Realizzato il nostro primo prototipo per la comunicazione ad onde convolgiate su linea elettrica.
Schema a blocchi
Lo schema a blocchi del dispositivo:
AC/DC flyback converter
Il flyback converter dalla 220VAC genera due uscite DC:
- 12VDC da 300mA per alimentare il blocco “PLC Coupling”;
- 3.3VDC da 600mA per alimentare tutti gli altri blocchi.
Abbiamo scelto un controller che lavora a frequenze alte in modo da eliminare interferenze sul canale di comunicazione.
Energy meter
In questo blocco ci sono il sensore di corrente e il sensore di tensione sulla linea 220VAC in uscita.
Le uscite dei sensori sono lette dalla MCU attraverso i convertitori ADC.
PLC Coupling
In questo blocco ci sono tutti gli stadi necessari alla Power Line Comunication: ricezione, trasmissione, filtri e connessione alla rete AC.
I filtri sono configurati per lavorare nella frequenza tra 41K e 89K ( canale 1 di PRIME ) compresa nel CENELEC-A.
PLC Modem
Il blocco implementa un modem conforme allo standard PHY Layer PRIME ( Power Line Intelligent Metering Evolution ).
PRIME è uno standard aperto usato per applicazioni Smart Grid tra cui Street Lighting.
MCU
Per questo progetto abbiamo scelto un microcontrollore AVR a 32bit che si occupa di gestire il modem e l’I/O.
I/O
| Nome | Tipo | Caratteristiche | Note |
|---|---|---|---|
| UART1 | RS232 | 115200/8 bit/no parity | Su connettore 3 pin |
| UART2 | RS232 | 115200/8 bit/no parity | Su connettore 3 pin |
| IND1-IND4 | INPUT | Input digitale 3.3V | Protezione con rete resistenze e diodi. |
| INA1-INA4 | INPUT | Input analogico su DAC, non bufferizzato, max 12V | Riconfigurabile con sostituzione resistenze |
| OUTD1-OUTD4 | OUTPUT | Output digitale open-collector, PWM, max 50V | Driver ULN2803 |
| OUTA1-OUTA4 | OUTPUT | Output analogico, max 12V | Configurabile con sostituzione resistenze |
WORK IN PROGRESS …
Abbiamo testato il nostro dispositivo in laboratorio:
- qualche problema sul convertitore AC/DC … ma basta un passaggio nel nostro laboratorio di elettronica per risolvere!
- il tempo di scrivere il firmware e la comunicazione ad onde convogliate e l’I/O superano il test senza intoppi.
Dopo la verifica funzionale è stato deciso di apportare alcune modifiche al progetto in modo da differenziarlo dai prodotti già esistenti sul mercato:
- separare l’alimentatore flyback AC/DC dal modem PLC PRIME:
- il sistema potrà essere integrato in sistemi già dotati di alimentatore DC;
- l’alimentatore AC/DC potrà essere utilizzare in altre applicazioni;
- possibilità di ridurre la larghezza sovrapponendo i due PCB.
- sostituire AVR a 32bit con un SAM a 32bit sempre dell’Atmel. Con il passaggio di Atmel a Microchip la nostra AVR a 32bit è diventata “Not Recommended for new designs”, meglio non rischiare sul Life Time del nostro dispositivo!
- ridurre il più possibile la dimensione dei PCB per eventuali applicazioni automotive e home automation.