CN102331735A - 一种应用于数字家庭中的plc总线控制电路 - Google Patents

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叶灿才
卢林发
黄家祺
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Abstract

本发明属于数字家庭智能家居技术领域，提出一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路，用于为基于电力线的设备控制实现提供控制指令的输出，包括MCU模块、电力线载波通讯模块和电力线接入模块，其特征在于，电力线耦合电路的信号耦合变压器两边分别并联一个双极型瞬态抑制二极管以避免线路上高电压脉冲冲击，信号耦合变压器与电力线接入的一边至少并联一用以过压保护的压敏电阻；电力线载波通讯模块的两个数字功放的半桥输出端分别通过一LC带通滤波器后与电力线耦合电路相连形成电力线载波发送电路；电力线载波通讯模块的两个模拟信号接收端的差分输入端连接一LC谐振电路，并分别经由一电阻和电容后与两个数字功放的半桥输出端实现并接，并形成电力线载波接收电路。

Description

一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路
技术领域
本发明属于数字家庭智能家居技术领域，特别是一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路。
背景技术
数字家庭是信息产业向消费电子领域发展的一个分支，它为用户提供产品、消费和娱乐等数字化生活，是产、官、学界一致认定的数字汇流发展中的重要应用领域。其中数字家庭的一个重要体现就是智能家居家居。
目前，由于电力线具有不需要重复不线，扩展容易，普及率高的特点，而受到智能家居控制领域的青睐。通过电力线，并结合PLC总线控制技术，不仅可以实现控制信号的安全传输问题，更可以节省家庭网络的投资，实现快速组网。
中国专利申请200620164871.8(电力线载波智能控制器及电力线载波控制系统)公开一种可应用于所有采用电力线载波信号传输电路进行数据传输和控制的领域，并可通过GPRS网络的无线传输进行远程控制，可实现电力线路灯控制、路灯检测、建筑景观灯定时场景控制检测、家电智能控制的电力线载波智能控制器。整体上它包括载波信号接收单元、载波信号发送单元、微处理器单元，串行通讯单元，其中载波信号接收单元、载波信号发送单元采用电力线耦合技术以及直序扩频技术，一定程度上解决了现有电力线载波控制装置无法避免干扰信号的影响以及生产成本高的问题，但是不适合集成化发展，同时也服务实现载波的有效适配。
发明内容
本发明的目的是提出一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路，它具有结构简单，能进行有效的载波优化控制，并实现通过电力进行有效的控制信号耦合与传输，为各种基于电力线的家庭网络组建提供基础的通讯支持。
下面对本发明方案做进一步描述：
一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路，用于为基于电力线的设备控制实现提供控制指令的输出，包括MCU模块、电力线载波通讯模块和电力线接入模块，电力线载波通讯模块将来自MCU模块的控制指令转换成适合电力线传输的指令并通过电力线接入模块耦合于电力线，其特征在于，电力线载波通讯模块至少具有两个模拟信号接收端的差分输入端和两个数字功放的半桥输出端；电力线接入模块包括电力线耦合电路、电力线载波发送电路和电力线载波接收电路；
电力线耦合电路的信号耦合变压器两边分别并联一个双极型瞬态抑制二极管以避免线路上高电压脉冲冲击，信号耦合变压器与电力线接入的一边至少并联一用以过压保护的压敏电阻；
电力线载波通讯模块的两个数字功放的半桥输出端分别通过一LC带通滤波器后与电力线耦合电路相连形成电力线载波发送电路；
电力线载波通讯模块的两个模拟信号接收端的差分输入端连接一LC谐振电路，并分别经由一电阻和电容后与两个数字功放的半桥输出端实现并接，并形成电力线载波接收电路。
进一步，所述的电力线载波通讯模块具有MI200E电力线载波芯片，MI200E电力线载波芯片与MCU模块通过SPI接口连接。
更进一步，所述的电力线载波通讯模块的两个模拟信号接收端的差分输入端连接的LC谐振电路参数根据载波频率而改变以使该谐振电路对该载波频率附近范围频带的阻抗最大。
附图说明
图1是本发明控制系统的结构框图；
图2是MI200E电力线载波芯片引脚分布图；
图3是电力线耦合电路原理图；
图4是电力线载波发送电路原理图；
图5是电力线载波接收电路原理图；
图6是MCU模块与电力线载波通讯模块的SPI接口电路原理图。
具体实施方式
如图1，本发明的PLC总线控制电路由MCU模块、电力线载波通讯模块和电力线接入模块组成，而在数字家庭智能控制中应用还包括有电力线和受控设备部分。图中，电力线载波通讯模块将来自MCU模块的控制指令转换成适合电力线传输的指令并通过电力线接入模块耦合于电力线，然后经过电力线传输至受控设备。
参考图2，为电力线载波通讯模块所采用的MI200E电力线载波芯片引脚分布图。MI200E电力线载波芯片是一款专门针对低压电力线进行优化设计的高集成度、高性能的电力线载波通讯芯片。它是一个可工作于码分多址(CDMA)方式的半双工调制解调芯片，并且提供载波侦听和有效帧指示信号，可方便地实现基于共享信道的网络接入协议。作为电力线载波通讯模块的核心，MI200E电力线载波芯片具有两个模拟信号接收端的差分输入端(RAI+、RAI-)和两个数字功放的半桥输出端(PA、PB)。
参考图3至5，电力线接入模块由电力线耦合电路、电力线载波发送电路和电力线载波接收电路三部分组成。其中如图2所示，电力线耦合电路的信号耦合变压器T1两边分别并联一个双极型瞬态抑制二极管VD1、VD2用以避免线路上有高电压脉冲冲击时损坏后端器件，为第二级保护电路，而信号耦合变压器与电力线接入的一边并联一用压敏电阻R35以保护后继电路免受过电压的损害。变压器T1的实现载波信号与电力线的传递耦合，并实现低压直流收发电路与220V交流电力线的隔离。
如图4所示，为电力线载波发送电路。待发信号由MI200E的PA、PB引脚输出至发送滤波器，再经电力线耦合电路耦合至电力线上。发送滤波器由一级简单的LC带通滤波器组成，如图中的C29、L4、C30、L12。L、C参数根据所选的载波频率决定。MI200E的载波频率有57.6kH z、76.8kH z和115.2kHz共3种可供选择。这里可以使用76.8kH z。
如图5所示，电力线载波接收电路。接收引脚RAI+和RAI-之间接有LC谐振电路，如图中的L2、C27。同样，对于不同的载波频率，电路参数也需要作相应的调整，这里选择载波频率为76.8kHz。该并联谐振电路是一个带阻滤波器，在理想情况下，谐振电路对频率76.8kH z附近小范围频带的阻抗是无穷大，而对其他频率的信号阻抗很小，这样使RAI+、RAI-引脚得以接收载波信号。过零信号输入端VAC+、VAC-和电阻R30、R31、R82、R83组成过零检测电路，芯片内部电路根据VAC+、VAC-的输入可自动检测电力线过零及负载特性。
如图6所示，为MCU模块与电力线载波通讯模块的SPI接口电路原理图。作为从器件的M I200E，其数据读写时的同步时钟信号必须由主控MCU控制。引脚SCK是串行同步时钟线，SDI是标准SPI接口中的MOS I即主机输出/从机输入数据线，SDO是标准SPI中的M ISO即主机输入/从机输出数据线。CS是片选信号线，用于选择从设备。R1～R5是匹配电阻，一般为33，其作用是防止串扰，提高数据传输可靠性。RST是复位信号。电容C6可以消除可能的尖峰脉冲的干扰，防止电路受电压抖动的影响而产生误动作。M I200E需要保持大约1s的低电平，才能使其完全复位，且在上电初始化或复位后需要延时约50ms，才能再进行SPI读或写操作。

Claims (3)

1.一种应用于数字家庭中的PLC总线控制电路，用于为基于电力线的设备控制实现提供控制指令的输出，包括MCU模块、电力线载波通讯模块和电力线接入模块，电力线载波通讯模块将来自MCU模块的控制指令转换成适合电力线传输的指令并通过电力线接入模块耦合于电力线，其特征在于，电力线载波通讯模块至少具有两个模拟信号接收端的差分输入端和两个数字功放的半桥输出端；电力线接入模块包括电力线耦合电路、电力线载波发送电路和电力线载波接收电路；
电力线耦合电路的信号耦合变压器两边分别并联一个双极型瞬态抑制二极管以避免线路上高电压脉冲冲击，信号耦合变压器与电力线接入的一边至少并联一用以过压保护的压敏电阻；
电力线载波通讯模块的两个数字功放的半桥输出端分别通过一LC带通滤波器后与电力线耦合电路相连形成电力线载波发送电路；
电力线载波通讯模块的两个模拟信号接收端的差分输入端连接一LC谐振电路，并分别经由一电阻和电容后与两个数字功放的半桥输出端实现并接，并形成电力线载波接收电路。
2.如权利要求1所述的PLC总线控制电路，其特征在于，所述的电力线载波通讯模块具有MI200E电力线载波芯片，MI200E电力线载波芯片与MCU模块通过SPI接口连接。
3.如权利要求2所述的PLC总线控制电路，其特征在于，所述的电力线载波通讯模块的两个模拟信号接收端的差分输入端连接的LC谐振电路参数根据载波频率而改变以使该谐振电路对该载波频率附近范围频带的阻抗最大。
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