中 華 大 學
碩 士 論 文
使用電力線通訊之可定址照明裝置 Addressable Lighting System using
Power Line Communication
系 所 別：電機工程學系碩士班
學號姓名：M09701001 戴仁倉
摘要
近年來地球的氣候變遷已影響到全球的物種，為了減少對地球的傷害，我們必須 想辦法去避免及克服。綠色產業即是目前全球的發展重點，如何減少因生產或產品本 身對環境的影響，也成了最大的商機。
而目前的通訊不外乎有線通訊及無線通訊。無線通訊訊號會因建築物或是遮蔽物 的外在原因，因而造成訊號的干擾或是衰減，有線通訊則不須擔心此問題。而所有的 有線控制設備都需要電力線及訊號線，電力線通訊則省去了通訊線路，直接使用電力 線作為通訊線路。
在本篇論文使用於有線通訊的技術，透過電源電力線來傳輸資料，發送端將控制 位址定址、命令及資料編碼調變後載入市電電力電源線上傳遞出去，接收端將電源線 上的訊號抽出解調變解碼後，轉為有用的位址、命令與資料。本篇亦說明如何將命令 及資料編碼調變及解調變，如何使用示波器確認載入在市電上的調變訊號。以及當收 到命令後，如何將命令使用脈衝寬度調變轉為控制的電壓位準，來達到控制調整特定 位置燈光量度的目的。
最後也將目前市面上廣泛使用的 T8 和 T5 燈管的各項規格做比較，是希望大家 能夠選擇使用對自己及環境最有利的照明燈具，以達到節能減碳，保護我們的地球。
關鍵字:定址、照明、電力線通訊，脈衝寬度調變
Abstract
Global warming is more serious in the past decade. Human needed to be paying more attention on environment change, because here is our planet. We have to think that how to save energy and reduce CO2.
Lighting control is one of save energy solution. Using addressable microcontroller to send modulation signal via AC power lines will be a cheaper way as compared to using additional signal lines. This technology can also save more additional wiring time. In this thesis, how to use PLC (Power Line Communication) technology to control lighting system will be explained in detail, including data frame definitions and modulation/demodulation schemes. Used oscilloscope to make sure signals which coupling on power line. After that using PWM technology transfer digital signal to DC voltage leave to control ballast, which will be drive the lamp.
To saving energy and our planet, we should choose better solution.
Keyword: Addressable、PLC、PWM、Lighting
誌 謝
在研究所求學這段時間裡，研究上我遇到了很多的問題，也一一的解決問題。之 所以得以順利解決，都要感激我的指導教授田慶誠博士及王志湖博士。在研究上，為 我指點迷津以及導正觀念與方向；在生活及工作上，不管是遇上困難或是任何難過的 事，總是細心聆聽並給予適時的幫助。當然還有我的學長莊青龍及邱健榮的教導與指 點，本論文才得以順利完成。謝謝你們！
另外，還要感謝的是我的同窗夥伴鄭權祐、顏子揚、鄭名偉，沒有他們無私的幫 助以及技術上的指點，硬體應用設計及韌體設計也無法順利完成。還有其他的學長、
同學以及學弟妹，謝謝你們這段期間的支持與陪伴。謝謝你們！
最後要感謝的是在我工作上及求學路上一直很支持我的父母及兄長、姐姐們、我 的老婆小孩們，你們的支持與諒解是我最大的動力來源，謝謝你們!
目錄
摘要 ... i
Abstract ... ii
誌 謝 ...iii
目錄 ... iv
表目錄 ... vi
圖目錄 ...vii
第一章 緒論 ... 1
1.1 前言 ... 1
1.2 研究動機 ... 1
1.3 論文概述 ... 2
第二章 系統規劃與相關原理 ... 3
2.1 系統方塊 ... 3
2.1.1 主系統架構圖 ... 3
2.1.2 週邊配合裝置 ... 4
2.2 微控制單晶片 8-bit MPC82G516A ... 5
2.2.1 MPC82G516A 晶片主要特性 [2] ... 6
2.4 脈衝寬度調變 PWM ... 16
2.5 燈源比較 T8 vs T5 ... 17
第三章 硬體電路設計與韌體程式設計 ... 19
3.1 硬體電路設計 ... 19
3.1.1 Master MCU 架構 ... 19
3.1.2 Slave MCU 架構 ... 20
3.1.3 通訊單元 Communication unit... 20
3.1.4 PWM 轉換直流電壓電路 ... 23
3.2 韌體程式設計 ... 28
3.2.1 Master MCU ... 28
3.2.2 Slave MCU ... 29
第四章 結論 ... 31
參考文獻 ... 32
表目錄
表 2-1 LME2200C 接腳說明 [3] ... 10 表 2-2 LME2200C 工作載頻 [3] ... 15 表 2-3 T8 vs T5 燈管 ... 18
圖目錄
圖 2-1 系統作動說明... 3
圖 2-2 實體照片... 3
圖 2-3 主系統架構方塊... 4
圖 2-4 MPC82G516A 內部系統方塊 [2] ... 7
圖 2-5 MPC82G516A 接腳配置(LQFP48) [2]... 7
圖 2-6 LME2200C 內部方塊圖 [3] ... 9
圖 2-7 LME2200C 接腳定義 [3] ... 9
圖 2-8 資料傳遞時序 [3] ... 13
圖 2-9 資料接收時序 [3] ... 14
圖 2-10 資料接收時序相位 [3] ... 14
圖 2-11 PWM 輸出波型... 16
圖 2-12 調整脈衝寬度以達到轉換不同的電壓準位... 16
圖 2-13 T8 vs T5 燈管Ａ ... 17
圖 2-14 T8 vs T5 燈管Ｂ ... 17
圖 2-15 T8 & T5 實體照片 ... 18
圖 3-1 Master MCU 架構 ... 19
圖 3-2 Master 實體照片... 19
圖 3-2 Slave MCU 架構 ... 20
圖 3-4 通訊單元內部方塊 [3] ... 21
圖 3-5 傳遞接收時間... 21
圖 3-6 電力線上的訊號... 22
圖 3-7 框資料波形... 22
圖 3-8 實際資料波形對照... 22
圖 3-9 實際資料波形 A... 23
圖 3-10 實際資料波形 B ... 23
圖 3-11 PWM 訊號轉換直流位準方塊圖... 23
圖 3-12 PSpice 模擬電路 ... 24
圖 3-13 PSpice 模擬 A ... 24
圖 3-14 PSpice 模擬 B... 25
圖 3-15 PSpice 模擬 C ... 25
圖 3-16 實際電壓位準 A... 25
圖 3-17 實際電壓位準 B ... 26
圖 3-18 實際電壓位準 C... 26
圖 3-19 實際電壓位準 D... 26
圖 3-20 PWM 轉換輸出電壓準位曲線... 27
圖 3-21 Master MCU 程式流程方塊圖 ... 29
第一章 緒論
1.1 前言
在有線網路通訊產品技術應用方面，由於寬頻技術趨於成熟，高頻寬技術規格制 訂也趨於完成，所以近年來的寬頻技術發展多著墨於傳輸速率及穩定性的提升和通訊 技術的整合。2008 年的金融風暴使全球消費習慣有了重大的改變，宅經濟及數位家 庭順勢興起，影音檔案成為網路傳輸的最主要應用，同時為了讓家用使用者能夠更方 便、更容易使用網路系統，使網路應用更加多元化，也促使網路頻寬加速成長，亦促 使了電信業者及網路設備業者積極拓展相關技術。[1]
再則，數位化家庭生活的蓬勃發展，也促使家庭數位系統化、有線通訊及無線通 訊技術迅速的提升，相關的應用產品因應而生，系統的整合與控制運用產品推陳出新，
為的就是可以在市場上占有一席之地。
在傳統的照明裝置上，簡易的說就是一個開關及一個燈泡，並無任何其它的裝置。
後來演變到可調整燈光到所需的亮度，近年來再來演進到可以使用有線通訊控制的 DALI 調光控制系統及使用無線通訊 Wireless 的控制系統，可連結多樣化的開關及感 測元件，來完成一龐大的照明系統。
1.2 研究動機
目前現有的有線通訊皆須額外的配線線路配合才能順利完成資料的傳輸目的，但 如果可以簡化配線，除了可以節省資源、時間及成本外，更能減輕配線人員的誤配線 機會及管路線路簡單化。又如果可以直接使用本身的電力電源線來做通訊的線路，則 是最快最直接也是簡單的方式，因為所有的電器設備皆須要使用電力電源線供應電 力。
那麼如何使欲傳遞的數位資料順利透過市電電力電源線傳送到指定的地點？又 可確切的收到正確的資料? 本研究將以電力電源線傳遞工作指令，控制不同的端點
順利接收指令後，按接收到的指令做動，以茲驗證使用電力電源線通訊的可行性及控 制各別端點做動。
1.3 論文概述
關於本篇論文整體架構如下，第一章為序論，概敘性的說明有線通訊網路發展以 及現行使用於有線通訊的技術概況。第二章說明本論文所使用的元件、脈衝寬度調變
（PWM：Pulse Width Modulation )的基本架構原理。第三章為實際的元件應用設計與 硬體實現，其設計分為硬體及韌體的設計來達成我們想要的透過市電的電力線來傳遞 資訊取代傳統須額外佈置的通訊線路。第四章談論研究心得以及 PLC 未來的展望與 發展。
第二章 系統規劃與相關原理
2.1 系統方塊
2.1.1 主系統架構圖
本研究主要是針對使用市電的電力電源線作為通訊傳遞溝通的管道，將所要傳輸 的資料調變耦合後載入市電電源線上傳送出去，當線上裝置收到電源線上的調變訊號 時，再解調變回數位訊號轉換成為有用的資料。
圖 2-1 系統作動說明
下圖為本研究的主架構設計。透過 Master MCU 控制裝置的按鍵選擇，選擇所需 要控制的 Slave ID 編號及欲控制的命令，透過 Master MCU 將命令送給 PLC Unit 將 命令作調變後載入市電的電源線上，而當連接在電源線上的所有 PLC Unit 接收到線 上的命令時，會先解調變回有用的數位資料交給 Slave MCU 判讀命令，確認命令所 屬，如果為本身的命令即按命令指示動作，當非本身的命令時則不以理會，繼續等待 下一筆訊號。
圖 2-2 實體照片
圖 2-3 主系統架構方塊
2.1.2 週邊配合裝置
除了主要的 MCU 及 PLC 單元外，本研究所採用控制的燈源為 220V 的電子安定 器（Ballast）及 T8 的燈管，電子安定器可調整的控制電壓範圍從 1V~10V，由不同 的控制電壓來達到不同的亮度控制。
在本身的電源供應上，使用的市電電源為 220V。由同一來源的市電提供給，電 壓轉換使用 Switching Power 的模式來供應給 MCU、PLC、PWM 電路使用，以達到 節能的效果。
2.2 微控制單晶片 8-bit MPC82G516A
MPC82G516A [2] 是一顆微控制單晶片，它主要結構是使用 1-T 8051 CPU，但是 它有更高效率的 1~7 命令執行循環週期，約是標準 8051 的 6~7 倍。MPC82G516A 可 以工作在更低速的狀態下，更可以減少能源的消耗。
MPC82G516A 有內建 64K 的 Flash memory 給執行碼及資料使用，而這內建的 Flash memory 擁有 Parallel mode 或是 Serial mode 可使用系統上或是線路上直接燒錄 功能 In-System Programming ISP 和 In-Circuit Programming ICP 的能力，同時也擁有 In-Application Programming IAP 的能力。它並不需要使用高電壓來燒錄，只要在一般 的工作電壓即可。
MPC82G516A 比起一般的 8051 MCU（256bytes SRAM、4 個 8bit I/O 埠、3 個 Timer/Counters、Full-duplex 序列埠、4 階多來源中斷控制器）MPC82G516A 擁有更 多的功能 1024bytes 的外加 RAM（XRAM）、5 個 I/O 埠、10bits ADC、PCA、SPI、
第二組的 UART、按鍵中斷、一次致能監視時脈，這些強大的功能可以讓使用者的應 用範圍更加的廣泛，成本也更低的微控制器。（本研究使用 MEGAWIN 公司開發的 8-bit MPC82G516A 單晶片）
2.2.1 MPC82G516A 晶片主要特性 [2]
2.2.2 MPC82G516A 內部系統方塊圖
圖 2-4 MPC82G516A 內部系統方塊 [2]
2.2.3 MPC82G516A 接腳配置圖(LQFP48)
圖 2-5 MPC82G516A 接腳配置(LQFP48) [2]
註:如欲瞭解更詳細 MPC82G516A 單晶片資料，請參閱 MEGAWIN 公司的產品資料。
2.3 電力線通訊載波晶片 LME2200C
LME2200C [3] 是一個專門為電力線通訊而設計的調制解調器晶片，它提供在電 力線上發送和接收數據的全方位解決方案。它採用了多載波調制解調制技術，專門針 對電力線較差的通訊條件，因此具有很好的傳輸性能。此晶片內建數位類比轉換電路 DAC 及類比數位轉換電路 ADC，這樣很容易與類比前端電路（AFE）框聯，並在此 晶片內同時具有數位信號處理（DSP）。為了控制接收通道的增益，此晶片中亦提供 了可選擇的 26dB、46dB、66dB 限幅放大器。此外晶片還提供了與微處理器或資料 終端的靈活界面。（本篇研究使用力合微電子有限公司 Leaguer Microelectronics 開發 之晶片）
2.3.1 LME2200C 晶片主要特性
做為在電力線上進行資料發送和接收的單片調制解調制器
在 9k~150kHz 頻率內使用者可自由選擇載波頻率
資料速率 2.4kbps/1.2kbps/600bps 可選
不區分地線火線
框(Frame)資料發送和接收
內置前向糾錯(FEC)和 CRC 校驗
數位信號處理(DSP)的先進接收技術
內置 8 位元 AD/DA 與類比前端界面
圖 2-6 LME2200C 內部方塊圖 [3]
2.3.2 LME2200C 接腳配置描述
圖 2-7 LME2200C 接腳定義 [3]
表 2-1 LME2200C 接腳說明 [3]
2.3.3 LME2200C 功能結構描述
串列資料界面
LME2200C 提供串列資料界面用於與 MCU 和資料終端的資料交換（晶片配置、
使用者資料發送和接收），該界面可工作在同步模式或非同步模式，操作模式由 LME2200C 通電或復位時 SMOD 接腳的狀態決定。
發送和接收數位信號處理單元
使用者資料以資料框的方式發送。晶片內建數位信號處理（DSP）單元負責發送 數位調制和接收器的同步、資料解調等。同時內建了差錯控制功能，包括 16-bit CRC 校驗和前向糾錯（FEC）功能、FEC 功能，使用者可通過配置模式暫存器關閉和打開。
內建 DAC 和 ADC
內置的 8 位元 DAC 將調制器輸出的數位信號變換為類比信號，輸出幅度為 0～
1.25V；8 位元 ADC 將接收器收到的類比信號轉換為適於 DSP 處理的數位格式，輸 入範圍為-0.625~+0.625V。
主時脈
LME2200C 在 14.7456MHz 的主時脈頻率下工作。該時脈由晶體和內置振盪器 產生，也可使用外部時脈，LME2200C 可提供 14.7456MHz 和 7.3728MHz 的時脈信 號供其他系統單元使用（如 MCU)，時脈輸出接腳為 CLKOUT，輸出時脈受 CLKSEL 的狀態控制。
晶片配置
使用者透過暫存器可對 LME2200C 進行配置，如資料傳輸速率/載波頻率/差錯控 制功能等。
非同步資料傳輸
在非同步模式下（SMOD = 1)，序列界面工作在非同步 UART 方式下（速率 9.6kbps，
1bit 起始位元，8bit 資料位元，1bit 停止位元），此時 TXD 發送資料，RXD 接收資 料。
同步資料傳輸
在同步資料傳輸模式下（SMOD = 0），位元時脈由 RXD 輸入，TXD 則用於同 步資料收發。收發資料以 8bit 框架格式傳送；接收時 LME2200C 在時脈上升緣讀取 資料，發送時 LME2200C 在 RXD 時脈的上升緣發送資料。詳見時序圖。
框結構
使用者資料以資料框的方式發送和接收 LME2200C 使用框結構如下:
50Hz 同步前導/ 同步字 / 資料 22 bits / 16 bits / 240 bits 60Hz 同步前導/ 同步字 / 資料
18 bits / 16 bits / 240 bits
同步前導用於收端與發端建立時脈同步，同步字用於框同步。資料部分包括使用 者資料、前向糾錯（FEC）和 16bit CRC 校驗。FEC 功能打開狀態下，使用者資料長 度為 18*8 bits；FEC 功能關閉狀態下，使用者資料長度為 28*8 bits。 透過設置模式 暫存器中的 FEC 可控制打開或關閉 FEC 功能。
前向糾錯（FEC：Forward Error Correction）數字信號在傳輸過程中，受到噪聲和 干擾的影響，可能出錯。前向糾錯是一種發現錯碼並且改正錯碼的方法。糾錯碼率 3/4 的意思是在發送的數碼中原始的信息佔 3/4，另外 1/4 的數碼用來糾錯。糾錯碼 率通常為 1/2、2/3、3/4 和 7/8。糾錯碼率越低，糾錯性能越強，抗雨衰越好，但需 要的頻帶寬度越寬。如果帶寬一定，糾錯碼率越低，原始信息碼數就越少，分辨率就
（SYNC 腳與過零檢測電路相連接)，它將完成收發兩端的粗同步，精確的時脈同步依 據從接收框的同步前導，通過時脈調整獲得。
TXE 下降緣是框發送的致能信號(與 TX start 命令功能相同)，框的信號在每個 50/60Hz 發送 T2 長度的符號，這個長度由暫存器中 T2 暫存器設置
發送時序
框發送定時示意如下圖，當模式暫存器的 D5 設為 0 時，晶片處於空閒狀態(既不 發送也不接收)，當 D5 設為 1 時，晶片進入到發送/接收狀態。
在正常的發送/接收操作下，使用者寫發送資料到 TX 緩衝器然後，通過 TXE 或執行 TX start 命令開始資料發送，LME2200C 進行調制並根據發送定時發送框資 料，在框發送期間 TX_BUSY 保持低電位(作為發送狀態指示)，框發送完成後，
LME2200C 返回到接收狀態。 注: T_Tx 是 TXE 最小保持時間
圖 2-8 資料傳遞時序 [3]
接收時序
當模式暫存器中的 D5 被設置為 1，晶片處於接收狀態，LME2200C 不斷搜索框 信號，一旦正確接收一框資料，RX_RDY 信號被設置為低電位來指示資料已接收，當 收到的資料被讀出後， RX_RDY 返回為高電位。在同步資料傳輸模式中，接收的資料 按照設定的時脈速率通過序列界面被讀出。在非同步模式下，接受的資料自動發送到 序列界面。
圖 2-9 資料接收時序 [3]
圖 2-10 資料接收時序相位 [3]
表 2-2 LME2200C 工作載頻 [3]
2.4 脈衝寬度調變 PWM
脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation : PWM）是利用以數位訊號輸出調整來對 類比電路進行控制，簡單的說將相同頻率的方波做不同時間的高電位輸出，是一種非 常有效率且好用的技術。PWM 技術被廣泛的應用在測量、通訊、功率控制、變換電 壓位準上。 下圖 2-11 為一般常使用的 PWM 波形示意圖。
圖 2-11 PWM 輸出波型
當輸入一固定頻率的三角波時，訊號經由比較器與電壓作比較時，不同的電壓 位準將會改變輸出的脈衝寬度。以本研究為例，需使用不同的脈波寬度來轉換成不同 的電壓準位，由 1V~10V 的電壓來驅動電子安定器（ballasts），以達到調整不同亮度 的需求。 如下圖 2-12 所示。
2.5 燈源比較 T8 vs T5
目前市面上的燈管使用較多的為 T8 及 T5 的燈管規格，T8 燈管為較傳統型的燈 管，搭配的安定器分為傳統穩壓型及電子穩壓型。傳統的安定器因其功率因數約只有 46%，而電子安定器高達 98~99%，故單純的 T8 燈管配合使用不同的安定器即可有省 電的效果產生。
T5 燈管較 T8 燈管來的細，但其使用壽命比 T8 來的長 3~4 倍，也更省電，且 T5 燈管可做不同的亮度調整應用（搭配可調整電子安定器 Ballast）。其功率因數達 99%，
若以兩者照度（luminance：Lux）來看，T5 約是Ｔ8 的兩倍，功率消耗約只有 1/3 而 已。如下方比較曲線圖
圖 2-13 T8 vs T5 燈管Ａ
圖 2-14 T8 vs T5 燈管Ｂ
0 50 100 150 200 250 300
照度 Lux
照度 Lux
照度 Lux
照度 Lux
照度 Lux
照度 Lux 全暗 初始 1/4 亮 1/2亮 3/4亮 全亮
T5電子式 (220V- 14W)
T8電子式(110V- 20W)
T8傳統穩壓式 (110V-20W)
500 100150 200250 300350
消耗電流mA 消耗電流mA 消耗電流mA 消耗電流mA 消耗電流mA 消耗電流mA
全暗 初始 1/4 亮 1/2亮 3/4亮 全亮
T5電子式 (220V- 14W)
T8電子式(110V- 20W)
T8傳統穩壓式 (110V-20W)
表 2-3 T8 vs T5 燈管
第三章 硬體電路設計與韌體程式設計
3.1 硬體電路設計
3.1.1 Master MCU
在 Master MCU 的設計上 開關及按鍵作為選擇 Slave ID 份則由 Switching power 來提供 考電壓為+12V，所以 Switching 至 5V，為何選用 LM317
硬體電路設計與韌體程式設計
硬體電路設計
3.1.1 Master MCU 架構
的設計上，主要以 MPC82G516A 做為控制的 MCU
Slave ID 的設定和燈光的調整；而內部系統所需要使用的電源部 來提供，因 MCU 使用的是 5V 的電壓，而
Switching power 輸出電壓為 12V，再經由穩壓
LM317 穩壓 IC，是因 MCU 也可工作在 3.3V，可隨機作調整
圖 3-1 Master MCU 架構
圖 3-2 Master 實體照片
硬體電路設計與韌體程式設計
MCU 元件，搭配 而內部系統所需要使用的電源部
而 PWM 所需要的參 再經由穩壓 IC LM317 降壓
可隨機作調整。
3.1.2 Slave MCU 架構
在 Slave MCU 的設計上 了控制的部分，因為 Slave 簡單。如下圖 3-2
3.1.3 通訊單元 Communication unit
通訊單元主要的工作就是將數位命令資料調變成類比的訊號 在市電上（AC100~240V），
前端電路，前端電路由一 經由功率放大器（PA）後
由 Transformer 傳遞至市電線路上
架構
的設計上，一樣以 MPC82G516A 做為控制的 MCU Slave 單元只是接收命令及執行命令，故其結構上與
圖 3-2 Slave MCU 架構
Communication unit
通訊單元主要的工作就是將數位命令資料調變成類比的訊號，然後將此訊息附掛
），當數位訊號經過編碼後由 LME2200C 的 前端電路由一 LPF、PA、電容組成。訊號先經由低通濾波器
後，通過一阻隔/耦合電容（阻隔直流、耦合交流 傳遞至市電線路上。而接收訊號時是將訊號由 Transformer
MCU 元件，但省去 故其結構上與 Master 單元
然後將此訊息附掛 的 Tx_OUT 輸出給 經由低通濾波器（LPF），再
耦合交流），再將訊號 Transformer 取出後，經
訊號在電力線上的傳遞時間由上圖 單元會連續重覆傳遞資料長達
多，為了避免這些干擾的訊號影響
能確保 Slave 可以在這時間內完整的收到命令 停止接收訊號，也當是一筆命令資料傳送結束
再由接發送的時序圖及封包模式 的調變訊號狀態，在此要特別注意 減 100 倍。但這樣還是會看不到訊號
圖 3-4 通訊單元內部方塊 [3]
圖 3-5 傳遞接收時間
的傳遞時間由上圖 3-5 可得知當 Master 命令資料送出後
單元會連續重覆傳遞資料長達 420ms，最主要的原因是因為訊號在電力線上的干擾太 為了避免這些干擾的訊號影響到我們訊號，就必須花費較長的發收時間
可以在這時間內完整的收到命令。當線上已無任何訊號時 也當是一筆命令資料傳送結束。
再由接發送的時序圖及封包模式設定輸出的資料，在示波器下可看出在交流市電 在此要特別注意，因為示波器的探棒必須要使用高壓探棒
但這樣還是會看不到訊號，因為你的調變訊號相對於市電的
命令資料送出後，通訊 最主要的原因是因為訊號在電力線上的干擾太
就必須花費較長的發收時間，這樣才 當線上已無任何訊號時，接收端才會
在示波器下可看出在交流市電 的探棒必須要使用高壓探棒，且要衰 因為你的調變訊號相對於市電的 50Hz 或 60Hz
小的太多，你必須要將市電的 50Hz 或 60Hz 訊號給濾掉，這樣才可清楚的看到你要 的調變訊號。如下圖 3-6
圖 3-6 電力線上的訊號
如果配合著時序圖你可以清楚的看到訊號的模式跟時序圖上的關係。如下圖 3-7
圖 3-7 框資料波形
3.1.4 PWM 轉換直流電壓
將 PWM 的訊號轉換 一個 OP 放大電路。當 PWM
在經過 OP 放大器輸出直流電壓位準
圖
圖 3-9 實際資料波形 A
圖 3-10 實際資料波形 B
轉換直流電壓電路
的訊號轉換成直流電壓位準的部份，本研究使用一個二階的積分電路加 PWM 訊號進入積分電路 RC 依正訊號時間的長短開始充放電 放大器輸出直流電壓位準。
3-11 PWM 訊號轉換直流位準方塊圖
本研究使用一個二階的積分電路加 依正訊號時間的長短開始充放電，
使用 PSpice 模擬
將二階積分電路及運算放大電路代入
當週期設定為 5ms 時，先由正
將二階積分電路及運算放大電路代入 PSpice 中模擬。
圖 3-12 PSpice 模擬電路
先由正訊號設 2ms，可得模擬結果輸出直流電壓位準為可得模擬結果輸出直流電壓位準為 4V。
當週期設定為 5ms 時，正訊號設
當週期設定為 5ms 時，正訊號設
由 PSpice 的模擬結果可知 再以實際的電路測試 PSpice 當脈衝週期為 5ms，脈衝寬度為
正訊號設 4ms，可得模擬結果輸出直流電壓位準為
圖 3-14 PSpice 模擬 B
正訊號設 4.9ms，可得模擬結果輸出直流電壓位準約為
圖 3-15 PSpice 模擬 C
的模擬結果可知，此二階積分電路設計是可行的也符合本研究的需求 PSpice 的模擬結果做實際的驗證。
脈衝寬度為 0.05ms 時
圖 3-16 實際電壓位準 A
可得模擬結果輸出直流電壓位準為 8V。
可得模擬結果輸出直流電壓位準約為 10V。
此二階積分電路設計是可行的也符合本研究的需求。
當脈衝週期為 5ms，脈衝寬度為 2.5ms 時
圖 3-17 實際電壓位準 B 當脈衝週期為 5ms，脈衝寬度為 3.5ms 時
圖 3-18 實際電壓位準 C 當脈衝週期為 5ms，脈衝寬度為 4.9ms 時
按實際電路的輸出得到輸出曲線，此輸出曲線為線性曲線，也正是我想要的，透 過此曲線可以將我要控制的亮度化分為 100 個等分，當我要控制亮度時可借由直接選 擇亮度或是由向上鍵或向下鍵逐步調整亮度。
圖 3-20 PWM 轉換輸出電壓準位曲線
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 輸
出 電 壓 V
脈波寬度時間 ms
PWM 轉換輸出電壓準位
3.2 韌體程式設計
3.2.1 Master MCU
本研究韌體程式是以 Keil C51 [4] 語言軟體來構置。程式首先須先設定 UART 通 訊協定的規範，因 MUC 及 LME2200C 皆以 UART 協定設計。再則需設定工作的時 脈週期及 PWM 所需要的 5ms 脈衝寬度週期及 100 等分的脈衝寬度數值表，當作亮度 控制所用。再來須定義中斷控制器及按鍵輸入定義及 Slave ID 位置表。
當所有定義完成後及進入主程式，因需確認每次的輸出亮度是我所需要的，所以 在 Master 端也加上了一組燈具，程式一動作就先輸出一標準亮度，之後再讀取是否 有任何的控制要求與否？若沒有則正常輸出。當有要求訊息要求要變更亮度時，需要 先輸入欲改變亮度的 Slave ID，再輸入亮度值，當亮度值輸入後會馬上將命令由 LME2200C 編碼調變送出至電力線上，或是調整完成後送出，程式內皆有定義。Master 會一直送出變更亮度的指令給 Slave 端，直到設定結束或一段時間未有任何的輸入設 定要求。
目前程式只定義了 250 個 Slave ID, 因為其他的 ID 是當做特殊指令，如整體同時 調整亮度或是部份調整亮度等。當然你也可以在輸出的封包內定義指令，目前本研究 只使用其封包的前四組（2 bytes 一組），總共 31 組可用。以下是本次的定義
傳遞指令--指令長度--ID 位置--亮度值--未使用--未使用--……
圖
3.2.2 Slave MCU
在 Slave 程式首先須先設定
及 PWM 所需要的 5ms 脈衝寬度週期及 用的查詢表。再來須定義本身的
以不需定義。當所有定義完成後及進入主程式 單元收到來自電力線上的命令時
為本身的命令則按照命令做亮度的調整 的指令訊息的到來。
圖 3-21 Master MCU 程式流程方塊圖
程式首先須先設定 UART 通訊協定的規範，再來需設定工作的時脈週期 脈衝寬度週期及 100 等分的脈衝寬度數值表
再來須定義本身的 ID 位置，因 Slave 沒有中斷控制器及按鍵輸入 當所有定義完成後及進入主程式，會每次的輸出標準亮度
單元收到來自電力線上的命令時，會將訊號解調至有用的資料送給 為本身的命令則按照命令做亮度的調整。當非本身的命令時則不以理會
再來需設定工作的時脈週期 等分的脈衝寬度數值表，當作亮度控制所 沒有中斷控制器及按鍵輸入，所 會每次的輸出標準亮度，當收到 PLC 會將訊號解調至有用的資料送給 MCU 判讀，如果 當非本身的命令時則不以理會，持續等待新
圖
圖 3-22 Slave MCU 程式流程方塊圖
第四章 結論
經由使用電力線通訊可以減少傳統通訊線佈線，減少人員、材料、工時的成本，
亦可減少因人員佈線的錯誤。
雖然通訊的方式種類凡多，但是可以精簡通訊的方式卻不多。透過電力線通訊正 確的定址傳達指令，有效的提升效率及減少材料的支出是本論文最主要的研究目的，
電力線通訊除了燈光控制外，更可使用在所有家電或工廠設備控制，電力線通訊可以 成為未來提升生活品質，節能減碳的最佳路徑。
參考文獻
[1] 郭明洲，“2010 年通訊產品製造業分析”，台灣經濟研究院產經資料。2010/4/30 [2] Megawin Technology Co., Ltd MPC82G516A 2008/12 Version A4 data sheet。
[3] 力合微電子有限公司 Leaguer Microelectronics LME2200C data sheet。
[4] 溫植燁，“8051 單晶片實務與應用-使用 Keil C”，文魁資訊，初版，台北市 2002。
