Power-line communication. Часть 1 — Основы передачи данных по линиям электропередач

27 августа в 15:23

Не так давно передо мной встала нетривиальная задачка — собрать устройство, которое могло бы по линиям электропередач (0,4 кВ), в сетях обычных бытовых потребителей, передавать некоторую информацию, а точнее — показания электросчетчиков.



Перед началом работы над созданием этого устройства, я мало понимал в цифровой обработке сигналов и в том, как работают компьютерные сети на физическом уровне. Нужно было быстро погрузиться в вопрос и выстроить план по созданию рабочего прототипа.
В процессе изучения я нашел очень много специализированной литературы по электронике, микроконтроллерам и цифровой обработке сигналов, которая очень помогла мне в этом. Но в самом начале пути для выбора направлений изучения мне бы пригодились обзорные статьи вроде этой.

Дальнейший материал — это выжимка из профессионального опыта в том виде, в котором я бы хотел это рассказать самому себе из прошлого. Многие факты сильно упрощены для лучшей читаемости.

Коммуникация

Начнём с абстракций. Представим, что нужно передать порцию информации от одного человека другому. На изображении: красный человечек — это передатчик, а синий — приёмник.



Для передачи информации будем использовать голос. Информация — это какой-то текст в нашей голове. Текст можно разбить на буквы и каждую букву представить в виде звукового сигнала. Таким образом можно кодировать каждую букву каким-то соответствующим звуковым сигналом.


Проводник

Звук, как известно, распространяется в виде волн — колебаний плотности воздуха или иной среды. В нашем случае средой для распространения сигнала служит воздух. От красного человечка звуковые волны по воздуху распространяются во все стороны.

Полезный сигнал



К счастью, информацию из нашей головы мы не можем мысленно передать напрямую в голову собеседнику. Поэтому буквы из нашей головы на “аппаратном уровне” мы преобразуем (кодируем) в звуковые сигналы (наборы звуковых волн). Будем называть это “полезным сигналом”.
Важно: каждая буква кодируется устойчивым набором звуковых волн. Из этих волн мы можем распознать определенную букву (если мы ее знаем, конечно же). Происходит преобразование из буквы в звук и обратно из звука в букву.

Шум


Шум — это такой же сигнал, но он не несёт в себе полезной информации. Шум искажает полезный сигнал и уменьшает дальность уверенного приема. Это может быть толпа людей, громко говорящих о чем-то своем, а может быть даже эхо или другие посторонние звуки, которые смешиваются с полезным сигналом. Шум обычно мешает прохождению полезного сигнала до приемника.

Протокол


В таком виде сигнал доходит до приемника. Приёмник из набора звуковых волн узнаёт (декодирует) буквы и собирает из них слова. Если ему кажется, что это бессмысленный набор звуков, то он их отбрасывает либо пытается восстановить исходный сигнал по сложному алгоритму. Отчасти, из-за этого мы иногда сначала переспрашиваем “Что?”, а уже потом понимаем, что всё расслышали.

Протокол — это, по сути, набор правил и алгоритмов, по которым мы из полезного сигнала сможем вычленить информацию. В данном примере это наш язык, на котором мы общаемся с собеседником. По нему мы узнаем смысл переданных звуков. Всё это происходит неосознанно можно сказать “на аппаратном уровне”.

Всё описанное выше в очень упрощенном виде показывает, как работает передача данных не только между людьми, но и между электронными устройствами. Только физическим воздействием у них будет, например, электрическое напряжение, а проводником — медный кабель. Информация, хранящаяся в устройстве, может быть передана с помощью различных физических сред передачи и протоколов, но суть примерно одна и та же: проводник, физическое воздействие, протокол.


 

Линии электропередач как канал связи



Далее мы по шагам разберемся, как передавать данные по линиям электропередач, и по ходу дела придумаем свой велосипед протокол. Основные идеи из открытого промышленного стандарта X10.

Чтобы использовать линии электропередач в качестве канала связи, нужно понять, как они устроены, и какие физические процессы в них происходят.
Взглянем на схему доставки электроэнергии от подстанции до жилых домов. Электрические сети трехфазные, и от подстанции идут три “фазы” (A, B и С), которые электрически изолированы друг от друга.



Для простоты условимся, что каждая фаза — это отдельный канал связи. Устройства, подключенные к разным фазам, не слышат друг друга.

Сейчас на рынке есть устройства, которые умеют общаться между фазами, для них вся подстанция — это один канал связи. Но пока для понимания это не играет особой роли.

Далее на схемах будем рассматривать только фазу «А» (в других всё аналогично).



При подключении нескольких приемо-передающих устройств к одной фазе образуется сетевая топология типа “общая шина”. Сигнал, отправленный одним из устройств, получат все остальные устройства, находящиеся в пределах распространения сигнала.

 
Продолжение на Хабр.
 
Directum | Как я пришел в Directum

Как я пришел в Directum

3 сентября в 13:14

У каждого своя история в Directum.
Мы спросили сотрудников: "С чего все начиналось?" Их ответы нас восхитили, удивили и порадовали.
От охранника до руководителя отдела, решение спросонья, лучший подарок на день рождения — все ответы читай в статье ниже.

Читать
Directum | Как уничтожить документы из электронного архива?

Как уничтожить документы из электронного архива?

29 июля в 14:27

Уничтожение считается успешным, если выполнено со скоростью не ниже требуемой, и не удается найти ни одного фрагмента исходного файла. А чтобы сравнение инструментов было честным, для уничтожения файлов во всех инструментах был применен один и тот же алгоритм"
Читайте подробности в кратком обзоре.

Читать