專利名稱：低壓電力線載波通信模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低壓電力線載波通信模塊。
背景技術：
隨著國家智能電網的逐步建立，低壓電力線載波通信技術在電能及各種能源計量領域得到了深入地應用，未來電網必然是用電、計費、通信于一體化的自動化系統，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域的應用范圍和前景都將會十分廣泛，因此其具有巨大的經濟效益和顯著的社會效益，然而，中國電網存在諸多不利于低壓電力線載波通信技術發展的因素，例如其電網諧波干擾嚴重、無電器噪聲限制的強制標準、低壓配電網的分支多、其復雜的拓撲結構導致了網絡阻抗時變及非線性，在如此惡劣的電網環境下，實現低壓電力載波通訊技術的關鍵在于解決電力線網絡的阻抗匹配、電力線信號衰減、 噪聲及干擾等問題。現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IOOkHz以上電力線載波通信存在很大的衰減，現有載波通信頻率也會產生較大電力線干擾，導致部分家用設備無法工作(例如家用變頻空調等設備)。現有載波電路方案MAC層和PHY集成在一顆SoC芯片上，電路PCB數字和模擬的布局直接導致電路接收和發送效果的好壞，電路設計難度較大。
實用新型內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、 能實現基于電力線通信網絡的電子終端設備之間可靠數據傳輸的低壓電力線載波通信模塊。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、載波接收發送調制電路、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接口和載波接收發送調制電路之間，所述載波接收發送調制電路采用 76. SkHz載波頻點設計，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載波諧振點設計，適用于電力線阻抗低、電流大的集中供電地區，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字電路分
3開，容易實現單點接地，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，減少器件數量，降低成本，也保證設備的可靠性。本實用新型的優點是體積小，結構簡單，使用方便，能實現基于電力線通信網絡的電子終端設備之間可靠的數據傳輸，具備通信中繼能力，可自動實現載波節點偵聽、主動上報等網絡功能，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中載波接收發送調制電路。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、載波接收發送調制電路、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接口和載波接收發送調制電路之間，所述載波接收發送調制電路采用76. SkHz載波頻點設計，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所示的載波接收發送調制電路可以看出，接收發送調制電路，包含載波LC 諧振電路，發送差分電路上采用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。該載波接收發送調試電路的最小輸入信號信噪比可達_16dB，功率發送電路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，連接載波接收發送調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制解調，并且提供載波偵聽和有效幀指示信號，可以方便地實現共享信道的網絡接入協議，同時，載波模擬前端電路LNA對開關電源、日光燈鎮流器、變頻空調等多種對電力線通信影響最大的用電器作了優化設計。載波前端電路主要功能是對輸入的簡單調制差分載波信號進行數字濾波、自動增益調節、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送功能，能夠接收來自于載波控制電路的數據，對數據進行DA轉換、發送功率PA控制，從而將 FSK模擬信號發出。在載波模擬前端線路中，為了減少電路系統的靜態功耗，只有在載波發送時，電路設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。完成載波數據PHY層和MAC 層數據管理、數據幀協議轉換、底層數據校驗傳輸等功能，從而在載波通道中建立起可靠的數據通訊。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載波信號的發送和接收。
權利要求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、載波接收發送調制電路、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接口和載波接收發送調制電路之間，所述載波接收發送調制電路采用76. SkHz載波頻點設計， 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.根據權利要求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.根據權利要求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、載波接收發送調制電路、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，載波接收發送調制電路采用76.8kHz載波頻點設計，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、能實現基于電力線通信網絡的電子終端設備之間可靠數據傳輸。
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 優先權日2011年9月8日
發明者李俊, 王成, 邱仁峰 申請人:長沙威勝信息技術有限公司