控系统方案设计，并对监控系统的通信协议栈PLC-NT-SSL进行了详细介绍。1.SH99F01芯片特点SH99F01是一颗工业级电力线载波通信SOC，内建高性能载波调制解调模块，处理器为1T增强型8051MCU，主要特点如下：载波模块部分：系统方案：零中频全数字收发机。调制解调：63位直接序列扩频调制及DBPSK窄带调制双模方案。模拟前端：90dB总接收增益，内建模拟低通，带通滤波，10bitsDAC波形输出，输出增益4级可调。增强功能：真实RMS的接收信号强度指示（RSSI），数字频率合成，载波频率可寄存器设定，接收双通道分时复用。纠错编码：级联编码（RS编码+卷积编码+交织）。系统功耗：收发不超过10mA（发送不包含线路驱动功耗）。MCU部分：CPU：增强型8051（1T）内核，最大工作频率16M。片上存储器：16KBytesFlash程序空间；768Bytes片上SRAM；2KBytes类EEPROM。IO：最多16个IO端口，每个端口10mA驱动能力，内建上拉电阻。外设：1个增强型UART；3个16位定时器（Timer2具捕获功能）；4通道10位SARADC。其他：工作电压：VDD=3V～5.5V。ISP功能，可在线更新程序并支持SSP，JTAG仿真接口。BOM成本低，业界最具性价比的载波SOC方案。中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELECTRONICLTD.頁次(PAGE)2/6第2页共6页2.系统方案设计系统架构PLCSlaveClientPLCMasterHostPLCSlavePLCSlavePLCSlavePLCSlavePLCSlaveUARTUARTUARTUARTUARTUARTUARTGPRS/wirelessHost:ConcentratorEnd-Dev:StreetLightModulePLCMaster:PLCModulelinkwithHostPLCClient:PLCModulelinkwithEnd-DevicePowerLine集中控制器单灯控制器ClientClientClientClientClientBaseStationPowerLine图2-1基于载波的路灯远程监控系统架构如图所示，每个集中控制器下设一个控制子网，通过电力线连接各个单灯控制器，集中控制器再通过GPRS或其他无线或有线技术连接远程监控中心。集中控制器作为本地监控主机，负责解析远程监控中心的控制命令，监测本地路灯的运行状况，发现异常及时上报给监控中心。每个单灯节点都有独立的编号，在逻辑上构成一个树形网络。在上图架构中，基于SH99F01的载波SOC只负责网络的组建以及协议数据的透明传输，通过PLCMaster与PLCSlave模块，在Host与Client之间建立透明传输通道，其中Client负责具体灯具的监控动作。在一些简单的系统中，也可整合PLCSlave与Client功能，使用SH99F01的片内外围电路做一些简单的监控应用，如通断控制，PWM调光，电流电压采样，电缆防盗检测等。载波用于路灯网络特殊性说明电力线载波很早就用于中高压的电力调度，电力监控，低压的远程抄表，远程监控等领域，在中高压的电力载波机技术已经是种成熟技术，而低压的抄表，监控等应用也取得了不错的效果，但也遇到通信可靠性，稳定性方面的问题，这主要是由于电力线信道的开放性，时变性，强干扰与强衰减特性与载波芯片物理层技术的局限性所致，实际应用中必须配合组网技术来弥补物理层的不足。路灯网络是一种特殊的电力线网络，首先，路灯网络负载单一，一般一条线路采用同一类型路灯，可以有针对性的对线路负载与干扰进行一定优化，同时载波也可有针对性的采取一些对抗措施，获得较理想的传输通道，尤其是新型的LED路灯，其自身供电模块就有很高的EMI要求，对载波的影响更小；其次，路灯网络线路走向比较确定，拓朴结构简单，组网可以采用较为简化的方法进行，而每个路灯有规律分布，不太会出现通信无法达到的“孤岛”节点，并且每个路灯网络节点数量也有限，协议开销不高；再次，路灯网络控制方法也较为简单，以主从控制为主，由集中器以轮询或组播方式控制各个节点，必要时增加各个节点到集中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELECTRONICLTD.頁次(PAGE)3/6第3页共6页中器之间的主动报警功能以提高异常响应速度；最后，每条路灯线路都是一个独立的小系统，通过配变与10KV线路隔离，载波信号被局限在该配变下，配变与配变之间载波相互隔离，容易实现网络复用，达到大范围组网。基于以上原因，载波应用于路灯网络具有比传统载波应用更高的可靠性与适用性。3.协议栈PLC-NT-SSL协议PLC-NT-SSL协议是中颖PLC组网通信协议的一种，采用集中式主从控制方式，适用于路灯远程监控及类似系统。该协议具有如下特点：基于主从控制，载波集中器（PLCMaster）为主节点，载波终端（PLCSlave）为从节点，主节点可以轮询或组播方式控制或查询从节点状态；支持主动上报，载波终端可主动向载波集中器发送状态异常及报警信息；使用载波侦听，冲突退避算法（CSMA/CA），在多节点同时发送时可减少冲突；使用自动方式进行网络初始化，无需人工配置，路由表存储在载波集中器的EEPROM中，同时也可把组网拓朴结构传送给远程监控主机，以树状形式在主机界面显示；每条路径均提供备用路由，支持自动调整路由，支持自动搜索新路由；支持人工调整路由，支持新增节点及删除节点；支持五级中继，支持254个节点；物理层支持高频150KHz以上及低频150KHz以下载波频点，以满足不同地区频谱规范要求。PLC-NT-SSL协议设计为基于载波的“透明”传输协议，协议只负责构造PLCMaster与PLCSlave之间的双向数据传输通道，至于数据内容及应用层控制方式，则由终端应用厂商自行定义及开发。如图3-1所示，蓝色字体部分为协议栈的核心内容，分成4个层次，CL层为汇聚层，完成长数据包的拆解与拼接，NET层为网络层，完成路由寻址功能，MAC层为介质接入层，完成多点接入时的冲突避让，PHY层完成最底层的载波数据传输。对Host与Client而言，无需关心PLC层面的通信架构及具体执行，只需按照应用要求给出目标地址及相应的控制命令。ApplicationDataLinkPHYUARTPHYUARTCLLayerNETLayerPHYLayerMACLayerNETLayerPHYLayerMACLayerPHYUARTCLLayerNETLayerPHYLayerMACLayerApplicationDataLinkPHYUARTHOSTPLCMasterPLCRelayPLCSlaveCLIENTUARTPLCPLCUART中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELECTRONICLTD.頁次(PAGE)4/6第4页共6页图3-1PLC-NT-SSL协议栈PLC-NT-SSL协议采用软中继方法，通过网络中节点进行存储转发，图中PLCRelay在物理上就是个普通终端节点。协议栈使用PLC-NT-SSL协议分成两个工作阶段：（1）网络初始化阶段；（2）端到端数据透传阶段。1）网络初始化阶段此阶段在硬件安装完成后进行，通过一种优化的网络搜索算法，搜索网络中所有节点，每搜到一个节点，即存储该节点路由信息，并把该节点的网络状态标志为“联网”，同时路由信息也会发送给主机。如在此过程中由于某种原因未找到某个节点，该节点状态保持为“断网”，可在澄清原因后用自动或人工添加的方法把该节点加入网络。Host按照初始化帧格式加载节点信息（SN与netID）到PLCMaster设定RSSI门限，启动网络初始化配置全部节点信息加载完成？Host根据路由信息绘制树状网络拓扑结构图全部节点都搜索完成？每搜到一个节点，PLCMaster把路由信息存储在EEPROM中，同时发送给Host网络初始化完成，转入端到端数据透传阶段是否是否施工人员把网络中节点信息输入Host，包括节点SN以及拟分配的netID全部节点都找到？是否排除节点未找到原因自动/人工添加该节点成功添加？是否图3-2网络初始化流程中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELECTRONICLTD.頁次(PAGE)5/6第5页共6页每个路灯终端的识别信息（SN）可存放在Client主机中，也可存放在PLCSlave中，PLC-NT-SSL协议默认存放在PLCSlave中（存放在SH99F01内部的EEPROM中，可在生产时烧入），支持6字节SN信息。在协议工作时使用网络地址（netID）进行寻址，该netID在网络初始化之前需分配好，并建立SN与netID之间的一一对应关系，一旦完成网络初始化，所有寻址都以netID进行，SN不再参与。参与网络初始化过程的设备为Host，PLCMaster以及各个PLCSlave，而Client在此过程中不参与。初始化帧格式是针对Host与PLCMaster之间的通信设置，不涉及到终端的Client。用户使用PLC-NT-SSL协议进行组网通信，必须先由Host按照图3-2的初始化流程及图3-3的初始化帧格式进行网络初始化，而PLCMaster通过何种方式搜索到相应的PLCSlave，都内建在PLC-NT-SSL协议中，用户无需关心。FieldNameFieldLengthstartindicatortypelengthinformationCRC1byte1byte1byte1bytelength-2bytes2bytescommanddata1bytelength-3bytesextcode1bit7bits图3-3网络初始化帧格式2）端到端数据透传阶段与网络初始化不同，端到端数据透传是在Host与各终端Client之间进行的数据传输，此时网络初始化已经完成，路由已经建立，Host可以轮询或组播方式把控制命令发送给各终端Client，后者也可把报警信息上报给Host。PLCMaster与PLCSlave只是按照协议栈把透传数据帧进行转发，并不参与帧的解析。PLCMaster与PLCClient之间进行的是无确认的传输，控制命令的确认由Host层面完成，一般采用Command--Response机制，如Host发送“查询状态”Command，则目标Client返回“状态信息”Response。重传机制也在Host层面增加，通过indicator进行重复帧检测。netID为目标节点的网络地址，在Host下发各种控制及查询命令时，netID为各终端Client的网络地址，在Client响应命令或主动报警时，netID为PLCMaster地址。FieldNameFieldLengthstartindicatortypelengthinformationCRC1byte1byte1byte1bytelength-2bytes2bytescommanddata1bytelength-4bytesextcode1bit7bitsnetID1byte图3-4端到端数据透传帧格式中穎電子股份有限公司SINOWEALTHELEC