SE-PLM

POWER LINE MODEM

전력선 통신 모뎀(PLM)은 220V 의 상용전원 라인을 이용한
시리얼 데이터 통신 모뎀입니다.
2400 Bps 하프 듀플렉스  통신을 지원합니다.
SE-PLM 은 PC 의 Com1, Com2 포트에 직접 연결하여
사용하도록 RS-232 레벨 컨버터(SN75188, SN75189)를
내장하고 있습니다. 

SE-PLM은 홈 오토메이션에 적합한 시리얼 통신 모뎀입니다.
2400BPS 하프 듀플렉스 시리얼 통신을 지원합니다.
RS-485 / 232 케이블 등의 설치공사가 필요치 않습니다.
SE-PLM은 자동화용 반도체를 생산하는 ST사의 ST7537을 이용하였습니다.
2N2222, 2N2907 의 트랜지스터로 충분히 큰 출력신호를 만듭니다.
12VA 용량의 트랜스를 사용하여 사용자 추가 보드에도 충분한 전력을 공급할 수 있습니다.
SE-PLM은 마이크로 프로세서를 직접 연결하여 제어할 수 있습니다.
입출력 단자 대는 분리형을 사용하여 설치공사가 쉽습니다.
SE-MCA 는 SE-PLM에 추가로 부착하여 Slave Node로 사용하는 I/O 보드 입니다.
동일한 PCB패턴에서 릴레이 출력, 포토 커플러 출력, 반도체 릴레이(SSR)출력, 포토 커플러 입력 중 하나를 선택하여 사용할 수 있습니다.
SE-MCA 의 넓은 프로토 보드영역은  사용자 전용 하드웨어 구성 시 사용합니다.

SE-PLM 회로도:

회로 설명:

파워 서플라이:
SE-PLM은 DC10V 로 동작합니다. 전원 트랜스는 15V 12VA 용량을 사용하였습니다. 데이터 쉬트에서 권장하는 트랜스의 충분한 사양은 5VA 입니다. SE-PLM은 사용자 컨트롤 보드에도 전력을 공급할 수 있도록 여유 있는 전원 트랜스를 사용합니다. 트랜스에서 나온 AC15V 를 정류하여 DC +15V 와 DC -15V를 만듭니다. -15V 발생회로는 배 전압 회로를 응용한 것이며 약 50mA 의 전류 공급이 가능합니다. 대부분의 경우 - 전압은 많은 전류가 필요치 않으므로 배 전압 회로를 응용한 - 전압 발생 회로를 사용하여 단권 트랜스에서도 양 전원을 얻는 방법을 사용한 것입니다. SE-PLM에서 -15V 는 SN75188 의 -Vcc 에 사용됩니다. 사용자 컨트롤 보드에서도 필요하면 -15V 를 이용하여 쉽게 아나로그 회로를 구성할 수 있습니다. 사용 가능한 주전원 전압은 220 ~230V 이며 50 ~ 60Hz 주파수가 가능합니다. 따라서 유럽지역의 230V/50Hz 지역에서도 동작 가능하도록 트랜스를 설계하였습니다. 

워치독 타이머:
ST7537은 워치독 타이머를 내장하고 있습니다. 1.5초 이내에 WD 핀을 HIgh -> Low 로 하여야 합니다. 1.5이상 WD 가 변화하지 않으면 SR7537은 리셋되며 RSTO 펄스가 발생합니다. SE-PLM을 마이크로 프로세서가 직접 제어한다면 제어 회로는 워치독 타이머와 리셋펄스 발생을 이용하는 것이 좋습니다. 그러나 SE-PLM을 PC의 시리얼 포트에 연결하여 사용한다면 강제적으로 WD 신호를 공급해 주어야 합니다. SE-PLM은 555를 이용한 발진회로가 있어 J4 에 의하여 사용할 수 있습니다. Windows 계열의 OS 은 어려우나 다른 Real Rime OS 를 사용한다면 CN1의 4 번 핀을 이용하여 WD 에 펄스를 공급할 수 도 있습니다. 

시리얼 포트 연결:
SE-PLM에 9 핀 DB-9S (암) 커넥터가 부착되어 있습니다. PC 의 Com1 또는 Com2 포트와 1:1 로 직접 결선합니다. (크로스로 하면 안됩니다.)
레벨 컨버터는 신뢰성이 입증된 TI사의 SN75188과 SN75189를 사용하였습니다. 드라이버 전압을 충분하 하기 위하여 SN75188에 +15V 와 -15V 를 공급합니다. SN75188 에서 약간의 열이 발생합니다. 

점퍼핀:
J1: ST7537은 항상 연속적으로 송신모드가 되지 않도록 되어있습니다. 약 1.5 초 이상을 송신모드로 할수 없습니다. 전력선은 Half Duplex 로 데이터를 선송 하여야 하므로 하나의 모뎀이 무한정 캐리어를 발생하지 않도록 한 것입니다. 그러나 장비/모뎀을 테스트 하기 위하여는 강제로 송신모드로 고정해 둘 필요가 있습니다. J1 을 쇼트하면 송수신 모드는 ST7537의 20번 핀에서 지정한 상태를 유지 합니다. J1 이 쇼트되어 있고 Rx/Tx(Pin 20)이 Low 상태이면 이 모뎀은 계속해서 송신 모드가 되어 캐리어를 발생합니다. 즉 J1 (TEST1)이 오픈(High)되어 있고 Rx/Tx 가 Low 이면 1.5초 동안만 캐리어를 발생하고  강제로 수신모드로 전환됩니다. 

J2, J3:
Txd 와 Rx/Tx 신호를 시리얼 포트로 부터 받을 것인지 사용자 제어 보드로부터 받을 것인지를 선택합니다.

J4:
워치독 타이머 입력 WD 의 신호원을 선택합니다. 555출력, 사용자 제어보드, Com포트의 DTR( CN1 4 번핀)중 하나를 선택합니다. PC 에 직접 연결할 경우와 사용자 제어 보드에서 WD 신호를 만들 수 없다면 555 출력을 선택합니다. 555 는 약 1KHz 의 주파수가 발생합니다.

J5: 
RS-232 시리얼 컨넥터 CN1 핀 9 에 +5V 또는 +15V를 선택하여 연결할 수 있습니다. 

AT89C2051을 이용한 사용자 제어보드 구성예:

SE-MCA 는 SE-PLM 을 제어하는 예입니다. SE-PLM 에서 제공하는 파워(+15V, +5V), 11.0592MHz 클럭, 리셋신호를 이용합니다. SE-MCA 가 있어야 SE-PLM을 구동하는 것은 아닙니다. SE-MCA 는 릴레이 출력, 포토 커플러 출력, 트라이악 출력(SSR)등 3 개의 출력 신호 종류와 포토 커플러 입력 1 개를 사용자가 자유롭게 이용할 수 있습니다. SE-MCA 조립 완성품은 P1.0, P1.1, P1.2, P1.3 에 PC 입력으로 P1.4, P1.5, P1.6, P1.7 은 릴레이 출력으로 제작되어 있습니다.
SE-MCA 는 2051 프로세서를 이용한 8 비트 입출력 보드 입니다. 8 개의 포트는 각각 4 가지의 입 출력 모드 중 하나를 사용할 수 있도록 PCB 패턴이 구성되어 있습니다.
COMMON PARTS: 어떤 입출력 포트 형태를 구성하든지 공통적으로 부착하는 부품 위치 입니다. 단자대, 시험용 택트 스위치, LED 그리고 LED 점등 저항입니다.
PHOTO CUPLER INPUT: 포토 커플러로 절연된 입력회로 입니다. 12V ~ 24V 의 입력전압을 공급할수 있습니다. 5V 입력이면 2.2K 저항을 1 K 이하로 낮추는것이 좋습니다. P620을 사용한 것이므로 입력 극성은 관계없습니다만 AC 를 입력으로 할 수는 없습니다.
PHOTO CUPLER OUTPUT: 출력형태로 포토 커플러를 이용한 것입니다. 로직회로 또는 다른 릴레이 회로를 연결하기에 적합합니다. 극성이 있으므로 연결 시 확인하여야 합니다.
RELAY OUTPUT: 가장 일반적으로 사용하는 릴레이 출력입니다. 
SOLID STATE RELAY OUTPUT: 반도체 릴레이 JC216SC 를 이용한 출력 입니다. AC 만 사용가능합니다. 대량의 전류를 ON/OFF 하려면 JC216SC에 방열판을 부착하여야 합니다.  
SE-MCA 를 이용하여 PC Network 모드와 Point-Point 모드를 구성한 예입니다.
PC Network Mode: PC 에 SE-PLM 을 연결하여 마스터 모드로 동작하고 3 개의 슬래이브 SE-PLM 을 연결한 예입니다. 모든 Slave SE-PLM 은 항상 데이터 수신 모드로 대기하고 있다가 송신된 신호를 분석하여 ID 가 일치하면 데이터를 송출합니다. ID 정보는 SE-MCA에서 가지고 있습니다.
Point-Point Mode: SE-PLM 을 하나는 마스터 모드로 동작하고 다른 SE-PLM을 슬래이브 모드로 동작하게 한 것입니다. 
자료실

ST7537 데이터
ST7537 어플리케이션 노트

Visual BASIC 으로 작성한 예제(PC Network 모드)

프로젝트파일, 폼파일

BASCOM 8051 BASIC 컴파일러로 작성한 SE-MCA (AT89C2051)
Point-Point 모드/PC Slave 모드 컨트롤 프로그램 
HEX 파일

PLC 에 관한 서적입니다. 전력선의 특성, 전력선 모뎀의 구성 그리고 에러레스 통신 기법등에 관하여 자세히 설명되어 있습니다. 교보문고, 홍릉과학 출판사에 문의하시기 바랍니다.

http://phptr.com/title/0130293423

Chapter 1: Introduction

Chapter 2: The Electric Power Supply System and Its Properties

Chapter 3: Historical Development of Data Communication over Powerlines

Chapter 4: New Usage Possibilities of the Low-Voltage Level Based on European Standards

Chapter 5: Innovation Potential from Deregulation---Possibilities and Limits of Signal Transmission

Chapter 6: Appropriate Modulation Schemes for PLC and Communication System Concepts

Chapter 7: Conclusions and Further Work

Chapter 8: Reading List and Biography by Topics

SE-PLM을 구입하기 전에 반드시 
다음의 내용을 숙지하시기 바랍니다.


1. SE-PLM은 PC 가 Full Duplex를 지원하며 데이터 파손이 일어나지 않는 것으로 가정하는 시리얼 유선통신과 완전히 같은 기능을 실현하는 제품이 아닙니다. 데이터는 송신과 수신 시간이 완전히 분리된 Half Duplex 방식으로 동작합니다. 데이터는 여러 개의 바이트로 구성된 블록으로 보내야 하며 블록의 첫번째 2~3 바이트는 파손됩니다. 이것은 와이어리스 무선 모듈과 비슷한 동작 조건입니다. 와이어로 연결된 경우에는 한 문자씩 천천히 보내도 상관 없으나 SE-PLM에서 한 개의 문자씩 천천히 보낸다면 수신되는 데이터는 전부 깨져 있을 것입니다. 따라서 체크섬, CRC검사 그리고 패킷 단위의 프로토콜 설계가 가능 하여야 SE-PLM을 사용할 수 있습니다. 유선상에서 잘 동작하는 통신 소프트웨어라고 해도 SE-PLM 에서 같은 기능으로 동작하지 않는 경우가 대부분입니다. 이것은 대부분의 통신 프로그램이 패킷 단위가 아닌 개별 문자단위의 통신을 실행하기 때문입니다. SE-PLM은 100 개의 바이트를 전송하면 1 개의 바이트가 파손되는 비율의 데이터 손실율을 가지고있으며 이것은 ST 에서 발행한 데이터 쉬트에 명시된 것입니다. 즉 샘플전자에서 SE-PLM을 제작했기 때문이 아니라 ST7537 디바이스와 전력선 통신 자체가 일정 비율의 데이터 손실율을 가지고 있음을 의미합니다. 이러한 문제를 해결하는 것은 사용자가 어떻게 통신 프로토콜을 잘 설계 하느냐에 따릅니다. SE-PLM은 시리얼 데이터 통신의 기본적인 규정을 알고 있어야 합니다. RTS/CTS 을 이용하는 하드웨어 핸드 쉐이킹과 X-On/Off 을 이용하는 소프트웨어 핸드 쉐이킹 그리고 Full Duplex/Half Duplex 통신의 개념을 정확하게 이해하고 있어야 SE-PLM을 이용한 전력선 모뎀용 프로토콜 설계가 가능합니다.  


2. 샘플전자에서 예제로 제시한 프로그램은 간단한 체크 섬 방식으로 작성하여 최소한의 기능을 갖는 데이터 통신 예를 보인 것입니다. PC 에서 동작하는 프로그램은 Visual BASIC 6.0 으로 작성한 것이며 SE-MCA 모뎀 컨트롤 보드(추가 사양)는 BASCOM 8051 로 작성한 것입니다. 패킷 단위로 데이터를 송수신하여 8051의 32 개의 포트 데이터를 ON/OFF 하는 예입니다. 체크섬  기능이 있어서 전력선의 노이즈에 의한 데이터 파손 시 잘못된 데이터가 포트에 전달되지 않도록 구성되어 있습니다. 두개의 프로그램 모두 프로토콜 설계 시 참고용으로 사용하도록 제시한 것이며 샘플전자는 이 예제 코드가 절대적으로 안정된 동작을 하는 것으로 보증하지 않습니다. 


3. SE-PLM은 최소 2 개로 구성하여야 송신/수신이 가능한 제품입니다. 가격은 1 개에 대한 것으로 명시된 것입니다.  

4. SE-PLM 에서 사용한 ST7537 모뎀칩과, 절연트랜스 등을 개별 판매하지 않습니다.

 

자주 묻는 질문:

Q: SE-PLM의 통신가능 거리는 어느 정도 입니까?
전력선 통신 모뎀은 전력을 공급하는 파워라인을 이용하여 통신하는 것입니다. 파워라인에 130KHz 의 FSK 변조 파형이 실리게 되는데 감쇠가 어느 정도 되느냐에 따라 다릅니다. 데이터 쉬트를 보면 수신 감도가 1mV 까지 동작 하는 것으로 명시 되어 있습니다 하나의 건물 내에서 충분히 사용 가능합니다.
Q: SE-PLM 은 ID 를 어떻게 설정합니까.
SE-PLM 은 시리얼 데이터를 전력선으로 보내고 받는 기능만 수행합니다. ID 는 사용자 제어보드 또는 PC 에서 결정하는 것이며 사용가능 개수의 제한은 없습니다.
Q: Harf Duplex 통신방식이 무었입니까?
시리얼 데이터를 송신 시간과 수신 시간을 분리하여 전송하거나 수신하는 것을 말합니다. 예를 들어 핸드폰은 송신 수신이 동시에 가능하므로 Full Duplex 통신 방식에 속하며 무전기 등은 송신 수신 모드를 구분하여 사용하므로 Half Duplex 통신 방식에 속합니다. SE-PLM 은 CD 신호를 항상 검사하여 다른 모뎀에서 송신하고 있는지 항상 확인하고 CD 신호가 없을 때만 송신하여야 합니다.

가격

품명   1개 가격
SE-PLM 파워라인 모뎀 (조립 검사 완제품, 전원, 시리얼 케이블 포함) 132,000 원
SE-MCA 모뎀 컨트롤 (조립 검사 완제품 ) 55,000 원
SE-PLM은 최소 2 개로 구성하여야 합니다.
SE-MCA를 포함하여 Point-Point 모드를 구성하려면 374,000 원 이 됩니다.