Простая схема для передачи информации по низковольтным силовым линиям. Передача сигналов управления по шине питания
После ознакомления с нижеследующим материалом шутка о «киллере Ethernet-карт», представляющем собой патч-корд со штекером RJ-45 на одном конце и вилкой подключения к сети 220 В на другом, уже не покажется настолько остроумной. Правда, в разрыв этого провода нужно будет включить соответствующий PowerLine-адаптер…
Известная шутка о том, что большинство изобретений происходит от человеческой лени, очень хорошо применима к сетям передачи данных. С тех пор как наличие связи между компьютерами в офисе стало обязательным, а Ethernet превратилась в стандарт де-факто, не прекращались попытки сделать эту связь еще проще например, избавившись от необходимости прокладывания дополнительных кабелей.
О различных технологиях, позволяющих «сэкономить» на разводке отдельной сетевой инфраструктуры, мы уже писали не раз например о HomePNA, предполагающей использование телефонной проводки , или о беспроводных сетях стандарта Wi-Fi/802.11x . Технология же, о которой пойдет речь сегодня, использует для построения локальных сетей… обычную электропроводку, существующую в любом здании.
Технология PowerLine имеет сложную и переменчивую судьбу. Несколько раз ей прочили центральное место в развитии домашних информационных сетей. Потом «забывали» о ней, чтобы по мере совершенствования технологической базы снова вернуться и провозгласить ее чуть ли не панацеей. Не баловали вниманием этот сектор рынка ни исследовательские агентства, ни IT-издания (как выяснилось, в Рунете есть всего пара более или менее серьезных публикаций на эту тему, а в Uanet и того меньше).
Отчасти желая заполнить сложившийся информационный вакуум, отчасти в связи с очередной волной коммерческого интереса к этой демократичной и, на первый взгляд, чрезвычайно простой идее, мы решили продолжить разговор, начатый в обзоре «PowerLine Networking, или Гигабиты из электророзетки », дополнив его рассказом о том, ценой каких усилий достигается устойчивая работа через сеть питания. Вниманию читателей предлагаются детальный обзор технологии PowerLine, а также тесты и наши впечатления от эксплуатации устройств, которые по достаточно приемлемым ценам уже реально присутствуют на отечественном рынке.
Вы уж нас-то совсем за дураков не держите.
Вы тут в проекте указали 70 метров кабеля и 10 сетевых розеток.
А у нас что, по-вашему, компьютеры до сих пор от солнечной
энергии питались? Вы, может быть, и дырки новые сверлить собрались?…
(Из обсуждения калькуляции на сеть, 1996 г.)
Из всей этой достаточно комичной истории, когда пришлось долго и аргументированно доказывать финансовому директору небольшой компании, что информационный кабель и розетки действительно укладывать и монтировать нужно, ведь сеть питания это одно, а информационная сеть абсолютно другое, запомнился финальный вопрос, символизирующий прощание с последней надеждой: «Так что, по тем же проводам никак нельзя?». Если закрыть глаза на некоторую «нетехническую» постановку самого вопроса, этого человека достаточно легко понять. Только-только закончился шикарный ремонт особняка, и необходимость работы организации с хорошо налаженной системой «дискетооборота», размещенной всего в четырех помещениях на трех этажах, в единой сети диктовалось более соображениями престижа, нежели насущной потребностью.
Можно ли было в те времена ответить на этот вопрос утвердительно? В далеком 1996 г. нет. Беспроводные сети дорого и нестабильно. Как поныне здравствующие технологии и протоколы передачи по энергосетям (X-10, CEBus, LONWorks), так и множество других, с рекламных полос обещающих «насытить интеллектом наше жилище» и впоследствии бесследно канувших в Лету, были на отечественном рынке скорее экзотикой. Они характеризовались либо низкой скоростью обмена, либо слабой помехозащищенностью, либо первым и вторым одновременно, и отпугивали неоправданно высокой стоимостью оконечных устройств.
PowerLine: детство, отрочество, юность
…и опыт, сын ошибок трудных…
А между тем история сохранила много попыток использования в качестве физической среды для обмена данными «неприспособленные» провода. Проще, разумеется, оперировать с телефонными «медными парами» их параметры были стандартизированы, а к правилам прокладки предъявлялись достаточно жесткие, унифицированные в ряде стран, требования. Наверное, поэтому первой жизнеспособной технологией передачи по альтернативным проводам стала технология, предложенная компанией Tut Systems (середина 90-х годов). Как известно, на ее основе вскоре приняли стандарт передачи данных по телефонной проводке, HomePNA 1.0. Пускай первая версия этого стандарта не была очень «продвинутой», но в сети по HomePNA 1.0, насчитывающей до 7-10 компьютеров, в целом удавалось получить 1 Mbps при дальности между ними порядка 100-150 м.
Хотя домашняя сетевая проводка по ряду причин, к которым мы вернемся позже, среда еще менее благодатная, идея использовать один транспорт для питания устройств и передачи управляющих сигналов уходит своими корнями чуть ли не к началу эры электричества. В патентных анналах 20-х годов XX столетия удалось обнаружить предложение, основанное на «…использовании тонов нескольких голосовых [звукового диапазона. Прим. автора] частот для включения и отключения приспособлений по проводам, по которым оно питается». Причем в качестве задатчика управляющего сигнала в расширенной патентной формуле предприимчивый автор «застолбил» употребление… свистка и микрофона с усилителем.
А вот объективно утверждать, кто именно сделал следующий решающий шаг «в розетку», достаточно сложно развитие технологии представляло длинную цепочку из тактических исследовательских побед и стратегических рыночных поражений. Проводимые поисковые работы характеризовались разрозненностью и отличались по направлениям: одни компании ставили перед собой задачу избавиться от дополнительных проводов при передаче аудиосигналов, в результате их работы уже в 40-х годах появились различные «бебифоны» и «интеркомы». Другие (это уже относится к концу 70-х) бросили силы на помехозащищенные системы управления по питающей сети, для функционирования которых не требовались высокие скорости обмена. Третьи путем различных изощрений старались «втиснуть» полосу, занимаемую видеосигналом (она составляет единицы мегагерц), в обычный кабель питания. Правда, на практике часто выяснялось, что экономическая эффективность от использования этих решений, как правило, оказывалась мнимой.
Стало очевидно, что воплощая хоть и хитроумные, но, по сути своей, аналоговые либо квазицифровые подходы к формированию, кодированию и передаче информации и будучи связанными существующими на тот момент технологическими ограничениями (как то: высокая стоимость DAC, ADC и других компонентов тракта цифровой обработки сигналов), коммерческих версий «серьезных» устройств не создать. Это, в конце концов, охладило пыл изыскателей, и добрый десяток лет идея потихоньку «варилась в собственном соку». Однако до сих пор на рынке можно найти работающие по сетевым проводам связные (интеркомы, мини-АТС) и несложные управляющие устройства (например, зажиганием нескольких ламп в люстре), выпускаемые серийно, а в Internet встретить описание оригинальных проектов и различных интересных конструкций: от любительских (как правило, использующих для формирования набора команд тоны звукового или ультразвукового диапазона частот) до датчиков, дешифраторов и командоаппаратов для нужд промышленной электроники.
И как бы по-детски примитивно ни выглядели эти устройства с высот технологического развития сегодня, именно благодаря ряду концептуальных решений тех лет мы можем сегодня рассказать об устройствах передачи информации по проводам питающей сети, которые на практике доказали, что способны обеспечить высокие скорость и помехозащищенность процесса обмена и обладают достаточным ресурсом для адресации устройств в сети. Последний факт особенно важен при массовом распространении, так как определяет возможность однозначно идентифицировать, к кому направлена информация. Для тех, кто считает это требование не столь критичным, напомним американский анекдот, повествующий о том, как нажатие на кнопку сетевого пульта дистанционного управления кофеваркой (по-видимому, работающего на принципах, близких к вышеупомянутому патенту!) привело к выполнению команды на размораживание холодильника и включение полива газонов на участке у соседа.
Период отрочества в развитии технологии обычно связывается с целым рядом проводимых в 1997-2000 гг. экспериментов по передаче данных и голоса в рамках пилотных проектов ведущих исследовательских лабораторий. Кроме малоизвестных на тот момент компаний, в них принимали участие такие гиганты телекоммуникационной индустрии, как Siemens, Nortel и несколько провайдеров услуг связи Германии и Великобритании. И хотя планы строились поистине наполеоновские (Norweb Telecom успел заключить договоры с десятком ведущих энергокомпаний Евразии) и обещания раздавались щедро (1,5 пфеннига за минуту работы в Internet), идее широкомасштабного использования электропроводки в очередной раз «не повезло».
Объяснений и причин этому можно привести множество: и высокий уровень побочных излучений устройств, и их стоимость, сравнимая с ценой DSL- и кабельных модемов, и конструктивное несовершенство оконечных устройств, и нестабильно работающее ПО к ним, и жесткий прессинг со стороны больших телекоммуникационных компаний… Все это так, но, по мнению автора, не последнюю роль здесь сыграли допущенные маркетинговые ошибки, связанные с особенностями восприятия решений теми, кому они адресовались. Вспомним, что именно на эти годы пришлось победное шествие «витой пары» под лозунгами «Fast Ethernet в каждый офис». И ответственные за небольшие офисные сети специалисты, намучившиеся с BNC-разъемами и оконечными терминаторами, были явно не склонны к экспериментам с новой и к тому же достаточно сырой технологией, не обещавшей высоких скоростей и наследующей топологию приевшегося «коаксиального» Ethernet. Что же касается осторожных рядовых бюргеров, участвующих в экспериментах… Расчет на то, что они будут отстаивать технологическое решение, пускай даже очень многообещающее, в ущерб своим текущим потребностям и финансовым интересам, как неоднократно свидетельствует история развития техники, заранее обречен «…ему покажешь медный грош и делай с ним что хошь».
Пускай первые попытки поставить на коммерческую основу организацию домашних сетей и «раздачу» Internet не привели к ожидаемому перевороту на рынке телематических услуг, уже в 2001 г серийно выпускаемые устройства со скромной надписью «HomePlug 1.0» доказали в ходе эксплуатационных испытаний, проведенных в 500 домах, что эффективная работа через сеть электропитания возможна в 98% случаев.
Рис. 1. Перспективы, нарисованные аналитиками, внушают оптимизм
Заложенные в стандарт надежность, живучесть и достаточно большая скорость, по мнению аналитиков, заставили задуматься телефонные компании, насколько крепко они удерживают «свой кусок пирога», что послужило одним из факторов дальнейшего снижения цен на услуги по подключению к Сети.
Предоставление услуг по доступу в Internet наиболее привлекательная, хотя и не единственная сфера применения технологий передачи информации по проводам питания. На сегодня все известные направления, в рамках которых видится развитие подобных систем как основы для обмена информацией через сети питания, можно попытаться условно разделить на три группы.
Группа первая. Среда для информационного обмена между приборами контроля и управления системы домашней автоматики
Дом, полный электроприборов и радушно обслуживающий своих хозяев, появился в фантастических романах Рэя Брэдбери еще в 60-х годах. И до сих пор большинством из нас эти идеи воспринимаются как научно-популярная фантастика, отнюдь не дешевая и далеко не жизненно необходимая. Но ведь в исходной идее связать воедино контроллер (блок управления), компьютер, принтер, телефон, датчики климат-контроля и различные исполнительные устройства (как то: управляемые выключатели, кондиционер, обогреватели, кухонные бытовые приборы, аквариум и систему полива газона) ничего зазорного и сверхъестественного не содержится. Более того, уже доступные для реализации ее отдельные элементы сегодня могут и должны рассматриваться как базис для создания комфортной, автономной, безопасной и энергосберегающей (по некоторым оценкам до 20-25% расходов) системы управления будущего. Можно предполагать, что по мере дальнейшего роста стоимости энергоносителей и электроэнергии сроки ее окупаемости будут снижаться. И хочется верить, что уже в недалеком будущем значительные начальные вложения престанут быть серьезным препятствием для их внедрения…
Ясно, что такая единая среда, включающая и ПК, и компьютерную периферию, и бытовые устройства, сможет функционировать только при наличии локальной информационной сети, основное требование к которой высокий и гарантированный уровень надежности, обусловливаемый, в первую очередь, степенью совершенства используемой технологии обмена данными. Очевидно и то, что появление интерфейсных гнезд для подключения USB, FireWire либо Ethernet на чайнике, пылесосе или светильнике-бра вряд ли будет воспринято покупателем с радостью. Хотя не будем зарекаться наверняка найдется производитель, который умудрится не только интегрировать все это в свою кофеварку, но и убедить клиента в том, что тот мечтал об этом всю свою жизнь.
Кстати, именно с появлением новых версий технологий передачи информации связывается процесс переосмысления концепции домашней системы безопасности, включающей широкий спектр датчиков (пожарных, движения, разбития стекла и др.), подсистем мониторинга (в том числе камер слежения), средств пожаротушения и управления доступом к объектам. Здесь, правда, следует расставить акценты. Пока речь может идти об «охранках», применяемых как вспомогательные (либо дополнения к уже имеющимся, либо автономные), ведь для подключения к централизованной охранной или пожарной системе может потребоваться соответствующий сертификат как на датчик, так и в целом на технологию передачи этой информации. По ряду предварительных оценок, технические параметры таких решений охранных систем (в первую очередь по критериям надежности и защищенности канала передачи) сравнимы или даже лучше, чем у существующих беспроводных.
Группа вторая. PowerLine Phones & Media
В принципе, на рынке телефонных решений встречаются и оригинальные устройства. Так, еще летом 2002 г. компания Ascom из Берна сообщила, что приступила к выпуску новой серии, построенной на фирменном PLC-адаптере. В основе решения Voice over PowerLine, предлагаемого компанией, небольшие симпатичные коробочки, к каждой из которых можно подключать от одного до четырех голосовых (или факсимильных) оконечных устройств и организовывать до двух пар телефонных переговоров одновременно. В пресс-релизе подчеркивается, что использование продуктов нового типа не ухудшает параметров «компьютерного» обмена в сети на электропроводке.
В остальном же решения для телефонии базируются на стандартных классических Voice over IP, а адаптерам PowerLine отводится роль банальных конвертеров среды Ethernet-to-PowerLine, в сетевой разъем которого подключается телефонный IP-аппарат.
Первый эксперимент по передаче музыки в рамках идеи объединения бытовых электронных устройств в единую домашнюю инфраструктуру связывают с демонстрацией компаний Motorola, Phoenix Broadband и Sonicblue, когда подключенный к электророзетке компьютер отправлял по сети файлы, загруженные из Internet, на MP3-плеер Sonicblue Rio.
Основные требования к подобным системам обеспечение определенного QoS и, во втором случае, также удовлетворение растущих «аппетитов» приложений потоковой передачи аудио- и видеоинформации с высоким качеством. Они ужесточаются, если таких потоков несколько, либо параллельно осуществляется передача данных другими типами приложений. Практически при использовании устройств стандарта HomePlug 1.0 была доказана возможность передачи двух потоков MPEG-1/2 без ощутимых задержек при одновременном сохранении сетевой активности (некоего усредненного стандартного «потокооборота») между пятью-шестью другими абонентами. Знаменательным событием стала практическая демонстрация на прошедшей в Лас-Вегасе в начале 2003 г. Consumer Electronics Show первой передачи со скоростью 30 fps высококачественного видео по развернутой на стенде сети PowerLine. Проводился показ компаниями ViXS Systems (разработчик чипов и ПО для видео) и Cogency Semiconductor (производитель чипсета PiranhaT). Кстати, сообщается, что эксперимент дублировался трансляцией через WLAN-канал, и разницу между первым и вторым способами передачи обнаружить не удалось.
Группа третья. PowerLine Networking и PowerLine Internet
Тенденция увеличения числа компьютеров в доме продолжает набирать обороты, что требует появления дешевых и удобных средств для объединения компьютеров и периферийных устройств в единую сеть, когда прокладка новых проводов недопустима либо нецелесообразна (рис. 2).
Рис. 2. Структура домашней сети PowerLine. Подключаемся к intranet/Internet
Однако обсуждением только одного случая соединения нескольких устройств в пределах одной квартиры либо частного дома возможности применения PowerLine не ограничиваются.
Вторым аспектом применения технологии «сеть поверх питания» является решение проблемы «последней мили» и «последних футов» при подключении к Сети. Более того, в 1999 г. такое решение проблемы считалось настолько экономически правильным, что был «раскручен» проект со звучной аббревиатурой PALAS PowerLine for Alternative Local AccesS, призванный всячески способствовать внедрению технологии на европейский рынок. Расчет его участников основывался на том, что сети электропитания покрывают до 95% обжитых человеком территорий. Ячейки такой инфраструктуры достаточно регулярны, да и, по предварительным оценкам, число потенциальных пользователей, для охвата которых нет необходимости создавать новую кабельную инфраструктуру, превышает количество телефонных абонентов в 1,5–5 раз (в зависимости от уровня телефонизации региона). Эксперты обоснованно считали, что там, где телефонная связь развита недостаточно, спрос на подключение к Internet через электрическую сеть будет на порядок выше. Правда, что касается самой PALAS, то, судя по состоянию сайта palas.regiocom.net, особой активностью работа ее членов не отличается.
Структура такого информационного образования может быть аналогичной изображенной на рис. 2. Проектную максимальную полосу в пересчете на одного абонента, как правило, снижают до 300–500 kbps. При этом, однако, возрастают требования к уровню минимального уровня информационной безопасности (механизмам аутентификации пользователя и шифрования потоков данных) ведь топология образованной сети аналогична топологии коаксиального Ethernet и позволяет «каждому слушать всех».
Для тех, кому возможности PowerLine «на прием» покажутся все же недостаточными, можно предложить воспользоваться уже апробированными решениями асимметричного доступа к информации. Например, со спутника пользователь получает входящий трафик на скоростях до единиц MBps, а наземными линиями связи пересылает небольшой исходящий трафик. Такое решение задачи «последней мили» легко вписывается в вышерассмотренную структуру и в первую очередь ориентировано на небольшие компании и взыскательных частных пользователей.
Однако и тут нам придется сделать небольшое отступление, напомнив об отличиях зарубежных систем электропитания от отечественной. Если в большинстве стран мира принято подводить две фазы и защитный «нуль», то практически все квартиры украинских энергопотребителей довольствуются подключением к одной из трех фаз сети 380 В и «нулю», т. е. если рассматривать задачу построения единой сети на базе многоквартирного дома (а максимальная дальность HomePlug-устройств это позволяет), то для объединения всех пользователей в «общую шину» между «фазами» необходимо будет включить соответствующие мосты. Не вдаваясь в особенности схемотехники этого достаточно простого устройства, заметим, что задача создания инфраструктуры может выходить за рамки простой инсталляции уже готовых, апробированных и сертифицированных на Западе решений. Хотя при большом числе клиентов может оказаться целесообразным объединять три группы (подсети) в единую сеть с помощью соответствующего коммутатора уже непосредственно перед вводом внешнего канала в дом.
Заканчивая этот небольшой анализ, еще раз оговоримся, что попытка разграничить сервисы более чем условна в развитии современных сетевых технологий следующей по важности тенденцией после повышения скорости является стремление объединить в едином сетевом потоке различные виды трафика (данные, телефонию, видео). Другое дело, что требуемой полосы пропускания при всех желаемых сервисах одновременно (а она, как выяснилось, для устройств PowerLine даже менее 10 Mbps) может оказаться недостаточно (рис. 3).
Рис. 3. Тенденция на объединение всех групп устройств. Хватит ли полосы?
И наконец, тем, кто намерен организовать предоставление услуг по доступу к Сети, придется вернуться и к вопросу разработки комплекта ПО для удаленного администрирования и мониторинга с расширенными функциями, обусловленными спецификой данной технологии. Такой комплект, кроме стандартных для этого случая сетевых возможностей, должен позволять:
- обнаружить все устройства, находящиеся в сети, и определить их тип (адаптеры Ethernet, USB или карта PCI) и присвоенный производителем MAC-адрес, а также предоставить администратору возможность определить и присвоить IP-адрес устройства;
- вести постоянный мониторинг сети и создавать графики загруженности того или иного участка, а также собирать статистику трафика по каждому из используемых протоколов, оперативно контролировать и проверять качество соединения с каждым из устройств в сети (на уровне физического соединения);
- удаленно управлять правами доступа клиентов к услуге (осуществлять подключение/отключение пользователя), изменять пароль для создания пользовательской сети со своими настройками безопасности. Нелишним окажется предоставление возможности оператору назначить, какому из конкретных устройств (если их у одного клиента несколько) разрешить доступ к услуге. Таким образом, можно будет, например, заблокировать установку пользователем любого приобретенного им самостоятельно PowerLine-адаптера без согласования с провайдером услуг.
Забегая вперед, отметим, что на сегодня из всех рассмотренных программных пакетов по функциональности к этим требованиям ближе всех комплект ПО Open PowerLine Management от компании Corinex. В ее состав входит утилита PowerNet Setup Tool, позволяющая найти все MAC-адреса доступных устройств PowerNet. Однако на практике выяснилось, что для ее работы необходимо присутствие в сети хотя бы одного «родного» устройства.
На этом мы пока и остановимся, предоставив экономистам возможность провести более глубокий анализ. Очевидно, что заложенный в PowerLine потенциал огромен, и уже по состоянию на сегодня использование технологии может стать предметом бизнеса, в частности, для энергообеспечивающих компаний. В качестве примера можно привести программу «Мосэнерго», проводимую в Зеленограде, бывшей «кремниевой столице» России. На первом этапе предполагается разрешить насущные проблемы, связанные с учетом потребления электроэнергии и управлением системой энергоснабжения. На следующем планируется предоставление услуг по доступу в Internet, IP-телефонии, организации телеконференций и других.
Технологии передачи управляющих сигналов и информации по сетевой проводке
PowerLine определение и классификация
PowerLine, Powerline Communications (PLC) семейство технологий связи, которые основываются на использовании существующей сети электропитания (120 В, 220 В и т. п.) в качестве физической среды распространения информации.
Как существующие в рамках этих технологий направления исследований, так и уже реализованные «в железе» устройства, можно дифференцировать по скорости обмена.
- Низкоскоростной обмен (Low Baud rate, иногда ниже 0,05 Kbps) с дальностями передачи до десятков километров. Подобные PLC-системы уже используются в энергетике на высоковольтных магистральных системах для передачи служебной телеметрической информации.
- Обмен со средней скоростью передачи (Medium Baud rate, обычно в диапазоне от 0,05 до 50 Kbps) на средние расстояния, не превышающие нескольких километров. Такие PLC-системы позволяют реализовать несложные контролирующие приложения и ориентированы на существующие инфраструктуры сетевого питания (домашняя автоматизация, системы управления освещением, организация автоматических измерений, мониторинг через Internet и т. п.). Информация передается в полосе частот 50-535 кHz.
- Высокоскоростной обмен (High Baud rate, от 100 Kbps). Основное предназначение «компьютерный» локальный обмен данными. К классическим для таких систем обычно относят задачи объединения в ресурсы общего доступа имеющихся принтеров, сканеров и других устройств, а также организацию домашней либо компьютерной сети SOHO. В этот класс справедливо было бы включить решение всего спектра мультимедийных задач. Устройства в силу ряда противоречивых требований вынуждены занимать достаточно широкую полосу частот (в диапазоне от 1,7 до 30 MHz) и обеспечивать работу на расстоянии до нескольких сотен метров. К этой категории относятся Homeplug PowerLine-устройства.
Проблемы, связанные со средой передачи, или
Неужто все так сложно?
Собственно, если углубиться в технические проблемы, то можно попытаться объяснить, почему по стоимости адаптер PowerLine нельзя сопоставлять с Ethernet-картой. Не стоит забывать, что последняя рассчитана на использование в комбинации со специально под нее спроектированной средой передачи, и именно это позволяет ей быть простой, доступной и дешевой. Но стоит взяться за передачу по «неспециализированным» проводам и конструкция становится сложной и недешевой: она вынуждена своей сложностью и дороговизной компенсировать работу с суррогатом сетевых кабелей.
Рассмотрим поподробнее. Нас будет интересовать в дальнейшем полоса частот в несколько десятков мегагерц, ее минимальное значение определяется той информационной полосой, которую необходимо обеспечить, в нашем случае до десятка Mbps. Итак, в сетевом кабеле с ростом частоты (как, впрочем, и в любом другом фидере) растет значение погонного затухания (рис. 4).
Рис. 4. Сам по себе питающий электрокабель не лучшая среда для распространения высокочастотных сигналов
На практике это означает, что, желая на другом конце кабеля принять и обработать весь спектр частот исходного сигнала, нам придется передавать его высокочастотные составляющие в десятки раз бoльшими по уровню, чем в низкочастотной части. Существуют достаточно жесткие ограничения как на диапазон частот, которые могут занимать сигналы в кабеле, так и на их максимальные уровни, что вынуждает использовать специальные приемы для уменьшения спектральной плотности мощности сигналов и одновременно с этим применять хитроумные способы для экономного представления (кодирования) исходных цифровых сигналов.
Следующей проблемой, присущей квартирной сетевой проводке, являются возникающие в ней отражения от неоднородностей ее структуры. Каждый сросток проводов, группа контактов, параллельное включение и ответвление проводов приводят к многократной интерференции прямого/задержанных сигналов и к частотно-избирательному ослаблению. Зажигая свет, что-то включая и отключая от сети, пользуясь удлинителями, мы постоянно меняем параметры этой структуры, причем не только у себя, но и, в какой-то мере, у соседа, запитанного от той же «фазы». Приводит это к достаточно хорошо известному в беспроводных радиосистемах и многомодовых оптоволоконных линиях связи эффекту, называемому межсимвольной интерференцией (ISI). Там он обусловливается многолучевым распространением радиоволн (т. е. приходом на приемник одновременно нескольких сигналов, сдвинутых на определенную величину, пропорциональную разнице расстояний, пройденных каждым из них). В результате короткий импульс «размывается» и превращается в более широкий или даже в последовательность из нескольких, т. е. передатчиком излучался один импульс, соответствующий символу (либо несколько символов подряд, соответствующих информационной группе), на приемнике же обнаруживается целая серия, что приводит к неправильной их интерпретации и, как следствие, к ошибкам в сеансе передачи и ограничению максимальной пропускной способности канала.
А ведь общее количество различных оконечных устройств, активно влияющих на параметры сети питания, даже в небольшом доме не поддается никакому учету. Причем многие из бытовых приборов (пылесосы, миксеры, ПК с дешевыми блоками питания, люминесцентные лампы и др.) не просто «шумят», но и способны в моменты запуска генерировать продолжительные серии импульсов с амплитудами, на порядок превышающими ожидаемые нами в розетке 220 В. В эту «электрокашу» остается добавить несколько подгоревших контактов на щитке и легендарного «дядю Ваню со сваркой». Для полноты картины рекомендуется также вспомнить, что провода сети не только излучают, но и достаточно неплохо справляются с приемом радиоволн (в выбранную нами полосу попадают радиостанции как минимум трех вещательных и четырех любительских диапазонов волн), чтобы понять тот клубок проблем, над которым разработчики устройств PowerLine бились не один десяток лет.
Орешек тверд, но все же…
Продолжаются работы и по совершенствованию программных продуктов. В совместном заявлении компаний Intellon и Corinex уже к маю 2003 г. обещан выпуск программного обеспечения, базирующегося на открытом стандарте MIB (Management Information Base). Его использование позволит сделать процесс инсталляции более «прозрачным» и расширит возможности локального и удаленного сетевого администрирования устройств на базе чипов Intellon (спецификация HomePlug 1.0.1). Заметим, что поскольку стандарт HomePlug 1.0.1 пока что реализован «в железе» только в разработке «карманной» компании альянса Intellon, на данный момент времени мы можем ставить знак равенства между ее чипсетами и самим стандартом. А пока на сайте Corinex выложено содержимое инсталляционного CD, содержащего драйверы, ПО PowerNet Setup Tool и SNMP-агент для PowerNet, работающие только со своими, «фирменными» устройствами.
Выводы
Подытожим все вышесказанное. Выход на рынок устройств PowerLine стандарта HomePlug 1.0 от разных производителей, достаточно легко находящих «общий язык», наводит на мысль, что наконец-то технология «очистилась» от тяжких наследственных проблем с совместимостью и вышла из разряда экзотики на уровень коммерческой эксплуатации. Можно лишь удивляться, что такое логичное изобретение в стиле «голь на выдумки хитра» не появилось именно в постсоветском пространстве. Хотя, с другой стороны, такое решение в силу «строптивости» среды передачи требует реализации в «железе» достаточно сложных принципов и предполагает наличие у разработчика всех производственных элементов технологического цикла, позволяющих довести идею до этапа коммерческой эксплуатации.
Хотя заявленная максимальная теоретическая пропускная способность сетей PowerLine 14 Mbps, фактическая средняя скорость передачи данных оказалась равной 5-6 Mbps. Эти показатели сопоставимы с характеристиками HomePNA и беспроводных сетей (WLAN) по IEEE 802.11b и HomeRF 2.0. Технология более проста для внедрения, чем телефонные сети, ведь если телефонная розетка встречается не в каждой комнате, то розетки питания есть везде, а тем более рядом с компьютером или принтером. Для нее не существует «мертвых зон», характерных для беспроводных решений (когда не удается принять сигнал в определенных точках помещения), и ее организация может обойтись дешевле, чем прокладка «с нуля» проводной Ethernet. Хотя текущая стоимость устройств PowerLine в пересчете на пользователя сравнима либо даже превышает цену WLAN-комплекта (Wi-Fi, без учета стоимости лицензии), есть все шансы, что по мере освоения выпуска устройств бoльшим числом компаний она будет постепенно снижаться.
По каждому из основных параметров у технологии HomePlug есть достойный конкурент. Но ведь несмотря на ряд обещаний «дешево обынтернетить всех» с помощью других технологий, однозначного универсального решения, сочетающего приемлемое качество и простоту с минимальными начальными и пропорциональными последующими вложениями для инфраструктуры масштаба, например среднего городского дома, нет. В противоположность уже освоенным, технология передачи по проводам питающей сети характеризуется относительно низким уровнем начальных инвестиций за счет экономии вложений на создание физической среды передачи. PowerLine-сети хорошо масштабируются, т. е. обеспечивают стабильную работу при подключении новых клиентов, причем сохраняется достаточная для большинства практических применений скорость работы, пропорционально уменьшающаяся при увеличении расстояния (до 200-300 м).
Ряд проведенных нами экспериментов показывает, что высокая устойчивость к помехам и некритичность к среде передачи, заложенные в стандарты HomePlug, позволяют рассматривать готовые устройства и как некий полуфабрикат для разработки собственных домашних и индустриальных проводных решений.
Пока же нам хочется верить, что анонсированные на CeBIT устройства (комбинированные точки доступа WLAN/PowerLine, маршрутизаторы и ISDN/DSL-to-PowerLine модемы, мультимедийные плееры, видеокамеры со встроенной поддержкой этой технологии, новые Voice over PowerLine, а также комплекты для объединения в домашнюю сеть компьютеров, Web-планшетов и MP3-проигрывателей) уже находятся на пути к нашему покупателю. Пусть пока эти устройства не так сильно распространены это, насколько можно судить по результатам пробной эксплуатации, всего лишь вопрос времени…
В данной статье будут рассмотрены методы передачи данных по проводам питания устройств. Особое внимание уделено проблемам, которые необходимо решить разработчику подобных устройств связи. Приведены примеры реализации приемной и передающей части для линий связи по силовым проводам постоянного тока, а также реализация канала связи по силовым проводам переменного тока 220 Вольт с частотой 50 Герц. Описаны типовые алгоритмы работы управляющего микроконтроллера.
Немного истории
Идея передачи сигналов управления по проводам питания не нова. Еще в 30-х годах прошлого столетия проводились смелые эксперименты по передаче таких сигналов по проводам силовой сети города. Полученные результаты были не очень впечатляющими, но не стоит забывать о том, что в те времена царствовала ламповая техника и элементная база была не столь разнообразна. Ко всем проблемам технического толка добавлялись и организационные: не было единого стандарта - каждый разработчик делал всё под себя: использовались разные частоты и модуляции. Всё это сдерживало развитие данной отрасли связи.
Принцип работы передающих и приемных устройств
Принцип работы таких устройств заключается в передаче высокочастотных сигналов по проводам питания постоянного или переменного тока. В силовых линях переменного тока чаще всего передача сигналов осуществляется в момент перехода переменного тока через ноль, т.е., когда силовое напряжение отсутствует или минимально (рис 1а ). Дело в том, что и уровень помех в этот момент минимально (рис 1б ). При этом полезный нам сигнал передается как бы между серией помех (рис 1в) .
Рис. 1 (а, б, в) . Передача высокочастотного сигнала по сети переменного тока
Для переноса высокочастотного сигнала в силовую сеть чаще всего используется трансформатор. Приемная часть обычно состоит из трансформатора связи и контура, на котором выделяются необходимые высокочастотные сигналы (Рис. 2 ).
Рис. 2 . Метод переноса высокочастотных сигналов в сеть переменного тока
В силовых цепях постоянного тока используют подобный метод передачи высокочастотных сигналов, но принцип формирования такого сигнала иной: мощный ключ (транзистор) своим переходом кратковременно шунтирует сеть. Происходит небольшое уменьшение напряжение в сети (Рис. 3 ).
Рис. 3 . Метод формирования высокочастотных сигналов в сетях постоянного тока
На приемной стороне установлен чувствительный детектор, на котором выделяются эти просадки напряжение в линии. Далее эти сигналы поступают на вход усилителя с функцией АРУ, после чего полученные сигналы передаются в блок логики, который может быть выполнен как на микросхемах малой интеграции, так и на универсальном микроконтроллере или специализированной микросхеме, имеющей в своём составе все вышеперечисленные узлы. В последнее время микроконтроллеры всё чаще используются для таких задач благодаря низкой цене и большим возможностям. Тем более, использование программируемых устройств позволяет изменять назначение таких устройств, загрузив в них новую программу - это значительно проще и дешевле, чем изготовить новое электронное устройство с десятком микросхем… (Рис. 4 )
Рис. 4 . Блок-схема современного PLC-модема
Достоинства и недостатки данного типа связи
Достоинством данного типа связи является совместное использование уже имеющейся проводной линии силовой сети. Т.е., не требуется производить монтаж линии связи, да и розетка есть практически в любой комнате.
К минусам относится как техническая сложность устройства, так и невысокая скорость при передаче данных на расстояния больше, чем 100-300 метров.
Также не стоит забывать, что данный канал связи можно организовать только между теми устройствами, которые подключены к одной фазе сети и только в пределах одной трансформаторной подстанции - высокочастотные сигналы не могут пройти через обмотки трансформатора электрической подстанции.
Примечание .
В принципе, последнее ограничение частично снимается использованием пассивных или активных ретрансляторов высокочастотных сигналов. Их используют как для передачи сигналов на другую фазу, так и для передачи сигналов в линию другого трансформатора.
Технические сложности реализации канала связи
Организация надежного канала связи по силовой сети - задача нетривиальная. Дело в том, что параметры сети непостоянны, они меняются в зависимости от времени суток: изменяется количество подключенных к сети устройств, их тип и мощность. Еще одной из негативных особенностей электрических сетей стран бывшего СССР является «гегемония» - мощные трансформаторные подстанции, которые питают целые кварталы! Соответственно, на одну фазу трансформатора подключены сотни абонентов, в квартире каждого из них имеется большое количество всевозможных устройств. Это как устройства с трансформаторными блоками питания, так и устройства с импульсными блоками питания. Последние зачастую выполнены с нарушениями в плане электромагнитных излучений - помех, что создает весьма высокий уровень помех в силовой сети здания и города в частности.
Примечание .
Во многих странах для питания зданий используются компактные трансформаторные устройства. Один такой трансформатор питает от 3 до 7 квартир или домов. Следовательно, качество электроэнергии, поступающей к абонентам, значительно выше, чем в наших электрических сетях. Также и сопротивление между фазным проводом и нулем выше. Все эти факторы позволяют иметь лучшие условия для передачи данных по квартире или зданию, чем имеем мы в наших условиях.
Большое количество подключенных в сеть устройств приводит к низкому сопротивлению между фазным проводом и нулем, оно может составлять 1-3 ома, а иногда и еще меньше. Согласитесь, что «раскачать» такую низкоомную нагрузку весьма сложно. Ко всему, не забывайте, что сети весьма значительны по площади, следовательно, имеют большую емкость и индуктивность. Все эти факторы определяют сам принцип построения такого канала связи: мощный выход передатчика и высокая чувствительность приемника. Поэтому используются сигналы высокой частоты: сеть имеет большее сопротивление для высоких частот.
Не меньшей проблемой является плохое состояние силовых сетей, как в целом, так и внутри строений. Последние часто выполнены с нарушениями, так же нарушается даже минимальное требование: магистраль выполняется более толстым проводом, чем отходящие питающие линии в комнаты. Электрикам известен такой параметр, как «сопротивление петли фаза-ноль». Его смысл сводится к простой зависимости: чем ближе к электрической подстанции, тем толще должны быть провода, т.е., сечение проводников должно быть больше.
Если сечение проводов выбрано неверно, прокладка магистральной линии выполнена «как получилось», то сопротивление линии гасит высокочастотные сигналы. Исправить ситуацию можно или улучшив чувствительность приемника, или увеличив мощность передатчика. И первое, и второе проблематично. Во-первых, в линии связи присутствуют помехи, поэтому увеличение чувствительности приемника до уровня помех не даст увеличения достоверности приема сигналов. Увеличение мощности передатчика может создавать помехи другим устройствам, поэтому также это не является панацеей.
Распространенные стандарты. Стандарт Х10
Наиболее известным из стандартов передачи команд по силовой сети является Х10. Данный стандарт был разработан очень давно, в 1975 году шотландской компанией «Pico Electronics». Данные передаются с помощью пачки импульсов частотой 120 кГц и длительностью 1мс. Они синхронизированы с моментом перехода переменного тока через нулевое значение. За один переход через нуль передаётся один бит информации. Приёмник ожидает такой сигнал в течение 200 мкс. Наличие импульса вспышки в окне означает логическую «единицу», отсутствие - логический «ноль». Биты передаются дважды: первый раз в прямом виде, второй раз инвертировано. Обычно модули выполняются как отдельные устройства, но сейчас всё чаще выполняются не на основе разных компонентов, а с использованием микроконтроллера. Это уменьшает размер приемника, что позволяет встроить «умную начинку» даже в патрон электрической лампы или дверной звонок.
Как говорилось ранее, высокочастотный сигнал не может распространяться дальше трансформаторной подстанции и фазы. Поэтому для получения связи на другой фазе используют так называемые активные ретрансляторы. Но необходимо учитывать, что приемник слушает сигнал только в определенные моменты времени. Поэтому используют или «умные» приемники, с измененными параметрами
У данного стандарта связи есть как плюсы, так и минусы. Во-первых, он разработал очень давно, тогда не было микроконтроллеров, и вся схемотехника была аналоговой, с использованием многочисленных компонентов. Поэтому и протокол связи очень низкоскоростной: за один период сети передается не более одного бита. Дело в том, что бит передается дважды: в первом полупериоде он передается в прямом виде, а во втором полупериоде - инверсно. Во-вторых, некоторые команды передаются группами. Это еще больше увеличивает время обмена данными.
Также значительным недостатком этого протокола является отсутствие подтверждения приема команды устройством. Т.е., послав команду, мы не можем быть уверены в гарантированной его доставке получателю. Это также не способствует распространению данного стандарта.
Собственный опыт. Изобретаем велосипед.
Опробовав в реальных условиях многочисленные готовые устройства, позволяющие передать команды по силовой сети, я пришел к неутешительному выводу: в домашних условиях, с ограниченным бюджетом, не имея специализированных приборов и (чего скрывать-то?) знаний, изобрести что-то гениальное не получится. Но ничто и ничто не мешает сделать приятную поделку для себя, под свои конкретные условия. Под этим подразумевается и область применения такого изделия, расстояния, на которые необходимо передавать команды, а также функциональность такого устройства.
Выполним некоторые формальности в виде некого подобия технического задания для нашего проекта.
- устройство должно передавать данные по проводам силовой сети;
- данные должны передаваться в «паузах» тока, т.е., когда напряжение в сети минимально;
- надежность канала связи обеспечивается как аппаратно (оптимальным уровнем сигнала в точке приема), так и программно (данные передаются с контрольной суммой для обнаружения повреждения принятых данных, команды передаются несколько раз, факт получения команды приемным устройством подтверждается посылкой соответствующего сигнала обратно к главному устройству);
- упростим до необходимого уровня как протоколы обмена данными между устройствами в сети, так и тип модуляции. Будем считать, что один бит данных передается 1 миллисекунду. Единица будет передаваться в виде пачки импульсов этой длительности, а ноль - её отсутствием;
- в сети все устройства слушают сигналы, но выполняет полученную команду только то устройство, которому адресована такая команда. Т.е., у каждого из устройств есть свой индивидуальный адрес - номер.
Сама схемотехника исполнительной части таких устройств может быть разной. Нас интересует схема приемной и передающей части.
На Рис 05 показана схема реального устройства, передающего команды по силовой сети. Исполнительная часть устройства управляет яркостью свечения лампы, т.е., является диммером.
Рассмотрим схему подробнее. Трансформатор Т1 и диодный мост D1-D4 обеспечивают питание устройства. Узел R8\R11, диоде D6 и транзистор Q1 обеспечивают форматирование сигнала, указывающего на минимальное напряжение в силовой сети (частота 100 гц). Кнопки S1-S3 используются для местного управления работой диммера: изменяют яркость свечения лампы, позволяют сохранить по умолчанию этот параметр, а также время нарастания и угасания лампы. Светодиод LED отображает режимы работы диммера и факт прима сигналов. Остальные светодиоды отображают яркость свечения лампы и время изменения яркости.
Резисторы R11 и R12 образуют делитель напряжения и используются для задания «чувствительности» приёмной части устройства. Изменяя соотношения сопротивления этих резисторов можно влиять на реакцию устройства как на помехи, так и на полезный сигнал.
Трансформатор связи Т2 используется для гальванической развязки приёмной и передающей частей устройства, а также передаёт высокочастотные сигналы в силовую сеть здания.
Передающая часть выполнена на транзисторе Q2 и одной из обмоток трансформатора Т2. Обратите внимание на стабилитрон D5 - именно он защищает переход транзистора от пробоя при кратковременных высоковольтных помехах в сети.
Приёмная часть несколько сложнее: одна из обмоток трансформатора Т2 вместе с параллельным колебательным контуром L1\C2 образуют сложную схему приёмного тракта. Диоды D8 и D9 защищают от предельного значения напряжения вход микроконтроллера. Благодаря этим диодам напряжение не может превысить значение питающего напряжения (в нашем случае 5 Вольт) и не может стать отрицательным ниже минус 0.3-0.5 Вольт.
Процесс приёма сигналов производиться следующим образом. Опрос кнопок и работа с индикацией каких-либо особенностей не имеют. Поэтому их работу описывать не стану.
Подпрограмма приёма ожидает сигнала перехода тока через ноль. По наступлению этого события запускается процедура опроса аналогового компаратора, которая длится около 250 микросекунд. Если никаких сигналов получено не было, то подпрограмма начинает свою работу с самого начала.
При получении любого сигнала (компаратор выдал на своём выходе логическую единицу) запускается процедура анализа полученного сигнала: в течение определенного времени производится опрос компаратора на наличие длинного сигнала. Если принятый сигнал имеет необходимую длительность, то принятый сигнал признается достоверным. После этого запускается процедура приёма необходимого количества бит данных, переданных удаленным устройством.
Получив все данные, производится их анализ на факт совпадения с принятой в этой же посылке контрольной суммой. Если данные приняты достоверно, то команда признаётся достоверной и выполняется. В ином случае принятые данные игнорируются, и программа выполняется заново.
Процесс передачи сигналов в сеть также полностью выполняется микроконтроллером. При необходимости передачи данных подпрограмма ожидает стартовое условие: получение сигнала перехода тока через ноль. Получив этот сигнал, выдерживается пауза в 80-100 микросекунд, после чего в силовую сеть передается пачка импульсов необходимой частоты и длительности. Высокочастотные сигналы практически без потерь проходят через небольшую ёмкость высоковольтного конденсатора С1 в сеть. Пачки необходимой частоты формируются с использованием аппаратного ШИМ-генератора, имеющегося в данном микроконтроллере. Как показали эксперименты, наиболее оптимальной частота передачи сигналов лежит в пределах 90-120 Кгц. Эти частоты разрешены к использованию без необходимости регистрации в соответствующих органах надзора как в России, так и Европе. (Стандарт CENELEC )
А теперь ответ на самый часто получаемый вопрос: какова дальность связи между такими устройствами? Ответ прост:
На дальность связи влияет множество факторов: качество силовых линий, наличие «скруток» и монтажных коробок, тип нагрузки и её мощность…
Из практики: в небольшом городе, на силовой линии, питающей 30-50 частных домов, утром и днём (когда электрическими приборами пользуются меньше) дальность связи значительно выше, чем в крупном городе с сотней квартир на одной фазе.
Отвечу и на второй распространенный вопрос: как увеличить дальность связи? Для этого можно увеличить мощность передаваемого в силовую сеть сигнала, а также улучшить приёмную часть устройства.
Усилитель мощности можно выполнить на распространенной микросхеме TDA2030 или TDA2003 (хотя заявленные производителем параметры иные, но они неплохо работают)
Приёмная часть более сложна к доработке:
- добавить входной усилитель и АРУ;
- добавить узкополосные фильтры на входе устройства. Самое простое решение таково: последовательный контур, настроенный на необходимую частоту.
Данный материал запрещен без разрешения к копированию и распространению, как целиком, так и частично.
21-11-2013
Julia Truchsess
Electronic Design
Схема решает проблему информационного обмена по кабелю, в котором не осталось свободных проводов. Амплитудно-манипулированный сигнал несущей частоты может передаваться по линиям низковольтного питания.
Иногда возникает необходимость организовать обмен данными, когда для выделенной линии связи в кабеле устройства уже не осталось неиспользованных проводников. Обычно такая задача решается с помощью высокочастотной несущей, модулированной данными и передаваемой по силовым линиям, в частности, по проводам домашней электропроводки.
Поиски в Интернете показали, что, несмотря на актуальность этой проблемы для многих разработчиков, простых, дешевых и надежных решений для низковольтных систем никто не предлагает. Ниже описан результат попытки восполнить это пробел. Имейте ввиду, что без обеспечения специальных схемотехнических мер безопасности эта схема для высоковольтных приложений непригодна.
Устройство, для которого потребуется лишь пригоршня дискретных компонентов и пара микросхем, может надежно передавать и принимать данные на скоростях до 32 кбит/с при частоте несущей 2.6 МГц. Вероятно, эту скорость можно многократно увеличить, если использовать более высокую несущую частоту и соответствующим образом изменить номиналы компонентов. Схема может работать на кабель емкостью до 10 нФ и имеет низкий уровень электромагнитных излучений. Она передает данные в стандартном последовательном асинхронном формате, совместимом с UART, но разработчикам ничто не мешает использовать манчестерское кодирование или иные протоколы.
Для простоты использована амплитудная манипуляция несущей и не предусмотрено никаких схемотехнических решений для подавления собственных шумов, кроме хорошего отношения сигнал/шум. При желании разработчики могут реализовать программное обнаружение и коррекцию ошибок.
PIC микроконтроллер по набору периферии идеально подходит для нашей схемы. В частности, будет использован его модуль ШИМ или программируемый таймер для генерации прямоугольных импульсов сигнала несущей, а также быстродействующий компаратор с rail-to-rail входами (Рисунок 1). Разумеется, при наличии соответствующих периферийных устройств, можно использовать любой другой микроконтроллер.
В схеме показаны два трансивера. Приемопередатчик 1 (слева) является «удаленным» узлом, получающим питание от «базового» Приемопередатчика 2 (справа). Индуктивности L1 и L2 изолируют высокочастотную несущую от низкоимпедансной шины питания.
Нескольких узлов можно соединить в многоточечную шину, если каждый узел отелить от силовой линии развязывающей индуктивностью. Можно использовать небольшие индуктивности для поверхностного монтажа, но их рабочий ток должен с некоторым запасом обеспечивать питание нагрузки.
Передающая часть трансивера сделана на одноканальном трехстабильном драйвере шины U2 семейства TinyLogic (). Выходы драйвера подключены к шине через элементы R1 и C1. Резистор R1 обеспечивает некоторую фильтрацию, снижающую уровень электромагнитного излучения, создаваемого крутыми фронтами прямоугольной несущей.
Точка подключения приемника образована элементами C2, D2 и D3, за которыми следуют два пиковых детектора. Первый детектор, с постоянной времени, равной примерно одной третьей длительности информационного бита, демодулирует несущую для восстановления синхронизации данных. Второй, с постоянной времени приблизительно в 50 раз превышающей длительность бита данных, адаптивно восстанавливает уровень несущей. Резисторы R3 и R5 делят этот уровень примерно до двух третьих от амплитуды несущей.
Выходы обоих детекторов подключены к входам внутреннего аналогового компаратора микроконтроллера, окончательно формирующего прямоугольные сигналы данных, которые через внешнюю цепь поступают затем на UART. Резистор R4 слегка смещает вверх неинвертирующий вход компаратора, чтобы в отсутствие обмена обеспечить предсказуемый уровень «лог. 1».
Необходимо отметить, что вход и выход трансивера всегда соединены вместе, поэтому надо позаботиться о том, чтобы программа игнорировала сигналы, принимаемые от собственного передатчика.
На Рисунке 2 желтой осциллограммой представлены исходные цифровые данные, посылаемые удаленным трансивером в передающий порт UART. Синим цветом показан результат модуляции несущей, наблюдаемый на шине питания. Розовым цветом обозначен демодулированный и восстановленный сигнал, поступающий с выхода компаратора на вход RXD UART.
Рисунок 3 иллюстрирует детали процесса демодуляции и восстановления данных. Входной амплитудно-манипулированный сигнал (синий) после обработки двумя детекторами поступает на инвертирующий и неинвертирующий входы компаратора (желтый и зеленый, соответственно). Данные, восстановленные на выходе компаратора, изображены розовым цветом.
Джулия Трачсесс (Julia Truchsess) сделала успешную карьеру, создав ряд электронных игрушек, включая MicroJammers, Rhythm Rods и Singing Bouncy Baby, многие из которых выпускались миллионными тиражами. В конце 1990-х Джулии пришла в голову идея цифровых фоторамок, производство которых вскоре было организовано под брендом Digi-Frame. После дебюта Digi-Frame похожую продукцию начали выпускать многие крупные компании, но, по словам обозревателей, Digi-Frame была «Роллс-Ройсом среди рамок».
Джулия возглавляет компанию Pragmatic Designs (www.pragmaticdesigns.com), созданную в 1986 г.
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо |
» Интерфейсы
» Компьютеры и периферия
» Лазер
» Медицина
» Мониторы
» Музыка
» Начинающим
» Открытые МК-платформы
» Перспективные технологии
» Питание
» Применение микроконтроллеров
» Радио
» Радиоуправляемые модели
» Робототехника
» САПР и ПО
» Светотехника
» Сети
» Силовая электроника
» Солнечная энергетика
» Сотовая связь
» Спутниковое оборудование
» Телевидение
» Телефон
» Теория
» Указания по применению
» Цифровые
» Arduino
Поиск по: "Многокомандное управление нагрузками по двум проводам"
Добавлены слова из словаря: "wire
"
Радиоконструктор, ноябрь 2015 Максимов А.Н. В статье Многокомандное управление по электросети (РК 06-2014, стр. 35-38) автор предложил простую схему состоящую из...
.. Н. Многокомандное управление по электросети. ж.Радиоконструктор, №6, 2014, стр. 35-38. Рыбин Л. Н. Система дистанционного управления шестнадцатью объектами. ж. Радиоконструктор, №6, 2014, стр. 21-23.
.. транзистор почти открыт (сопротивление R3 выбирают таким, чтобы напряжение на его коллекторе не было более 2-3 В). А его нагрузкой является генератор на VT1 и VT2. Если на базу VT3 через конденсатор С5 подавать НЧ-сигнал, то возникнет...
.. нажатой кнопку клавиатуры. Для преобразования двоичного кода на выходе D1 в десятичный код используется дешифратор на двух мультиплексорах D2 и D3 типа К561КП2. В каждой микросхеме есть восемь каналов, соединенных с одной общей точкой Y ...
.. определяется контуром L2-C2, настроенным на частоту около 135 кГц. Данный сигнал через конденсатор С1 подается на фазный провод (обязательно на фазный). При этом с общим проводом передатчика соединяется нулевой провод сети. Ток на...
19-09-2016
К нагрузке дополнительных проводов, а также установка резистивного датчика возле нагрузки, что крайне сложно, когда нагрузка недоступна для вмешательства. Еще один метод заключается в минимизации падения напряжения путем...
.. метод однопроводной компенсации. Если цепь удаленной нагрузки не имеет общей с регулятором земли, потребуются два провода: один к нагрузке и один для обеспечения пути протекания возвратного тока шины земли. Усилитель датчика тока...
.. прокладки, которого иногда может и не быть и, кроме того, приводит к росту стоимости системы. Альтернативой дополнительным проводам является компенсация падения напряжения в линии непосредственно на регуляторе с помощью специально...
Design Note 529 Introduction A common problem in power distribution systems is loss of regulation due to the cable/wire voltage drop between the regulator and the load. Any increase in wire resistance, cable length or load current ...
20-10-2015
.. (ППТФ) и задних (ЗПТФ) противотуманных фар. Исходя из наличия в авто одного штатного переключателя ПТФ необходима схема управления одной нефиксируемой кнопкой двух цепей включения реле(ППТФ и ЗПТФ). Цепь ППТФ включается постоянным...
.. на схеме), и естественно, питания - выводов 7 и 14 обеих МС. Из за присутствия ограничительного резистора в цепи питания нагрузка на выходах не должна превышать примерно 1 мА. (или надо соответственно уменьшить номинал этого резистора, ...
.. то же самое, только компрессия разная, но всеже странно - так и должно быть или как? :rolleyes: Захожу в правку - там два, а в сообщении одно.. :confused: А, теперь понял - они просто по разному отображаются - одно как картинка, другое...
.. одной нефиксируемой кнопкой двух цепей включения реле(ППТФ и ЗПТФ). Цепь ППТФ включается постоянным замыканием на общий провод соответствующего контакта реле. Цепь ЗПТФ включается кратковременным замыканием на общий провод управляющей...
04-04-2008
Как 17-летняя девчонка в пионерском лагере, имхо!!! Согласен с hrpankov, гораздо эффективнее использовать полный мост. Если управление собирать на полумостовых драйверах IR, то схема силовой части, не считая необходимых токовых защит, ...
.. с Дончанином. Он наверное уже все это переварил давно. ;) http://www..php?t=18305 hrpankov , нагрузка резистором вовсе не равнозначна нагрузке конденсатором, который в начале заряда является для...
.. перекоса, чтобы не происходил отключение одного из блоков? Т.е. происходило распределение общего тока потребления на два блока пополам? Может ли помочь в моем случае, если я по выходу каждого блока поставлю диодный мост (как защитное...
.. - делал на U образных ферритах, и катушки, весь каркас - все точенное и фрезерованное под определенное кол. витков провода. Т.е. сначала получился транс на - а теперь думаю как его запитать. Всегда правда есть вариант - линейный...
05-02-2016
Смещения 82 В и экранное напряжение +500 В получены от трансформатора Т1. С трансформатора Т2 снимается напряжение управления +24 В. Диодные мосты VD13 VD17 и сглаживающие конденсаторы С8 С12 служат для получения высокого...
.. по схеме с последовательным включением выпрямителей, что выполняется с помощью переключателей SA4, SA7 (переключать без нагрузки!). Кроме того, одна из вторичных обмоток трансформатора Т3 разбита на две отдельные одинаковые обмотки, ...
.. с его помощью линии L2-1, L2-2 настраиваются в резонанс на нужную частоту. Дифференциальные конденсаторы имеют два изолированных статора, выводы которых соединяют с резонансной линией, и общий ротор, который соединяют с корпусом. ...
.. по 20-жильному кабелю с БП на УМ подаются необходимые напряжения. Для накальных цепей жилы кабеля запаивают в параллель. На провод высокого напряжения дополнительно надет поверх основной изоляции еще полихлорвиниловый кембрик...
10-02-2007
Срабатывает концевик, и движок останавливается- исходя из этого и думай, все это очень просто, а Вы ужа почти контроллер на управление ставить собрались. А по времени, видимо, плохо будет, т.к. скорость вращения движка сильно зависит от...
.. напряжения в моторе, или надо будет соответственно снижать допустимую нагрузку на мотор (точнее, для сохранения той же нагрузки придется делать мотор побольше и подороже, чем обычный однообмоточный). Во всех встречавшихся мне...
.. трехпозиционным переключателем без фиксации (выдвинуть-неитраль-спрятать). Антеннам первого типа нужны три провода - два для питания и еще один для управляющего сигнала, а антеннам второго типа достаточно двух проводов прямо от...
.. нужен не один блок вскрой и скопируй. Алгоритм работы антенны такой. Силовое питание и один сигнальный от магнитолы (синий провод). Если на нем +12в-антенна выдвигается. Пропали +12 -антенна задвигается. Реверс релейный. Ограничитель тока...
13-09-2006
Проблема в следующем: Хочу установить на машину не родную приборную панель, но загвоздка в том, что на тахометр с блока управления приходит импульсов ровно в 2 раза больше, чем нужно для правильных показаний. То есть тахометр...
.. запитал от стабилизатора 7805 (на массу через 200 Ом - подпруга +1вольт, итого Uпит=6вольт). Буферизаровать не стал, там нагрузка ничтожная. Столкнулся я с такой же проблемой, тахометр показывает в 2 раза больше положеного, собрал...
.. как можно ближе к выводам) Хотел еще добавить, что стабилитрон на входе не подавляет короткие помехи. Заменить его лучше на два диода соединенных последовательно, средняя точка соединяется со входом, минус цепочки на плюс питания, плюс цепочки...
.. нужные выводы отрезками медной проволочки. Одной проволочкой соединяем например выводы 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 10 (это общий провод, т.е. минус питания - кстати, МС можно и закрепить на достаточном куске общего проводника, припаяв к нему за...
17-01-2007
14-03-2007
Поэтому был бы очень признателен за конкретизацию (какие именно реле ставить надо, маркировка). Знаю есть автомобыльные, управление ток-0,2 А., напряжение - 12 В. но сигнал выходящий будет 3 В. По всем остальным реле мои познания...
.. Может всетаки лучше сразу до транзисторов дорости? Я бы и на выход их порпобовал поставить по возможности, если только нагрузка допустимая. ИК лучам стекла не помеха, как правило даже затемненные. СД и ФД можно взять с любой из...
.. ДУ. sirak! Может ты что подскажишь? Есть набор м/сх TX2/RX-2 , использутся в китайских игрушках. Пятикоманднный. Просто как два пальца.. можешь помочь с ду чем помочь? если схемами то это уже было в этой теме...
.. диод или резистор - в случае с диодом надо соблюдать обратную полярность его включения), контактная группа - в разрыв провода питания нагрузки, в зависимости от нужного алгоритма работы (на включение или на отключение). Впринципе...
18-06-2007
Оба заблокируются. Видимо в таком случае надо делать всю системму асимметричной, с явным приоритетом одного из сигналов управления - тогда потребуется только одно новое реле с возможностью переключения (блокировки другой цепи). ...
.. датчика Тогда придется менять оригинальные реле на другие, подобранные специально по таким же параметрам срабатывания и нагрузки. Более того, при подключении обеих реле с блокировкой другого без приоритета возможен случай, когда оба...
.. с потоками воды - допустим, есть некоторый исходный резервуар воды (аналог подстанции), от которого идут два канала к двум промежуточным резервуарам (домам), где происходит какое-то потребление воды и от этих же двух резервуаров идут...
.. о чем-нибудь договориться могут:confused:? От степени договоренности сильно будет зависеть схема, как по трубам так и по проводам. А для точного подсчета без отдельных счетчиков (либо по воде либо по электричеству) не обойтись:o.
04-07-2007
| Страницы: |