專利名稱：低壓電力線載波通信模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種低壓電力線載波通信模塊。
背景技術(shù)：
隨著國家智能電網(wǎng)的逐步建立，低壓電力線載波通信技術(shù)在電能及各種能源計量領(lǐng)域得到了深入地應(yīng)用，未來電網(wǎng)必然是用電、計費、通信于一體化的自動化系統(tǒng)，由于載波通信利用電力線本身作為傳輸信道，使得其作為通信手段具有無可比擬的優(yōu)勢，并且電力線載波通信在未來的家用電器自動化控制等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和前景都將會十分廣泛，因此其具有巨大的經(jīng)濟效益和顯著的社會效益，然而，中國電網(wǎng)存在諸多不利于低壓電力線載波通信技術(shù)發(fā)展的因素，例如其電網(wǎng)諧波干擾嚴重、無電器噪聲限制的強制標準、低壓配電網(wǎng)的分支多、其復雜的拓撲結(jié)構(gòu)導致了網(wǎng)絡(luò)阻抗時變及非線性，在如此惡劣的電網(wǎng)環(huán)境下，實現(xiàn)低壓電力載波通訊技術(shù)的關(guān)鍵在于解決電力線網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配、電力線信號衰減、 噪聲及干擾等問題?，F(xiàn)有電力線載波通信方案，通信頻率有120kHz、132kHz、270kHz、421kHz 等等，但是，在一些地區(qū)IOOkHz以上電力線載波通信存在很大的衰減，現(xiàn)有載波通信頻率也會產(chǎn)生較大電力線干擾，導致部分家用設(shè)備無法工作(例如家用變頻空調(diào)等設(shè)備)?，F(xiàn)有載波電路方案MAC層和PHY集成在一顆SoC芯片上，電路PCB數(shù)字和模擬的布局直接導致電路接收和發(fā)送效果的好壞，電路設(shè)計難度較大。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種抗干擾能力強、傳輸距離遠、自動載波中繼通信、 能實現(xiàn)基于電力線通信網(wǎng)絡(luò)的電子終端設(shè)備之間可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蛪弘娏€載波通信模塊。本實用新型提供的這種低壓電力線載波通信模塊，包括串口通信電路、載波控制電路、載波模擬前端電路、載波接收發(fā)送調(diào)制電路、過零檢測電路以及載波信號耦合電路， 其特征在于所述載波控制電路與載波模擬前端電路分開，載波控制電路主要由一片通用單片機組成，連接于串口通信電路和載波模擬前端電路之間，所述載波模擬前端電路連接于載波控制電路SPi接口和載波接收發(fā)送調(diào)制電路之間，所述載波接收發(fā)送調(diào)制電路采用 76. SkHz載波頻點設(shè)計，連接于載波模擬前端電路和載波信號耦合電路之間，選取載波頻率為76. SkHz進行載波通信，載波信號耦合電路采用76. 8士 16KHz載波信號阻抗匹配諧振耦合電路，過零檢測電路連接于電力線和載波模擬前端電路之間。所述通用單片機型號為uPD78F05^A。本模塊使用的頻率源為12MHz士20ppm晶振。本實用新型考慮到在較低的頻段，低壓電力線往往呈現(xiàn)較低的阻抗特性等不確定因素，選取載波頻率為76. SkHz進行載波通信。由于采用76. SkHz載波諧振點設(shè)計，適用于電力線阻抗低、電流大的集中供電地區(qū)，使用的76. SkHz載波頻點通信既可以避免50Hz諧波干擾，又可以避免載波通信的同頻干擾。同時載波模擬前端電路和載波控制數(shù)字電路分
3開，容易實現(xiàn)單點接地，最大程度的避免信號相互干擾，同時，當電能表采用一體化設(shè)備時， 載波控制電路可以與電能表處理器合為一體，減少器件數(shù)量，降低成本，也保證設(shè)備的可靠性。本實用新型的優(yōu)點是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能實現(xiàn)基于電力線通信網(wǎng)絡(luò)的電子終端設(shè)備之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸，具備通信中繼能力，可自動實現(xiàn)載波節(jié)點偵聽、主動上報等網(wǎng)絡(luò)功能，且其抗干擾能力強、傳輸距離遠。

圖1是本實用新型低壓電力線載波通信模塊框圖。圖2是圖1中載波信號耦合電路。圖3是圖1中載波接收發(fā)送調(diào)制電路。圖4是圖1中載波控制電路的電路圖。圖5是圖1中載波模擬前端電路。圖6是圖1中過零檢測電路圖。
具體實施方式
從圖1可以看出本實用新型包括串口通信電路、載波控制電路、載波模擬前端電路、載波接收發(fā)送調(diào)制電路、過零檢測電路以及載波信號耦合電路。其中串口通信電路的一端與載波控制電路連接，其另一端與電能表連接，載波控制電路主要部件為一片 UPD78F0526A通用單片機，連接于串口通信電路和載波模擬前端電路之間，所述載波模擬前端電路連接于載波控制電路SPi接口和載波接收發(fā)送調(diào)制電路之間，所述載波接收發(fā)送調(diào)制電路采用76. SkHz載波頻點設(shè)計，連接于載波模擬前端電路和載波信號耦合電路之間， 過零檢測電路連接于220v電力線和載波模擬前端電路之間，所述載波信號耦合電路采用 76. 8士 16KHz載波信號阻抗匹配諧振耦合電路，該模塊使用的頻率源為12MHz士20ppm晶振。從圖2所示的載波信號耦合電路可以看出，電力線載波耦合線圈匝數(shù)比為 13:19:19，其中13:19線圈為76. SkHz電力線載波信號耦合電路，19 13線圈用于抑制發(fā)送瞬間外界76. SkHz頻帶干擾的EMi信號輸出電路。Tl用于電力線耦合載波信號，Ll和C19組成初級220v諧振電路，選擇將76. SkHz 載波信號耦合到線圈次級，V6器件用于防止電路遭到電力線雷擊和浪涌沖擊的破壞。從圖3所示的載波接收發(fā)送調(diào)制電路可以看出，接收發(fā)送調(diào)制電路，包含載波LC 諧振電路，發(fā)送差分電路上采用47nF和IOOuH(器件L3和C14)，接收差分電路上采用IOnF 和470uH (器件C17和L2)，還有，EMi電磁干擾抑制電路上采用IOuH和470nF (器件L5和 C27),三組LC諧振電路，諧振點為76. 8kHz，完成電力線阻抗匹配，最大限度減少器件誤差干擾。該載波接收發(fā)送調(diào)試電路的最小輸入信號信噪比可達_16dB，功率發(fā)送電路DPA效率至少為60%，輸出功率可到0. 4ff(il00hm電力線負載時)。最大輸出電平值可達116. IldBuV, 抗衰減能力測試82dB時，通信成功率可達91%。從圖4所示的載波模擬前端電路可以看出，電力線載波模擬前端電路主要采用一片iME200芯片，連接載波接收發(fā)送調(diào)試電路與載波控制芯片之間，該芯片是一個可工作于碼分多址方式的半雙工調(diào)制解調(diào)，并且提供載波偵聽和有效幀指示信號，可以方便地實現(xiàn)共享信道的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議，同時，載波模擬前端電路LNA對開關(guān)電源、日光燈鎮(zhèn)流器、變頻空調(diào)等多種對電力線通信影響最大的用電器作了優(yōu)化設(shè)計。載波前端電路主要功能是對輸入的簡單調(diào)制差分載波信號進行數(shù)字濾波、自動增益調(diào)節(jié)、AD采樣等等，通過SPi接口輸出到載波控制電路中，同時，該芯片還具有載波發(fā)送功能，能夠接收來自于載波控制電路的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行DA轉(zhuǎn)換、發(fā)送功率PA控制，從而將 FSK模擬信號發(fā)出。在載波模擬前端線路中，為了減少電路系統(tǒng)的靜態(tài)功耗，只有在載波發(fā)送時，電路設(shè)計上加入電源控制電路，才給載波模擬前端電路加電。從圖5所示載波控制電路可以看出，載波控制電路主要部件為一片UPD78F0526A 通用單片機，連接于串口通信電路和載波模擬前端電路之間。完成載波數(shù)據(jù)PHY層和MAC 層數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)幀協(xié)議轉(zhuǎn)換、底層數(shù)據(jù)校驗傳輸?shù)裙δ埽瑥亩谳d波通道中建立起可靠的數(shù)據(jù)通訊。從圖6所示的過零檢測電路可以看出，過零檢測電路采用四個24k士 1%精密電阻， 一個IOOk電阻，強電側(cè)使用1N4148 二極管電路搭建，采用普通光耦器件，采集50Hz電力線過零信號，從而同步FSK載波信號的發(fā)送和接收。
權(quán)利要求1.一種低壓電力線載波通信模塊，包括串口通信電路、載波控制電路、載波模擬前端電路、載波接收發(fā)送調(diào)制電路、過零檢測電路以及載波信號耦合電路，其特征在于所述載波控制電路與載波模擬前端電路分開，載波控制電路主要由一片通用單片機組成，連接于串口通信電路和載波模擬前端電路之間，所述載波模擬前端電路連接于載波控制電路SPi接口和載波接收發(fā)送調(diào)制電路之間，所述載波接收發(fā)送調(diào)制電路采用76. SkHz載波頻點設(shè)計， 連接于載波模擬前端電路和載波信號耦合電路之間，選取載波頻率為76. SkHz進行載波通信，載波信號耦合電路采用76. 8士 16KHz載波信號阻抗匹配諧振耦合電路，過零檢測電路連接于電力線和載波模擬前端電路之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述低壓電力線載波通信模塊，其特征在于所述通用單片機型號為 uPD78F0526Ao
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述低壓電力線載波通信模塊，其特征在于該模塊使用的頻率源為12MHz 士 20ppm晶振。
專利摘要本實用新型提供的這種低壓電力線載波通信模塊，包括串口通信電路、載波控制電路、載波模擬前端電路、載波接收發(fā)送調(diào)制電路、過零檢測電路以及載波信號耦合電路，載波控制電路與載波模擬前端電路分開，載波控制電路主要由一片通用單片機組成，連接于串口通信電路和載波模擬前端電路之間，載波接收發(fā)送調(diào)制電路采用76.8kHz載波頻點設(shè)計，連接于載波模擬前端電路和載波信號耦合電路之間，載波信號耦合電路采用76.8±16KHz載波信號阻抗匹配諧振耦合電路，過零檢測電路連接于電力線和載波模擬前端電路之間。本實用新型抗干擾能力強、傳輸距離遠、自動載波中繼通信、能實現(xiàn)基于電力線通信網(wǎng)絡(luò)的電子終端設(shè)備之間可靠數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號H04B3/54GK202172403SQ20112033554
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者李俊, 王成, 邱仁峰 申請人:長沙威勝信息技術(shù)有限公司