CN102025397A - 电力载波信号解调装置 - Google Patents

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黄访
丘建忠
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Abstract

一种电力载波信号解调装置，包括两个输入端和两个输出端，该两个输入端分别连接电力线的相线和零线以捕获输入信号，该两个输出端给出解调信号；该装置包括直流电源，该装置还包括依次串接的：串联选频单元，对输入信号进行带通滤波；隔离耦合单元，将电力线上的高压与后级的低压信号隔离；信号放大单元，对隔离处理后的输入信号进行放大，并进行设定的直流偏置；以及，信号比较单元，将放大后的输入信号与设定的直流标准电平进行比较，以得到解调信号；该直流电源为该信号放大单元和信号比较单元提供工作电源，并为该信号放大单元提供直流偏置、为该信号比较单元提供直流标准电平。可在电力载波通信领域实现通断键控。

Description

电力载波信号解调装置
技术领域
本发明涉及一种通信设备，尤其涉及电力载波通信设备。
背景技术
现有的电力载波通信设备，对于低速率窄带通讯，通常是采用专门的、成本较高的集成电路，以FSK(频移键控)、BPSK(双相移相键控)、FFH(快速调频)、SFSK(正弦调制成频移键控)或DCSK(差分混沌键控)的调制解调方式进行数字信号在电力线上的传输。
而实际中，虽然很多的电力设备、工业现场设备需要通过电力线进行通信与互连，但传送的只是一些简单的控制信号和指令，数据通信速率要求不高，通信量不大。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种采用最基本的OOK(通断键控)调制解调方式实现的电力载波通信装置，可以用最低的成本来满足有关设备之间的通信要求。
为了实现上述的目的，本发明提出一种电力载波信号解调装置，包括两个输入端和两个输出端，该两个输入端分别连接电力线的相线和零线以捕获输入信号，该两个输出端给出解调信号；该装置包括直流电源，该装置还包括依次串接的：
串联选频单元，对输入信号进行带通滤波；
隔离耦合单元，将电力线上的高压与后级的低压信号隔离；
信号放大单元，对隔离处理后的输入信号进行放大，并进行设定的直流偏置；以及，
信号比较单元，将放大后的输入信号与设定的直流标准电平进行比较，以得到解调信号；
该直流电源为该信号放大单元和信号比较单元提供工作电源，并为该信号放大单元提供直流偏置、为该信号比较单元提供直流标准电平。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：不需要使用专门的、昂贵的专用集成电路，精度高，成本低，可在电力载波通信领域实现通断键控。
附图说明
图1是本发明的电力载波信号解调装置实施例的电原理框图。
图2是本发明的电力载波信号解调装置实施例的电原理图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明的电力载波信号解调装置实施例的电原理框图，如图1所示，包括两个输入端和两个输出端，该两个输入端分别连接电力线的相线和零线以捕获输入信号，该两个输出端给出解调信号。
本发明的电力载波信号解调装置实施例，包括直流电源6，还包括依次串接的：
串联选频单元2，对输入信号进行带通滤波；
隔离耦合单元3，将电力线上的高压与后级的低压信号隔离；
信号放大单元4，对隔离处理后的输入信号进行放大，并进行设定的直流偏置；以及，
信号比较单元5，将放大后的输入信号与设定的直流标准电平进行比较，以得到解调信号；
该直流电源6为该信号放大单元4和信号比较单元5提供工作电源，并为该信号放大单元4提供直流偏置、为该信号比较单元5提供直流标准电平。
本发明的电力载波信号解调装置实施例，还包括过压保护单元1，跨接在电力线的相线和零线上，为后级电路其保护作用。
本发明的电力载波信号解调装置实施例的电原理图，如图2所示，其中：
该过压保护单元1包括压敏电阻VR2，该压敏电阻VR2包括第一端和第二端，该第一端和第二端跨接于电力线的相线和零线之间。
该串联选频单元2包括串联的第一电感LP1和第一电容C58，该第一电感LP1的第一端与电力线的相线相连，该第一电感LP1的第二端与该第一电容C58的第一端相连，该第一电容C58的第二端与该隔离耦合单元3相连。当电力线上有一定频率的载波信号时，首先通过电感LP1与C58组成的选频电路进行滤波，阻止带外信号通过。LP1可以选择普通工字电感，电容C58可以选择X2安规电容。电容一般取值220NF，电感值由公式计算。
该隔离耦合单元3包括隔离耦合变压器T2，该隔离耦合变压器T2的两个输入端，也就是初级绕组的两端，串接于该第一电容C58的第二端与电力线的零线之间。经该串联选频单元2滤波的信号，通过隔离耦合变压器T2耦合到次级。优选地，该隔离耦合变压器T2为高频变压器，线圈匝数比为1∶1，线圈电感量为1毫亨，线圈内阻不大于0.2欧姆，铁氧体磁心。
该信号放大单元4包括运算放大器U10A，该运算放大器U10A的反相输入端通过串联的第一电阻R103和第一电容C60与该隔离耦合单元3，也就是该隔离耦合变压器T2的一个输出端(次级绕组的一端)相连，次级绕组的另一端则接地，该运算放大器U10A的输出端与反相输入端之间跨接有反馈电阻R110和电容C63，该运算放大器U10A的同相输入端与设定的直流偏置相连，该设定的直流偏置等于该直流电源的电平的一半，R102和R104取相同的值，相对于该直流电源的电平为3.3伏，也就是：1.65伏。运算放大器U10A采用轨对轨的运放。运算放大器U10A的放大倍数由R110和R103的比确定，例如：R103取10K、R110取300K时，运算放大器U10A放大信号30倍。
该信号比较单元5包括比较器U10B，其实际是与用运算放大器U10A的运算放大器构成。该比较器U10B的反相输入端与该信号放大单元相连，也就是该运算放大器U10A的输出端相连，该比较器U10B的同相输入端与设定的直流标准电平相连，该比较器的输出端给出解调信号，该设定的直流标准电平大于该直流电源的电平的一半，相对于该直流电源的电平为3.3伏，也就是：大于1.65伏。将运算放大器U10A的输出和R106与R107的分压比较，如R106取13K、R107取20K，则直流标准电平(比较器的电压门槛值)为2V。那么，运算放大器U10A的输出小于2V部分就会被屏蔽掉，比较器U10B的输出始终为高电平，如果运算放大器U10A的输出大于2V，则比较器U10B输出方波。其中，R111取200K，当没有载波信号时，比较器U10B的输入电平下拉为低，可有效避免干扰影响。
综上，本发明的电力载波信号解调装置的工作步骤大致包括：，
一、电网上一定频率的通断键控电力载波信号首先通过串联选频电路，过滤带外噪声，有用的信号电压施加在隔离耦合变压器T2的初级线圈；
二、有用的通断键控电力载波信号通过隔离耦合变压器T2耦合到次级线圈，通过隔离耦合变压器T2隔离了强电，仅使有用的高频信号通过，可有效避免强、弱电不隔离带来的安全隐患；
三、耦合到次级的小信号由运算放大器U10A进行放大和偏置，放大倍数由电阻R110和R103的比值决定，C60起到隔离直流通过交流的作用，R104和R102是阻值相同的两个电阻，对3.3V直流电压进行分压，得到1.65V直流电压，通过输入到运算放大器U10A的同相端，将放大后的信号偏置到1.65V上；
四、电阻R106和R107对3.3V进行分压，确保其分压值大于1.65V，这个电压与运算放大器U10A的输出信号通过比较器U10B进行比较，从而再次屏蔽掉微弱的噪声信号，同时将有用的正弦波信号整形为相同频率的方波信号，从比较器U10B的输出脚输出。
这样，后续的电路，比如微处理器，通过判断比较器U10B的输出方波信号的频率，可确认是否存在有效信号：存在特定频率的方波，代表接收到数据1，不存在特定频率的方波，代表接收到数据0。
以上该仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电力载波信号解调装置，包括两个输入端和两个输出端，该两个输入端分别连接电力线的相线和零线以捕获输入信号，该两个输出端给出解调信号；该装置包括直流电源，其特征在于，该装置还包括依次串接的：
串联选频单元，对输入信号进行带通滤波；
隔离耦合单元，将电力线上的高压与后级的低压信号隔离；
信号放大单元，对隔离处理后的输入信号进行放大，并进行设定的直流偏置；
信号比较单元，将放大后的输入信号与设定的直流标准电平进行比较，以得到解调信号；以及，
该直流电源为该信号放大单元和信号比较单元提供工作电源，并为该信号放大单元提供直流偏置、为该信号比较单元提供直流标准电平。
2.如权利要求1所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该装置还包括过压保护单元，其包括第一端和第二端，该第一端和第二端跨接于电力线的相线和零线之间。
3.如权利要求1所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该串联选频单元包括串联的第一电感和第一电容，该第一电感的第一端与电力线的相线或零线相连，该第一电感的第二端与该第一电容的第一端相连，该第一电容的第二端与该隔离耦合单元相连。
4.如权利要求1所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该隔离耦合单元包括耦合变压器，该耦合变压器的两个输入端串接于该第一电容的第二端与电力线的零线或相线之间。
5.如权利要求4所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该耦合变压器为高频变压器，线圈匝数比为1∶1，线圈电感量为1毫亨，线圈内阻不大于0.2欧姆。
6.如权利要求1所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该信号放大单元包括运算放大器，该运算放大器的反相输入端通过串联的第一电阻和第一电容与该隔离耦合单元相连，该运算放大器的输出端与反相输入端之间跨接有反馈电阻，该运算放大器的同相输入端与设定的直流偏置相连。
7.如权利要求6所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该设定的直流偏置等于该直流电源的电平的一半。
8.如权利要求1所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该信号比较单元包括比较器，该比较器的反相输入端与该信号放大单元相连，该比较器的的同相输入端与设定的直流标准电平相连，该比较器的输出端给出解调信号。
9.如权利要求8所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该设定的直流标准电平大于该直流电源的电平的一半。
10.如权利要求1至9任一所述的电力载波信号解调装置，其特征在于，该直流电源的电平为3.3伏。
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