CN102111187A - 电力线载波通讯模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通讯模块技术，尤其涉及一种电力线载波通讯模块，其包括有中央控制电路、同步信号处理电路、信号接收电路、信号发射电路、外部接口电路、外部控制电路、用于提供电源的电源电路，信号接收电路包括有滤波单元、用于翻倍放大数据信号的倍压单元、整形处理单元。本发明的信号接收电路可以通过滤波单元、倍压单元、整形处理单元分别对从电力线上加载的数据信号进行依次的滤波、幅度翻倍放大、整形处理，从而将大部分的干扰信号消除，再输入至中央控制电路，减小对中央控制电路检波或解调的影响，使电力线载波通讯模块具有更高的可靠性和稳定性。

Description

电力线载波通讯模块

技术领域

本发明涉及通讯模块技术，尤其涉及一种电力线载波通讯模块。

背景技术

电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于电力线载波通讯具有信息传输稳定可靠、路由合理、可同时复用远动信号、不需要线路投资等特点，电力线载波通讯技术作为新兴的通讯技术，正逐渐应用于各个领域，例如：在智能家居领域，通常使用电力线载波通讯模块实现控制主机与灯具、电源开关等电器设备之间的通信。

目前，电力线载波通讯模块主要包括中央控制电路（MCU）、同步信号处理电路、信号接收电路、信号发射电路、外部接口电路、用于为上述电路提供电源的电源电路；中央控制电路具有调制、解调等功能，在使用时，中央控制电路可以通过信号接收电路加载获取电力线上的数据信号，可以通过信号发射电路将需要传输的数据信号加载到电力线上，可以通过外部接口电路与控制主机、电器设备等外部设备或外部控制电路进行数据交换及相应控制；而同步信号处理电路用于将同步信号输入中央控制电路。

但是，现有技术中电力线载波通讯模块的信号接收电路大多是由电阻、电容、电感组成的简单的滤波电路，其将电力线上加载获取的数据信号，只经过简单的滤波就输入至中央控制电路，这可能会导致输入至中央控制电路的数据信号具有较多的干扰信号，影响中央控制电路的检波或解调，进而降低整个电力线载波通讯模块的可靠性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种可靠性高和稳定性高的电力线载波通讯模块。

本发明的目的通过以下技术措施实现：一种电力线载波通讯模块，它包括有中央控制电路、同步信号处理电路、信号接收电路、信号发射电路、外部接口电路、外部控制电路、用于提供电源的电源电路，同步信号处理电路的输出端与中央控制电路的同步信号输入端连接，信号发射电路的输入端与中央控制电路的数据信号输出端连接，中央控制电路通过外部接口电路与外部控制电路连接，所述信号接收电路包括有滤波单元、用于翻倍放大数据信号的倍压单元、整形处理单元，滤波单元的输入端与电力线连接，滤波单元的输出端与倍压单元的输入端连接，倍压单元的输出端与整形处理单元的输入端连接，整形处理单元的输出端与中央控制电路的数据信号输入端连接。

所述滤波单元的输出端与倍压单元的输入端之间连接有用于隔离直流电的电容C6，电容C6一端与滤波单元的输出端连接，电容C6另一端与倍压单元的输入端连接。

所述倍压单元的输出端与整形处理单元的输入端之间连接有分压滤波单元，该分压滤波单元包括电阻R6、电阻R14、电容C7；电阻R6一端、电阻R14一端、电容C7一端均与倍压单元的输出端连接，电阻R14另一端与整形处理单元的输入端连接，电阻R6另一端、电容C7另一端均接地。

所述滤波单元包括电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5，电容C4一端为滤波单元的输入端，电容C4另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端为滤波单元的输出端，电容C5一端、电阻R12一端均与电阻R11另一端连接，电容C5另一端、电阻R12另一端均接地。

所述倍压单元包括二极管D1、二极管D2，二极管D2的正极为倍压单元的输入端，二极管D2的负极为倍压单元的输出端，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D1的正极接地。

所述整形处理单元包括电阻R15、电阻R16、三极管Q3、三极管Q4，三极管Q3的基极为整形处理单元的输入端，三极管Q3的集电极与电阻R15一端、三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极为整形处理单元的输出端，电阻R16一端与三极管Q4的集电极连接，电阻R15另一端、电阻R16另一端均与电源电路的供电电源连接，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极均接地。

所述同步信号处理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2，电阻R1一端为同步信号处理电路的输入端，电阻R1一端与电力线连接，电阻R1另一端与电阻R10一端、三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与电阻R2一端、三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极为同步信号处理电路的输出端，电阻R3一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R2另一端、电阻R3另一端均与电源电路的供电电源连接，电阻R10另一端、三极管Q2的发射极、三极管Q1的发射极均接地。

所述信号发射电路包括电阻R7、电阻R8、电容C8、电感L2、双向可控硅Q5，电阻R8一端为信号发射电路的输入端，电阻R8另一端与双向可控硅Q5的第3脚连接，双向可控硅Q5的第1脚接地，双向可控硅Q5的第2脚与电阻R7一端、电容C8一端连接，电阻R7另一端、电容C8另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端为信号发射电路的输出端，电感L2另一端与电力线连接。

所述外部控制电路包括按键电路、调光电路、开关电路、USB转换电路，按键电路、调光电路、开关电路、USB转换电路均通过外部接口电路与中央控制电路连接。

所述USB转换电路包括转换处理单元、双向隔离单元，转换处理单元通过双向隔离单元与外部接口电路连接。

本发明有益效果在于：本发明包括有中央控制电路、同步信号处理电路、信号接收电路、信号发射电路、外部接口电路、外部控制电路、用于提供电源的电源电路，信号接收电路包括有滤波单元、用于翻倍放大数据信号的倍压单元、整形处理单元，滤波单元的输入端与电力线连接，滤波单元的输出端与倍压单元的输入端连接，倍压单元的输出端与整形处理单元的输入端连接，整形处理单元的输出端与中央控制电路的数据信号输入端连接。本发明的信号接收电路可以通过滤波单元、倍压单元、整形处理单元分别对从电力线上加载的数据信号进行依次的滤波、幅度翻倍放大、整形处理，从而将大部分的干扰信号消除，再输入至中央控制电路，减小对中央控制电路检波或解调的影响，使电力线载波通讯模块具有更高的可靠性和稳定性。

附图说明

图1是本发明一种电力线载波通讯模块的方框原理图。

图2是本发明一种电力线载波通讯模块的中央控制电路和外部接口电路的电路原理图。

图3是本发明一种电力线载波通讯模块的同步信号处理电路和信号发射电路的电路原理图。

图4是本发明一种电力线载波通讯模块的信号接收电路和电源电路的电路原理图。

图5是本发明一种电力线载波通讯模块的按键电路和开关电路的电路原理图。

图6是本发明一种电力线载波通讯模块的调光电路的电路原理图。

图7是本发明一种电力线载波通讯模块的USB转换电路的电路原理图。

在图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7中包括有：

1——中央控制电路         2——同步信号处理电路

3——信号接收电路         31——滤波单元

32——倍压单元            33——整形处理单元

4——信号发射电路         5——外部接口电路

6——电源电路             7——外部控制电路

71——按键电路            72——开关电路

731——转换处理单元       732——双向隔离单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明的一种电力线载波通讯模块，如图1～7所示，包括有中央控制电路1、同步信号处理电路2、信号接收电路3、信号发射电路4、外部接口电路5、外部控制电路7、用于提供电源的电源电路6，同步信号处理电路2的输出端与中央控制电路1的同步信号输入端连接，使同步信号处理电路2可以将同步信号输入中央控制电路1，信号发射电路4的输入端与中央控制电路1的数据信号输出端连接，使信号发射电路4可以将中央控制电路1输出的数据信号（模拟或数字信号）加载到电力线上，中央控制电路1通过外部接口电路5与外部控制电路7连接，使中央控制电路1可以通过外部接口电路5与外部控制电路7进行数据交换或相应的控制。

信号接收电路3包括有滤波单元31、用于翻倍放大数据信号的倍压单元32、整形处理单元33，滤波单元31的输入端与电力线连接，使滤波单元31可以从电力线上加载数据信号（模拟或数字信号），滤波单元31的输出端与倍压单元32的输入端连接，使数据信号经过滤波单元31的滤波处理后，再输入倍压单元32，倍压单元32的输出端与整形处理单元33的输入端连接，使数据信号经过倍压单元32的幅度翻倍放大后，再输入整形处理单元33，整形处理单元33的输出端与中央控制电路1的数据信号输入端连接，使数据信号经过整形处理单元33的整形处理后，再输入至中央控制电路1的数据信号输入端。

滤波单元31的输出端与倍压单元32的输入端之间连接有用于隔离直流电的电容C6，电容C6一端与滤波单元31的输出端连接，电容C6另一端与倍压单元32的输入端连接，电容C6可以对滤波单元31输出的数据信号的直流部份进行隔离，隔离后的数据信号再输入倍压单元32。

倍压单元32的输出端与整形处理单元33的输入端之间连接有分压滤波单元，该分压滤波单元包括电阻R6、电阻R14、电容C7；电阻R6一端、电阻R14一端、电容C7一端均与倍压单元32的输出端连接，电阻R14另一端与整形处理单元33的输入端连接，电阻R6另一端、电容C7另一端均接地（GND）；电阻R6和电阻R14可以对倍压单元32输出的数据信号进行分压处理，使后端的电路的工作更加稳定，电容C7可以对数据信号进行进一步的滤波处理。

滤波单元31包括电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5，电容C4一端为滤波单元31的输入端，更具体地说，滤波单元31的输入端是通过电源电路6的RC降压单元与电力线的L线连接，电容C4另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端为滤波单元31的输出端，电容C5一端、电阻R12一端均与电阻R11另一端连接，电容C5另一端、电阻R12另一端均接地，上述电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5组成的是L型滤波电路，当然，所述滤波单元31也可以采用其它类型的滤波电路，不仅限于L型滤波电路。

倍压单元32包括二极管D1、二极管D2，二极管D2的正极为倍压单元32的输入端，二极管D2的负极为倍压单元32的输出端，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D1的正极接地，二极管D1和二极管D2组成的倍压单元32可以对数据信号进行幅度翻倍放大的处理。

整形处理单元33包括电阻R15、电阻R16、三极管Q3、三极管Q4，三极管Q3的基极为整形处理单元33的输入端，三极管Q3的集电极与电阻R15一端、三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极为整形处理单元33的输出端，电阻R16一端与三极管Q4的集电极连接，电阻R15另一端、电阻R16另一端均与电源电路6的供电电源（VCC）连接，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极均接地，上述结构的整形处理单元33可以对输入的数据信号进行整形处理，并转换为符合中央控制电路1检波或解调的信号。

同步信号处理电路2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2，电阻R1一端为同步信号处理电路2的输入端，电阻R1一端与电力线连接，更具体地说，同步信号处理电路2的输入端是与电力线的L线连接，电阻R1另一端与电阻R10一端、三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与电阻R2一端、三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极为同步信号处理电路2的输出端，电阻R3一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R2另一端、电阻R3另一端均与电源电路6的供电电源（VCC）连接，电阻R10另一端、三极管Q2的发射极、三极管Q1的发射极均接地。同步信号处理电路2工作原理是：电阻R1一端从电力线的L线上提取同步信号，同步信号经过电阻R1和电阻R10的分压处理后，再由三极管Q2进行反相处理，最后由三极管Q1进行二次反相处理，使得输入中央控制电路1的同步信号与电力线的正弦信号的相位保持相同。

信号发射电路4包括电阻R7、电阻R8、电容C8、电感L2、双向可控硅Q5，电阻R8一端为信号发射电路4的输入端，电阻R8另一端与双向可控硅Q5的第3脚连接，双向可控硅Q5的第1脚接地，双向可控硅Q5的第2脚与电阻R7一端、电容C8一端连接，电阻R7另一端、电容C8另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端为信号发射电路4的输出端，电感L2另一端与电力线连接，更具体地说，信号发射电路4的输出端是与电力线的L线连接，其中，电力线的N线接地。信号发射电路4的工作原理是：电力线的能量通过电容C8和电感L2进行存储，中央控制电路1输出的数据信号经过电阻R8后，推动双向可控硅Q5将电容C8和电感L2存储的能量释放到电力线上，实现中央控制电路1输出的数据信号加载到电力线上；电阻R7的作用是对电容C8和电感L2存储的能量进行断电后的放电处理，以保证电路的安全性。

电源电路6包括由电阻R5和电容C3并联组成的RC降压单元等电路单元，电源电路6的工作原理是：从电力线输入的电压经过RC降压单元进行降压后，由电感L1 进行隔离处理，对电力线上的杂讯部分进行滤波，再通过由二极管D3、稳压二极管D4组成的整流单元进行整流处理，输出＋12V的电源，＋12V的电源经过电阻R9和电容C11进行的稳压及平滑处理后，再经过稳压二极管D5进行二次的稳压处理使电压范围符合后端电路的输入要求，然后，经过由电感L3、电容C9和电容C12组成的L型滤波单元进行二次的稳定、滤波及平滑等处理后，输入电源电压转换芯片IC2，电源电压转换芯片IC2输出的电源，经过由电阻R13、电容C10和电容C13组成的∏型滤波单元进行最后的稳压及滤波处理，形成完全符合后端电路要求的供电电源（VCC）。

外部控制电路7包括按键电路71、调光电路、开关电路72、USB转换电路73，按键电路71、调光电路、开关电路72、USB转换电路均通过外部接口电路5与中央控制电路1连接。外部接口电路5包括连接端KEY_1、KEY_2、KEY_3、KEY_4、TRIAC_A、TRIAC_B、RELAY_A、RELAY_B、RX、TX。

按键电路71通过外部接口电路5的连接端KEY_1、KEY_2、KEY_3、KEY_4与中央控制电路1连接，通过按键的按下与否而改变与中央控制电路1连接段的电平状态，从而传递相关的开关信息。

调光电路通过外部接口电路5的连接端TRIAC_A、TRIAC_B与中央控制电路1连接，使中央控制电路1可以控制调光电路，达到调光的目的。

开关电路72通过外部接口电路5的连接端RELAY_A、RELAY_B与中央控制电路1连接，使中央控制电路1可以通过控制开关电路72而控制与开关电路72相关的各种电器设备。

USB转换电路包括转换处理单元731、双向隔离单元732，转换处理单元731通过双向隔离单元732与外部接口电路5连接，双向隔离单元732通过外部接口电路5的连接端RX、TX与中央控制电路1连接，使中央控制电路1可以通过USB转换电路与外部设备（如电脑）或电路进行数据交换。

其中，中央控制电路1采用单片机IC1，其型号为PIC16F648；三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4均为NPN型三极管；当然，上述电子元器件的型号及参数仅供参考，在具体实施本技术方案时，其型号及参数值可根据实际环境进行修改。

本发明的信号接收电路3可以对从电力线上加载的数据信号进行依次的滤波、隔离、幅度翻倍放大、分压、整形处理等，从而将大部分的干扰信号消除，再输入至中央控制电路1，减小对中央控制电路1检波或解调的影响，使电力线载波通讯模块具有更高的可靠性和稳定性。当然，本发明可广泛应用在智能家居等领域的通讯系统中，其数据信号传输的载体是100～220V、50Hz的电力线，每个电力周期传送4位的数字信号，每两个电力周期出送一个完整的数据，以8个完整的数据为一个传输单元，从而实现设备间的数据信号的传输。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种电力线载波通讯模块，它包括有中央控制电路、同步信号处理电路、信号接收电路、信号发射电路、外部接口电路、外部控制电路、用于提供电源的电源电路，同步信号处理电路的输出端与中央控制电路的同步信号输入端连接，信号发射电路的输入端与中央控制电路的数据信号输出端连接，中央控制电路通过外部接口电路与外部控制电路连接，其特征在于：所述信号接收电路包括有滤波单元、用于翻倍放大数据信号的倍压单元、整形处理单元，滤波单元的输入端与电力线连接，滤波单元的输出端与倍压单元的输入端连接，倍压单元的输出端与整形处理单元的输入端连接，整形处理单元的输出端与中央控制电路的数据信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述滤波单元的输出端与倍压单元的输入端之间连接有用于隔离直流电的电容C6，电容C6一端与滤波单元的输出端连接，电容C6另一端与倍压单元的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述倍压单元的输出端与整形处理单元的输入端之间连接有分压滤波单元，该分压滤波单元包括电阻R6、电阻R14、电容C7；电阻R6一端、电阻R14一端、电容C7一端均与倍压单元的输出端连接，电阻R14另一端与整形处理单元的输入端连接，电阻R6另一端、电容C7另一端均接地。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述滤波单元包括电阻R11、电阻R12、电容C4、电容C5，电容C4一端为滤波单元的输入端，电容C4另一端与电阻R11一端连接，电阻R11另一端为滤波单元的输出端，电容C5一端、电阻R12一端均与电阻R11另一端连接，电容C5另一端、电阻R12另一端均接地。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述倍压单元包括二极管D1、二极管D2，二极管D2的正极为倍压单元的输入端，二极管D2的负极为倍压单元的输出端，二极管D1的负极与二极管D2的正极连接，二极管D1的正极接地。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述整形处理单元包括电阻R15、电阻R16、三极管Q3、三极管Q4，三极管Q3的基极为整形处理单元的输入端，三极管Q3的集电极与电阻R15一端、三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极为整形处理单元的输出端，电阻R16一端与三极管Q4的集电极连接，电阻R15另一端、电阻R16另一端均与电源电路的供电电源连接，三极管Q3的发射极、三极管Q4的发射极均接地。

7.根据权利要求1所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述同步信号处理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R10、三极管Q1、三极管Q2，电阻R1一端为同步信号处理电路的输入端，电阻R1一端与电力线连接，电阻R1另一端与电阻R10一端、三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与电阻R2一端、三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极为同步信号处理电路的输出端，电阻R3一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R2另一端、电阻R3另一端均与电源电路的供电电源连接，电阻R10另一端、三极管Q2的发射极、三极管Q1的发射极均接地。

8.根据权利要求1所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述信号发射电路包括电阻R7、电阻R8、电容C8、电感L2、双向可控硅Q5，电阻R8一端为信号发射电路的输入端，电阻R8另一端与双向可控硅Q5的第3脚连接，双向可控硅Q5的第1脚接地，双向可控硅Q5的第2脚与电阻R7一端、电容C8一端连接，电阻R7另一端、电容C8另一端与电感L2一端连接，电感L2另一端为信号发射电路的输出端，电感L2另一端与电力线连接。

9.根据权利要求1所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述外部控制电路包括按键电路、调光电路、开关电路、USB转换电路，按键电路、调光电路、开关电路、USB转换电路均通过外部接口电路与中央控制电路连接。

10.根据权利要求9所述的电力线载波通讯模块，其特征在于：所述USB转换电路包括转换处理单元、双向隔离单元，转换处理单元通过双向隔离单元与外部接口电路连接。

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