CN110868243A - 一种低成本直流载波电路系统及使用方法 - Google Patents

一种低成本直流载波电路系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低成本直流载波电路系统及使用方法，包括发送电路和接收电路，发送电路和接收电路之间经电力线相连；所述接收电路包括分别与电力线相连的正极输入端和负极输入端，正极输入端和负极输入端之间设有第二电阻，第二电阻和正极输入端之间并联有电源整流滤波模块和微分信号提取模块，微分信号提取模块还串联有施密特信号恢复模块。发送电路将高低电平信号转换成电源的通断，经电力线将电流和信号传递至接收电路，接收电路通过电源整流滤波模块对电流进行导通整理和滤波，实现相对稳定的输出电源；再通过相互串联的微分信号提取模块和施密特信号恢复模块将信号恢复。本发明具有电路结构简单且占用面积小以及成本低的特点。

Description

一种低成本直流载波电路系统及使用方法
技术领域
本发明涉及一种直流载波电路系统，特别是一种低成本直流载波电路系统及使用方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展，电力线载波通讯凭借其通讯距离长、成本低、信号传输可靠性高等优势，在电力系统，特别是低速单向通信领域中，得到了广泛的应用。目前，直流载波通信是通过直流载波传送装置将载波信号耦合到电力线上，再通过直流载波接收装置提取上述载波信号，经处理生成一载波驱动信号，并将该载波驱动信号耦合到电力线上，实现了信号的单向通信。但是，上述直流载波传送装置和直流载波接收装置需要在各设置一个电流互感线圈，电路占用面积大，成本高。另外，技术人员针对载波调制解调电路研制出了专用芯片，内部集成了专用的调制、组网、路由等算法，但是其成本高、电路复杂，针对简易的电力载波系统并不适合。因此，现有的技术存在着电路占用面积大和成本高的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低成本直流载波电路系统及使用方法。本发明具有电路结构简单且占用面积小以及成本低的特点。
本发明的技术方案：一种低成本直流载波电路系统，包括发送电路和接收电路，发送电路和接收电路之间经电力线相连；所述接收电路包括分别与电力线相连的正极输入端和负极输入端，正极输入端和负极输入端之间设有第二电阻，第二电阻和正极输入端之间并联有电源整流滤波模块和微分信号提取模块，微分信号提取模块还串联有施密特信号恢复模块。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述电源整流滤波模块包括依次串联的二级管和第二电容，二级管和第二电容之间设有直流电源输出端。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述微分信号提取模块依次串联的第三电阻和第三电容。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述施密特信号恢复模块包括与微分信号提取模块相串联的施密特触发器，施密特触发器的输入端设有两个并联的第四电阻和第五电阻，施密特触发器的输出端设有信号输出线端。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述发送电路包括开关模块，开关模块上并联有开关驱动模块。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述开关模块包括直流电源输入端和接地端，直流电源输入端和接地端之间依次串联有第一开关和第二开关，第一开关和第二开关之间并联有正极输出线端和负极输出线端，负极输出线端上串联有第一电阻；直流电源输入端和第一开关之间还并联有第一电容。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，正极输出线端与负极输出线端分别与电力线相连。
前述的一种低成本直流载波电路系统中，所述开关驱动模块包括相互串联的开关控制单元和信号反向开关控制单元，开关控制单元和信号反向开关控制单元之间连接有信号输入端；所述开关控制单元的输出端与第一开关的控制端相连，信号反向开关控制单元的输出端与第二开关的控制端相连。
一种低成本直流载波电路系统的使用方法，发送电路将高低电平信号转换成电源的通断，经电力线将电流和信号传递至接收电路，接收电路通过电源整流滤波模块对电流进行导通整理和滤波，实现相对稳定的输出电源；再通过相互串联的微分信号提取模块和施密特信号恢复模块将信号恢复。
与现有技术相比，本发明由经电力线相连的发生电路和接收电路组成，进行信号的传输，电路占用面积小，成本低；接收电路由电源整流滤波模块、微分信号提取模块和施密特信号恢复模块组成，其中电源整流滤波模块将间歇通断的电流转变为相对平稳的直流电，用于设备供电，微分信号提取模块用于提取输入端电流跳变部分信号，施密特信号恢复模块将脉冲的跳变信号恢复成原始的高低电平信号；发送电路由开关驱动模块和开关模块组成，其中需要载波的信号经过开关驱动模块转换成相对应的驱动电平，用于驱动开关模块的闭合与断开，继而控制输出端输出电流的通断。采用在直流电源线上直接载波的方式，发送电路将信号高低电平转换成电源的通断，接收电路通过单向导通整理和电容滤波，实现相对稳定的供电电源，另外再通过微分电路和施密特电路将信号部分恢复出来，电路结构简单，透明传输，协议自由，能够以最低的成本实现可靠的信号载波传输，被广泛应用于低速单向通信领域。同时，本发明通过在使用设备前电源整流滤波模块，可实现直流电源输出端不用区分正负极接入使用设备。综上所述，本发明具有电路结构简单且占用面积小以及成本低的特点。
附图说明
图1是接收电路的电路原理图；
图2是发送电路的电路原理图；
图3是IR2104桥式MOSFET驱动芯片的电路图。
附图中的标记为：1-正极输入端，2-负极输入端，3-第二电阻，4-电源整流滤波模块，5-微分信号提取模块，6-施密特信号恢复模块，401-二级管，402-第二电容，403-直流电源输出端，501-第三电阻，502-第三电容，601-施密特触发器，602-第四电阻，603-第五电阻，604-信号输出线端，7-开关模块，8-开关驱动模块，701-直流电源输入端，702-接地端，703-第一开关，704-第二开关，705-正极输出线端，706-负极输出线端，707-第一电阻，708-第一电容，801-开关控制单元，802-信号反向开关控制单元，803-信号输入端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种低成本直流载波电路系统，构成如图1至图2所示，包括发送电路和接收电路，发送电路和接收电路之间经电力线相连；所述接收电路包括分别与电力线相连的正极输入端1和负极输入端2，正极输入端1和负极输入端2之间设有第二电阻3，第二电阻3和正极输入端1之间并联有电源整流滤波模块4和微分信号提取模块5，微分信号提取模块5还串联有施密特信号恢复模块6。
负极输入端还与接地GND相连。
所述电源整流滤波模块4包括依次串联的二级管401和第二电容402，二级管401和第二电容402之间设有直流电源输出端403。
二级管401和第二电容402之间还并联有VLED。第二电容另一端接地。
所述微分信号提取模块5依次串联的第三电阻501和第三电容502。
所述施密特信号恢复模块6包括与微分信号提取模块5相串联的施密特触发器601，施密特触发器601的输入端设有两个并联的第四电阻602和第五电阻603，施密特触发器601的输出端设有信号输出线端604。
第四电阻602与VDD端相连，第五电阻603与接地GND相连。
所述发送电路包括开关模块7，开关模块7上并联有开关驱动模块8。
所述开关模块7包括直流电源输入端701和接地端702，直流电源输入端701和接地端702之间依次串联有第一开关703和第二开关704，第一开关703和第二开关704之间并联有正极输出线端705和负极输出线端706，负极输出线端706上串联有第一电阻707；直流电源输入端701和第一开关703之间还并联有第一电容708。
第一电容另一端接地。
负极输出线端还与接地GND相连。
正极输出线端705与负极输出线端706分别与电力线相连。
所述开关驱动模块8包括相互串联的开关控制单元801和信号反向开关控制单元802，开关控制单元801和信号反向开关控制单元802之间连接有信号输入端803；所述开关控制单元801的输出端与第一开关703的控制端相连，信号反向开关控制单元802的输出端与第二开关704的控制端相连。
开关控制单元801和信号反向开关控制单元802可以采用IR2104桥式MOSFET驱动芯片构成的电路来实现相应的功能。如图3所示。
一种低成本直流载波电路系统的使用方法，发送电路将高低电平信号转换成电源的通断，经电力线将电流和信号传递至接收电路，接收电路通过电源整流滤波模块对电流进行导通整理和滤波，实现相对稳定的输出电源；再通过相互串联的微分信号提取模块和施密特信号恢复模块将信号恢复。
第一开关和第二开关为开关器件，可用其他开关器件(三极管，MOS管，继电器等)代替，U1和U2为开关控制电路，其中U2有信号反向作用。电源端为供电端，供电为直流电。
发送电路的工作原理：信号输入端输入的信号为高电平时，开关控制单元输出高使第一开关导通，信号反向控制单元因反向作用使第二开关关闭，直流电源输入端通过第一开关从正极输出线端端输出；当信号输入端输入的信号为低电平时，开关控制单元输出低使第一开关关闭，信号反向控制单元因反向作用使第二开关导通，第二开关将正极输出线端和负极输出线端短接。
第二开关、信号反向控制单元、第一电阻为可选部分，低速应用时可省略第二开关、信号反向控制单元部分，高速应用时，作为优选，使用U2、Q2快速释放电荷，提高线路转换速度。作为优选，第一电阻可以使线路波形更稳定。
二极管和第二电容组成的整流滤波模块将脉动的电流转换为相对稳定的直流电，供给后端设备使用。
第三电阻和第三电容组成的微分电路提取出输入端脉冲突变部分；第四电阻和第五电阻为分压电阻，取1/2电源电压，施密特触发器(型号为HD74HCT1G14CM)为信号处理电路。
作为优选，第二电阻可提高线路电压稳定性。
接收电路的工作原理：发送电路平时处于高电平输出状态，接收电路的电流通过二极管给第二电容充电，并维持接收端设备的工作，因为第三电容的隔直作用，施密特触发器输入端电压为电阻分压的1/2电源电压，信号输出线端维持原有状态不变。发送电路由高电平向低电平转换，输入端电压变为0，二极管因单向导通作用，防止第二电容端电压反向输出，设备供电依靠第二电容内存储的电量维持工作；第三电阻和第三电容组成的微分电路将输入端由高电平转为低电平信号转换为负脉冲，负脉冲幅度超过施密特信号恢复模块的低电平窗口时，信号端变为低电平。反之，当发送电路由低电平转换为高电平，接收电路的输入端电压变为高，通过二极管向第二电容充电，第三电阻和第三电容组成的微分电路(微分信号提取模块)将输入端由低电平转为高电平信号转换为正脉冲，正脉冲幅度超过施密特信号恢复模块的高电平窗口时，信号端变为高电平。接收电路还原了发送电路的信号。

Claims (9)

1.一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：包括发送电路和接收电路，发送电路和接收电路之间经电力线相连；所述接收电路包括分别与电力线相连的正极输入端(1)和负极输入端(2)，正极输入端(1)和负极输入端(2)之间设有第二电阻(3)，第二电阻(3)和正极输入端(1)之间并联有电源整流滤波模块(4)和微分信号提取模块(5)，微分信号提取模块(5)还串联有施密特信号恢复模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述电源整流滤波模块(4)包括依次串联的二级管(401)和第二电容(402)，二级管(401)和第二电容(402)之间设有直流电源输出端(403)。
3.根据权利要求1所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述微分信号提取模块(5)依次串联的第三电阻(501)和第三电容(502)。
4.根据权利要求1所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述施密特信号恢复模块(6)包括与微分信号提取模块(5)相串联的施密特触发器(601)，施密特触发器(601)的输入端设有两个并联的第四电阻(602)和第五电阻(603)，施密特触发器(601)的输出端设有信号输出线端(604)。
5.根据权利要求1所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述发送电路包括开关模块(7)，开关模块(7)上并联有开关驱动模块(8)。
6.根据权利要求5所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述开关模块(7)包括直流电源输入端(701)和接地端(702)，直流电源输入端(701)和接地端(702)之间依次串联有第一开关(703)和第二开关(704)，第一开关(703)和第二开关(704)之间并联有正极输出线端(705)和负极输出线端(706)，负极输出线端(706)上串联有第一电阻(707)；直流电源输入端(701)和第一开关(703)之间还并联有第一电容(708)。
7.根据权利要求6所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：正极输出线端(705)与负极输出线端(706)分别与电力线相连。
8.根据权利要求6所述的一种低成本直流载波电路系统，其特征在于：所述开关驱动模块(8)包括相互串联的开关控制单元(801)和信号反向开关控制单元(802)，开关控制单元(801)和信号反向开关控制单元(802)之间连接有信号输入端(803)；所述开关控制单元(801)的输出端与第一开关(703)的控制端相连，信号反向开关控制单元(802)的输出端与第二开关(704)的控制端相连。
9.使用权利要求1-8中任一项所述的一种低成本直流载波电路系统的方法，其特征在于：发送电路将高低电平信号转换成电源的通断，经电力线将电流和信号传递至接收电路，接收电路通过电源整流滤波模块对电流进行导通整理和滤波，实现相对稳定的输出电源；再通过相互串联的微分信号提取模块和施密特信号恢复模块将信号恢复。
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