專利名稱：一種電力線載波通訊電路及其調(diào)制、解調(diào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力線載波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電力線載波通訊電路及其調(diào)制、
解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與建設(shè)現(xiàn)代化社會的需要，國家電網(wǎng)提出了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電 網(wǎng)的發(fā)展計(jì)劃，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)離不開信息技術(shù)。現(xiàn)代的信息技術(shù)包括無線通信、 Internet通信、電話線通信、衛(wèi)星通信、電力線載波通信等等。前三種通信技術(shù)，在日常生活 中到處可見，在電網(wǎng)運(yùn)營也應(yīng)用很多，而電力線載波通信，這座被國外傳媒喻為未被挖掘的 金山，正逐漸成為一門電力通信領(lǐng)域乃至關(guān)系到千家萬戶的熱門研究領(lǐng)域。建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能 電網(wǎng)，尤其是電力線通訊網(wǎng)的建設(shè)離不開中低壓電力載波技術(shù)的發(fā)展。但各種電力線窄帶 載波芯片在傳輸信息時，都存在傳輸距離近、容易受噪聲干擾等技術(shù)瓶頸。怎樣可靠地傳輸 數(shù)據(jù)，怎樣傳輸數(shù)據(jù)距離更遠(yuǎn)，成為一個熱門的研究課題。而本發(fā)明的應(yīng)用使電力線數(shù)據(jù)傳 輸更可靠，傳輸距離更遠(yuǎn)，解決了一個電力線載波技術(shù)工程應(yīng)用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前低壓電力線載波通訊技術(shù)存在的問題，提供一種電力線 載波通訊電路及其調(diào)制、解調(diào)方法，本發(fā)明是一種過零傳輸?shù)摹⒏哽`敏度、低功耗、傳輸距離 遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)、通訊可靠的載波發(fā)送與接收技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種電力線載波通訊的調(diào)制方法，其步驟為
1)過零電路檢測電力線上交流電壓的過零點(diǎn)信息；
2)過零電路將過零點(diǎn)信息發(fā)送給載波處理芯片； 3)載波處理芯片根據(jù)接收到的過零點(diǎn)信息在設(shè)定時間段內(nèi)對待發(fā)送信息進(jìn)行調(diào) 制后發(fā)送給載波發(fā)送電路； 4)載波發(fā)送電路將接收到的調(diào)制信息耦合到電力線上。 進(jìn)一步的，所述設(shè)定時間段為所述零點(diǎn)信息中過零時刻t。為中心的一時間段 [t。-t， t。+t] ， t為一時間長度。 進(jìn)一步的，所述載波處理芯片接收到所述過零點(diǎn)信息后，打開一定時器，然后將接 收到所述零點(diǎn)信息t前的一時間點(diǎn)作為對待發(fā)送信息進(jìn)行調(diào)制的起始點(diǎn)。
進(jìn)一步的，所述t。 = 3ms，所述t = 1.5ms。 進(jìn)一步的，所述調(diào)制方法為將待發(fā)送信息1擴(kuò)頻為10組高低電平或10組高高低
低電平；將待發(fā)送信息0擴(kuò)頻為20組高低電平或10組高低高低電平；所述高電平為425KHz
頻率信號，所述低電平為416KHz頻率信號。 —種電力線載波通訊的解調(diào)方法，其步驟為 1)載波接收電路將接收的載波信息發(fā)送給載波處理芯片；
2)過零電路檢測電力線上交流電壓的過零點(diǎn)信息，并將其發(fā)送給載波處理芯片；
3)載波處理芯片對接收到的載波信息進(jìn)行解頻； 4)載波處理芯片根據(jù)接收到的過零點(diǎn)信息對設(shè)定時間段內(nèi)的解頻信息進(jìn)行采樣、 濾波，得到通訊信息。 進(jìn)一步的，所述設(shè)定時間段為所述零點(diǎn)信息中過零時刻t。為中心的一時間段 [t。-t， t。+t] ， t為一時間長度。 進(jìn)一步的，所述載波處理芯片接收到所述過零點(diǎn)信息后，打開一定時器，然后將接 收到所述零點(diǎn)信息t前的一時間點(diǎn)作為對待解頻信息進(jìn)行解調(diào)的起始點(diǎn)；所述t。 = 3ms，所 述t = 1. 5ms。 進(jìn)一步的，所述采樣、濾波方法為
1)對解頻后的模擬信號進(jìn)行采樣； 2)將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值濾波，每次濾波后的值為一實(shí)際采樣點(diǎn)； 3)將每一次得到的實(shí)際采樣點(diǎn)加到一個16字節(jié)緩沖的相應(yīng)位置，并與匹配濾波
器進(jìn)行計(jì)算比較； 4)將上述步驟l) 3)重復(fù)設(shè)定次數(shù)，將得出的最大值與門限值比較，大于門限值 則確定通訊信息為O，小于門限值則確定通訊信息為1。 —種電力線載波通訊電路，其特征在于包括載波處理芯片，過零電路，載波發(fā)送電 路，載波接收電路；所述載波處理芯片分別與所述過零電路、載波發(fā)送電路、載波接收電路 連接。 本發(fā)明的主要內(nèi)容包括一種由載波處理芯片、過零電路、載波發(fā)送電路、載波接 收電路組成的載波通訊模塊和載波信號調(diào)制與解調(diào)方法。 硬件主要包括載波處理芯片，過零電路，載波發(fā)送電路，載波接收電路，算法設(shè)計(jì) 主要為載波信號的發(fā)送與解碼處理方法。 載波處理芯片通過SCI (串行通訊接口 )與其它應(yīng)用控制CPU通訊。通過P麗(脈
沖寬度調(diào)制)發(fā)送載波信號，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)采集接收的載波信號。 過零電路通過對電力線電壓采樣，判斷出電力線上交流電壓的過零時刻，在過零
時刻通過光耦輸出一下降沿，輸入到載波芯片處理芯片中。 載波發(fā)送電路，將P麗輸出的信號放大，通過驅(qū)動電路、耦合電路輸送到電力線 上。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于，要點(diǎn)一為在過零時刻附近發(fā)送載波信號，要點(diǎn)二為獨(dú)特 的擴(kuò)頻方式。 過零發(fā)送過零時刻，電力線上的噪聲干擾最小，上傳輸距離會提高，實(shí)驗(yàn)測試結(jié) 果也證實(shí)了這一點(diǎn)。因此選擇在電力線過零點(diǎn)發(fā)送載波信號。為了增加抗干擾性能，選擇 在過零點(diǎn)符近3ms的時間段里發(fā)送冗余的數(shù)據(jù)。在每一個過零點(diǎn)前后3ms的時間段時，發(fā) 送一位有效的信息，即l或0。 在電力線上如果為全為l(高)，或O(低)，極易受到干擾。所以在電力線上實(shí)際 傳輸?shù)臑轭l率信號。在本發(fā)明中，中心頻率為421KHZ。發(fā)送頻率為425KHZ表示高電平1， 發(fā)送416KHZ表示低電平。擴(kuò)頻方式1擴(kuò)為10組10(高低)。0擴(kuò)為20組10(高低)。即在3ms的時間段里，發(fā)送l，就發(fā)送為10組IO(高低)組合，每個電平發(fā)送時間為150us ;發(fā)送0，就發(fā)送 為20組10(高低)組合，每個電平發(fā)送時間為75us。從另一個角度說，就是l，擴(kuò)為10組 1100 (高高低低)，而0擴(kuò)為10組1010 (高低高低)，而每一組發(fā)送時間為300us，每個電平 發(fā)送時間為75us。 接收解頻方式將上述擴(kuò)頻方式發(fā)送出的以421KHZ為中心頻率變化的電壓信號， 通過解頻調(diào)制芯片解頻，解頻后，得到10組近似梯形或20組近似正弦的模擬信號。這兩種 信號， 一種代表1，另一種代表0。對解頻后的模擬信號，進(jìn)行AD采樣，將AD采樣后的數(shù)據(jù) 經(jīng)過平均值濾波，每一次得到濾波平均值后，再將其送入匹配濾波器，3ms結(jié)束后，得出的最 大值與門限比較，大于門限則為O，小于門限則為1。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于，第一，在電力線電壓的傳輸過零點(diǎn)，前后3ms的時間段內(nèi) 發(fā)送信號，在過零點(diǎn)前后3ms的時間段內(nèi)接收載波信號。利用了電力線過零點(diǎn)附近噪聲干 擾小、信號傳輸距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)。第二，在擴(kuò)頻方式上選擇了獨(dú)特的80位序列碼的方式，增加 了其抗干擾能力。解擴(kuò)方式選擇了將信號解為近似梯形的模擬信號，解決了對數(shù)字信號解 調(diào)運(yùn)算時間長，運(yùn)算量大的問題。
本發(fā)明的積極效果 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以大大提高電力線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕瑫r靈敏度更 高、傳輸距離更遠(yuǎn)，抗干擾能力得到顯著改善。


圖1是本載波模塊的應(yīng)用框圖。 圖2是本載波模塊的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3是過零點(diǎn)傳輸時間示意圖。 圖4-l、4-2、4-3是擴(kuò)頻方式原理圖。 圖5是解頻后模擬信號理論圖。 圖6是實(shí)測解頻后的近似梯形信號 圖7是實(shí)測解頻后的近似正弦信號
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方案和工作過程，但不以任何方式限制本 發(fā)明的范圍。 圖1為本載波模塊的應(yīng)用框圖。載波模塊通過串行接口與具有串行接口的485表、
采集器或配變終端進(jìn)行通信。配變終端通過串口向載波模塊發(fā)送命令，另一個載波模塊收
到命令后，通過串口向485或采集器發(fā)送抄表命令，抄表成功后，載波模塊回令。 本發(fā)明的載波模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。由載波發(fā)送電路、載波接收電路、過零點(diǎn)檢測
電路、載波信號處理芯片組成。 首先，圖2中過零點(diǎn)電路完成找過零點(diǎn)功能。在電力線載波模塊上加上過零檢測 電路，檢測電力線上交流50HZ正弦波電壓的過零點(diǎn)。這個過零點(diǎn)作為硬件過零點(diǎn)。如圖3 所示，直線與正弦線的交點(diǎn)即為硬件過零點(diǎn)。應(yīng)用精確的過零點(diǎn)檢測技術(shù)，得到硬件過零點(diǎn) 與實(shí)際過零點(diǎn)的偏差小于50us。
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圖2中載波信號處理芯片完成對軟件過零信息的處理。過零電路將檢測出的硬件 過零點(diǎn)信號送入載波芯片。載波芯片管腳上檢測到硬件過零點(diǎn)后，開始計(jì)算軟件過零點(diǎn)。軟 件過零點(diǎn)的計(jì)算載波芯片找到硬件過零點(diǎn)后，打開一個定時器，定時8. 5ms，找到下一個 硬件過零點(diǎn)的前1. 5ms的起始點(diǎn)。這個點(diǎn)作為軟件過零點(diǎn)，就是要發(fā)送或接收電力線載波 信號的起始點(diǎn)。 載波處理芯片應(yīng)用直接擴(kuò)頻技術(shù)，在每一個軟件過零點(diǎn)對要發(fā)送的信息1或0進(jìn) 行調(diào)制。兩種電力線載波信號的調(diào)制在一個軟件過零點(diǎn)發(fā)送lbit的信息。這lbit的信 息是1或0。如圖4-l、圖4-2表示兩種調(diào)制后信號l或0。例如，圖4-l表示將信息l擴(kuò) 頻，變成10組425KHZ、416KHZ頻率的方波交替變化的頻率信號。在圖41、圖4_2中，高電平 代表425KHZ的頻率信號，低電平代表416KHZ的頻率信號，如圖4-3所示。圖4-2表示將信 息0擴(kuò)頻，變成20組425KHZ、416KHZ頻率的方波交替變化的頻率信號。1或0擴(kuò)頻后的時 間長度均為3000us，即3ms。 載波處理芯片在軟件過零點(diǎn)完成信息的調(diào)制后，立即將調(diào)制后的信號輸出，送入 載波發(fā)送電路。 如圖2中的載波發(fā)送電路將從載波處理芯片接收到的調(diào)制信號耦合到電力線上。 完成載波的調(diào)制發(fā)送。 另一個載波模塊完成對載波信息的接收。 和發(fā)送模塊找硬件過零點(diǎn)與軟件過零點(diǎn)的方法一樣。找到硬件過零點(diǎn)，計(jì)算出軟 件過零點(diǎn)。以下所述均為在過零點(diǎn)時刻的處理。 圖2中載波接收電路完成對載波信號的解頻。載波接收電路將電力線上的頻率信 號耦合到電路中，對該信號進(jìn)行多次濾波，將濾波后信號送到解調(diào)器中，應(yīng)用濾波解頻技術(shù) 完成對信號的解頻。 解頻后的理論信號波形如圖5所示，該模擬信號的抗干擾能力極強(qiáng)。實(shí)測解頻后 的信號如圖6、圖7所示。圖6為圖4-1擴(kuò)頻信號發(fā)送到電力線上的信號經(jīng)另一個載波模塊 接收電路解頻后的信號。圖7為圖4-2擴(kuò)頻信號發(fā)送到電力線上的信號經(jīng)另一個載波模塊 接收電路解頻后的信號。即圖6或圖7所示的信號為解頻后1或0。 在軟件過零點(diǎn)，接收模塊的載波處理芯片應(yīng)用AD采樣、匹配濾波器、自適應(yīng)門限 技術(shù)對圖6和圖7中所示的兩種近似模擬正弦或梯形信號進(jìn)行識別。 載波處理芯片，從軟件過零點(diǎn)開始，對解頻后的模擬信號進(jìn)行AD采樣，將采樣后 的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值濾波，每次濾波后的值為一實(shí)際采樣點(diǎn)。每一次得到實(shí)際采樣點(diǎn)后，加到 一個16字節(jié)緩沖的相應(yīng)位置，并與匹配濾波器進(jìn)行計(jì)算比較。經(jīng)過80次采樣、相加、匹配 計(jì)算，即3ms時間后，得出最大的值與門限值比較。大于門限值則為O，小于門限值的即為 1。在比較匹配的過程中，載波芯片對門限的值依據(jù)匹配比較的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，使門限適應(yīng) 當(dāng)前的信號強(qiáng)度。這種識別方式大大提高的識別速度，簡化了處理過程，運(yùn)算時間短，運(yùn)算 這樣就完成了找過零點(diǎn)，載波的發(fā)送與接收。這種3ms過零點(diǎn)傳輸，提高了信息的 傳送距離、增強(qiáng)了抗干擾能力。這種獨(dú)特的擴(kuò)頻與解頻解碼方法提高了載波通信的靈敏度， 同時載波發(fā)送與接收均能嚴(yán)格的在3. 3ms內(nèi)完成，單個載波芯片可以完成在電力線的三相 三個過零點(diǎn)上同時發(fā)送同時接收，互不影響，提高了通信效率。
權(quán)利要求
一種電力線載波通訊的調(diào)制方法，其步驟為1)過零電路檢測電力線上交流電壓的過零點(diǎn)信息；2)過零電路將過零點(diǎn)信息發(fā)送給載波處理芯片；3)載波處理芯片根據(jù)接收到的過零點(diǎn)信息在設(shè)定時間段內(nèi)對待發(fā)送信息進(jìn)行調(diào)制后發(fā)送給載波發(fā)送電路；4)載波發(fā)送電路將接收到的調(diào)制信息耦合到電力線上。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述設(shè)定時間段為所述零點(diǎn)信息中過零時刻 t0為中心的一時間段[t0-t， t。+t] ， t為一時間長度。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述載波處理芯片接收到所述過零點(diǎn)信息 后，打開一定時器，然后將接收到所述零點(diǎn)信息t前的一時間點(diǎn)作為對待發(fā)送信息進(jìn)行調(diào) 制的起始點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述t。 = 3ms，所述t = 1. 5ms。
5. 如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述調(diào)制方法為將待發(fā)送信息1擴(kuò) 頻為10組高低電平或10組高高低低電平；將待發(fā)送信息0擴(kuò)頻為20組高低電平或10組 高低高低電平；所述高電平為425KHz頻率信號，所述低電平為416KHz頻率信號。
6. —種電力線載波通訊的解調(diào)方法，其步驟為1) 載波接收電路將接收的載波信息發(fā)送給載波處理芯片；2) 過零電路檢測電力線上交流電壓的過零點(diǎn)信息，并將其發(fā)送給載波處理芯片；3) 載波處理芯片對接收到的載波信息進(jìn)行解頻；4) 載波處理芯片根據(jù)接收到的過零點(diǎn)信息對設(shè)定時間段內(nèi)的解頻信息進(jìn)行采樣、濾 波，得到通訊信息。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述設(shè)定時間段為所述零點(diǎn)信息中過零時刻 t0為中心的一時間段[t0-t， t。+t] ， t為一時間長度。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述載波處理芯片接收到所述過零點(diǎn)信息 后，打開一定時器，然后將接收到所述零點(diǎn)信息t前的一時間點(diǎn)作為對待解頻信息進(jìn)行解 調(diào)的起始點(diǎn)；所述t。 = 3ms，所述t = 1. 5ms。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述采樣、濾波方法為1) 對解頻后的模擬信號進(jìn)行采樣；2) 將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均值濾波，每次濾波后的值為一實(shí)際采樣點(diǎn)；3) 將每一次得到的實(shí)際采樣點(diǎn)加到一個16字節(jié)緩沖的相應(yīng)位置，并與匹配濾波器進(jìn) 行計(jì)算比較；4) 將上述步驟l) 3)重復(fù)設(shè)定次數(shù)，將得出的最大值與門限值比較，大于門限值則確 定通訊信息為O，小于門限值則確定通訊信息為1。
10. —種電力線載波通訊電路，其特征在于包括載波處理芯片，過零電路，載波發(fā)送電 路，載波接收電路；所述載波處理芯片分別與所述過零電路、載波發(fā)送電路、載波接收電路 連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力線載波通訊電路及其調(diào)制、解調(diào)方法，屬于電力線載波技術(shù)領(lǐng)域。本調(diào)制方法為首先過零電路檢測電力線上過零點(diǎn)信息，并將其發(fā)送給載波處理芯片；然后載波處理芯片根據(jù)過零點(diǎn)信息在設(shè)定時間段內(nèi)對待發(fā)送信息進(jìn)行調(diào)制后經(jīng)載波發(fā)送電路耦合到電力線上。本解調(diào)方法為首先載波接收電路將接收的載波信息發(fā)送給載波處理芯片；同時過零電路檢測電力線上過零點(diǎn)信息，并將其發(fā)送給載波處理芯片；然后載波處理芯片對載波信息進(jìn)行解頻，并根據(jù)過零點(diǎn)信息對設(shè)定時間段內(nèi)的解頻信息進(jìn)行采樣、濾波，得到通訊信息。本發(fā)明電路包括載波處理芯片，過零電路，載波發(fā)送電路，載波接收電路。本發(fā)明具有高靈敏度、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號H04B3/54GK101741428SQ20101003405
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者石自輝, 董俊法, 陳安衛(wèi) 申請人:國電龍?jiān)措姎庥邢薰?