CN104579429A - 电力线载波通信模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线载波通信模块，包括微控制器、载波耦合电路、信号功率放大电路和滤波接收单元；其所用的信号功率放大电路能够保证载波信号具有足够大的信号功率以及稳定的功率，配合载波耦合电路和滤波电路，使得整个模块抗干扰能力强，通信距离远，通信可靠，载波信号点与点之间的传输距离可达到2KM。是专门为适应中国国内电力线应用环境而研发的高性能电力线载波通信产品。
Description
技术领域
本发明涉及电力线载波通信领域，具体是涉及一种电力线载波通信模块。
背景技术
电力线载波通信是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设 3条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。
现有的电力线载波通信模块抗杂波干扰能力差，由于输电线路的信号衰减以及杂波的干扰，导致目前大部分电力线载波通信距离比较近，都在1KM以内。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗杂波干扰能力强，通讯距离远的电力线载波通信模块。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
电力线载波通信模块，包括微控制器、载波耦合电路、信号功率放大电路和滤波接收单元；
载波耦合电路、滤波接收单元、微控制器和信号功率放大电路依次进行电连接；载波耦合电路用以接收来自电力线的信号，并将此信号送至滤波接收单元进行滤波处理，滤波处理后的信号送至微控制器进行调制解调，微控制器输出模拟信号至信号功率放大电路进行放大，放大后的信号由载波耦合电路耦合到电力线；
微控制器采用AT89C51单片机及其外围电路；
载波耦合电路由耦合变压器T1、双向TVS管TVS1、电容C1和电阻R1组成，电容C1和电阻R1相并联，并联的一个节点连接耦合变压器T1的初级线圈的一端，另一个节点连接电力线的相线，耦合变压器T1的初级线圈的另一端连接电力线的零线，双向TVS管TVS1并联于耦合变压器T1的次级线圈的两端，耦合变压器T1的次级线圈的一端为发射接收端，另一端接地；
滤波接收单元包括肖特基二极管D2和D3，电感L2和L3，电容C8和C9，以及电阻R9；电阻R9的一端为接收端，另一端通过电感L2连接至电容C8的一端，电容C8的另一端连接至微控制器的第1脚，电容C9、电感L3、肖特基二极管D2和肖特基二极管D3相并联于微控制器的第1脚与地之间，且其中肖特基二极管D2和肖特基二极管D3为反向并接；
信号功率放大电路包括依次电连接的串联谐振带通滤波电路，单位增益倒置达林顿输出级，电压、电流放大模块，以及反馈电路。
还包括输出功率控制电路，输出功率控制电路连接于信号功率放大电路的控制端，用以保证15V电源不被下拉得低于6.5V，保证整个系统正常工作。
输出功率控制电路包括PNP三极管Q3、电阻R6-R8、电容C6和电容C7，PNP三极管Q3的发射极连接至15V电源，PNP三极管Q3的基极分两路，一路通过电阻R8连接至15V电源，另一路通过电阻R7接地，电容C7、电容C6和电阻R6并联于PNP三极管Q3的集电极与地之间，PNP三极管Q3的集电极连接至TX端。
采用上述方案后，本发明的电力线载波通信模块，所用的信号功率放大电路能够保证载波信号具有足够大的信号功率以及稳定的功率，配合载波耦合电路和滤波电路，使得整个模块抗干扰能力强，通信距离远，通信可靠，载波信号点与点之间的传输距离可达到2KM。是专门为适应中国国内电力线应用环境而研发的高性能电力线载波通信产品，可广泛应用于路灯监控系统、远程灯光控制、集中抄表系统、安防监控系统、工业现场数据传输、断缆监控系统、智能家电控制、停车场管理系统、空调控制、低速率通信网络、消防及安保系统、舞台灯光、音响控制等。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为图1中微处理器及其外围电路的原理图；
图3为图1中信号功率放大电路的电路原理框图；
图4为图3的电路原理图；
图5为图1中输出功率控制电路的电路原理图；
图6为图1中载波耦合电路的电路原理图；
图7为图1中滤波接收单元的电路原理图。
具体实施方式
本发明的电力线载波通信模块，如图1所示，包括微控制器1、载波耦合电路2、信号功率放大电路3和滤波接收单元4。
载波耦合电路2、滤波接收单元4、微控制器1和信号功率放大电路3依次进行电连接。载波耦合电路2用以接收来自电力线的信号，并将此信号送至滤波接收单元4进行滤波处理，滤波处理后的信号送至微控制器1进行调制解调，微控制器1输出模拟信号至信号功率放大电路3进行放大，放大后的信号由载波耦合电路2耦合到电力线。
微控制器1采用AT89C51单片机及其外围电路。AT89C51单片机是一种高性能的8位CMOS单片机，工作时为低功耗、低电压的芯片，它具有4K字节可编程存储器，有32个IO口，5个中断源，2个16位定时器/计数器，是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，可方便应用于各种控制领域，其原理图如图2所示。
如图6所示，载波耦合电路2由耦合变压器T1、双向TVS管TVS1、电容C1和电阻R1组成，电容C1和电阻R1相并联，并联的一个节点连接耦合变压器T1的初级线圈的一端，另一个节点连接电力线的相线，耦合变压器T1的初级线圈的另一端连接电力线的零线，双向TVS管TVS1并联于耦合变压器T1的次级线圈的两端，耦合变压器T1的次级线圈的一端为发射接收端，另一端接地。
载波耦合电路2通过耦合线圈T1以1:1的电感比例，能够高效地将发射信号注入电力线，保证电力线上的有效信号功率；瞬态双向TVS1管，对电路起保护作用，能够抑制瞬时电压冲击；电容C1和电阻R1能够对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收。
如图3所示，信号功率放大电路3包括依次电连接的串联谐振带通滤波电路，单位增益倒置达林顿输出级，电压、电流放大模块，以及反馈电路。
如图4所示，信号功率放大电路3实现的功能是对模拟信号进行放大，并经过简单的滤波之后，由载波耦合电路2耦合到电力线上，满足电力线传输的要求。二极管D21和D22是保护二极管，起到电压钳位的作用，抑制电力线上的干扰信号对内部电路的冲击。三极管Q1、Q2、Q3、Q4，电阻R20和电阻R21共同组成单位增益倒置达林顿输出级，其中三极管Q1、三极管Q3和电阻R20组成P型复合管，三极管Q2、三极管Q4和电阻R21组成N型复合管。由于三极管Q1和Q2上的电流很大，所以要求有很好的散热性能，在这里采用T0-126插件封装。三极管Q5和Q6及其周围的电阻电容共同组成电压放大级，其中电阻R26和电阻R27组成分压电路，调整电阻R26和电阻R27的阻值可调整静态工作点，电阻R24给三极管Q6提供偏置电流，电阻R22给三极管Q5提供偏置电流，电阻R23和R25提供负反馈回路，调整电阻R23和R25的比值可以改变该放大电路的增益。三极管Q7、Q8以及电阻R29、R30、R31和R32组成功率放大级的使能控制，当使能端为低电平时，信号功率放大电路3将输出高阻态，不会影响电力线载波信号的输入，保证载波通信的接收性能。电阻R35、电容C12和电感L组成串联谐振带通滤波电路，当输出大电流时，不会使载波信号严重失真，同时，当处于输入状态时，可以消除部分带外干扰，保护放大电路，电阻R33的作用是增加放大电路的内阻，防止外部阻抗过小时损坏放大电路。
如图7所示，滤波接收单元4包括肖特基二极管D2和D3，电感L2和L3，电容C8和C9，以及电阻R9；电阻R9的一端为接收端，另一端通过电感L2连接至电容C8的一端，电容C8的另一端连接至微控制器的第1脚，电容C9、电感L3、肖特基二极管D2和肖特基二极管D3相并联于微控制器的第1脚与地之间，且其中肖特基二极管D2和肖特基二极管D3为反向并接。
滤波接收单元4起到对接收信号进行滤波作用，肖特基二极管D2和D3并没有用到其稳压特性，而是利用其正向导通特性使输入信号钳位在一定的范围内。
本发明的电力线载波通信模块还包括输出功率控制电路5，输出功率控制电路5连接于信号功率放大电路3的控制端，用以保证15V电源不被下拉得低于6.5V，保证整个系统正常工作。
如图5所示，输出功率控制电路5包括PNP三极管Q3、电阻R6-R8、电容C6和电容C7，PNP三极管Q3的发射极连接至15V电源，PNP三极管Q3的基极分两路，一路通过电阻R8连接至15V电源，另一路通过电阻R7接地，电容C7、电容C6和电阻R6并联于PNP三极管Q3的集电极与地之间，PNP三极管Q3的集电极连接至TX端。
输出功率控制电路5所起的作用是当15V电源电压被拉低到7V左右的时候控制其输出电流，保证15V电源不被下拉得低于6.5V，从而整个系统正常工作，其最突出的优点是可以很好的保证低电压实验能够通过；另外，可以调整电阻R7的电阻值来控制输出电流，从而起到既限压、又限流的作用。
Claims (3)
1.电力线载波通信模块，其特征在于：包括微控制器、载波耦合电路、信号功率放大电路和滤波接收单元；
载波耦合电路、滤波接收单元、微控制器和信号功率放大电路依次进行电连接；载波耦合电路用以接收来自电力线的信号，并将此信号送至滤波接收单元进行滤波处理，滤波处理后的信号送至微控制器进行调制解调，微控制器输出模拟信号至信号功率放大电路进行放大，放大后的信号由载波耦合电路耦合到电力线；
微控制器采用AT89C51单片机及其外围电路；
载波耦合电路由耦合变压器T1、双向TVS管TVS1、电容C1和电阻R1组成，电容C1和电阻R1相并联，并联的一个节点连接耦合变压器T1的初级线圈的一端，另一个节点连接电力线的相线，耦合变压器T1的初级线圈的另一端连接电力线的零线，双向TVS管TVS1并联于耦合变压器T1的次级线圈的两端，耦合变压器T1的次级线圈的一端为发射接收端，另一端接地；
滤波接收单元包括肖特基二极管D2和D3，电感L2和L3，电容C8和C9，以及电阻R9；电阻R9的一端为接收端，另一端通过电感L2连接至电容C8的一端，电容C8的另一端连接至微控制器的第1脚，电容C9、电感L3、肖特基二极管D2和肖特基二极管D3相并联于微控制器的第1脚与地之间，且其中肖特基二极管D2和肖特基二极管D3为反向并接；
信号功率放大电路包括依次电连接的串联谐振带通滤波电路，单位增益倒置达林顿输出级，电压、电流放大模块，以及反馈电路。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信模块，其特征在于：还包括输出功率控制电路，输出功率控制电路连接于信号功率放大电路的控制端，用以保证15V电源不被下拉得低于6.5V，保证整个系统正常工作。
3.根据权利要求2所述的电力线载波通信模块，其特征在于：输出功率控制电路包括PNP三极管Q3、电阻R6-R8、电容C6和电容C7，PNP三极管Q3的发射极连接至15V电源，PNP三极管Q3的基极分两路，一路通过电阻R8连接至15V电源，另一路通过电阻R7接地，电容C7、电容C6和电阻R6并联于PNP三极管Q3的集电极与地之间，PNP三极管Q3的集电极连接至TX端。
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