CN112688719B - 基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，包括发送机和接收机，发送机频率发生器将产生的调制信号通过带通滤波器传输至信号合成器；主控MCU模块通过控制该信号合成器经过信号放大器将信号放大，然后传输至所述信号耦合器，该信号耦合器将信号传输至接收机；该发送机信号通过IV转换电路经过信号放大器放大信号传输至带通滤波器，该带通滤波器滤波后经过包络解调器将信号传输至抽样判决器；所述抽样判决器将信号分析比较后传输至第二主控MCU模块分析处理信号信息。本发明在于提供一种长距离通讯传输，通讯传输质量高，主机系统能够提供对从机系统工作所需的负载能量的一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统。

Description

基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统。

背景技术

目前，常见通讯方式相比如485、CAN、RS232等通讯等数字信号是通过电压调制来传输，但是由于主机通讯电压较低，当主从机设备距离较远，通讯线路阻抗过大时，通讯波形的电压幅度会有很大的衰减，而无法实现长距离通讯。另外长距通讯时，且多主从机设备时，线路容易阻抗不匹配，会带来的电压反射，从而使电压波形产生震荡，对于长距离通讯信号识别有很大的难度。另外此类通讯只能支持主从机设备的通讯功能，主机不能提供对从机工作所需的负载能量。

中国专利申请号为：201910482653.0，申请日是:2019年06月04日，公开日是：2019年07月30日，专利名称为：一种低功耗近距离半双工电源载波通信电路及通信方法，该发明公开了一种低功耗近距离半双工电源载波通信电路及通信方法，包括第一电路模块和第二电路模块，第一电路模块包括主机端、直流电源和电阻R1，第二电路模块包括从机端、二极管D1和电容C1，主机端的主MCU通信口和从机端的从MCU通信口通过通信线相连，直流电源正极并联连接主机端的电源输入正极端和电阻R1一端，电阻R1另一端与通信线一端连通，通信线另一端与二极管D1的正极并联连接，二极管D1的负极再并联连接电容C1一端，电容C1的另一端、主机端的电源输入负极端、从机端的电源输入负极端再与直流电源负极并联连接在一起。本发明能够实现分时供电和半双工通信，电路整体功耗低，用电池供电能够长时间使用。

上述专利文献公开了一种低功耗近距离半双工电源载波通信电路及通信方法，但是，该系统只能短距离通信传输，也无法识别长距离通讯信号，传输质量低，不能满足时代发展的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种长距离通讯传输，通讯传输质量高，主机系统能够提供对从机系统工作所需的负载能量的一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统。

为了实现本发明目的，可以采取以下技术方案：

一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，包括发送机和接收机，所述发送机包括至少两个频率发生器、至少两个带通滤波器、主控MCU模块、信号合成器、信号放大器、信号耦合器、直流信号电源；

所述频率发生器，用于产生调制信号频率；所述带通滤波器，用于滤除频率噪声信号；所述主控MCU模块，用于分析处理信号信息；所述信号合成器，用于信号合成，选择对应的信号频率信息；所述信号放大器，用于对调制信号放大输出；信号耦合器，用于对调制信号耦合；所述直流信号电源，用于对信号耦合器提供直流电源；

所述频率发生器将产生的调制信号通过带通滤波器传输至信号合成器；所述主控MCU模块通过控制该信号合成器经过信号放大器将信号放大，然后传输至所述信号耦合器，该信号耦合器将信号传输至接收机；

所述接收机包括IV转换电路、信号放大器、至少两个带通滤波器、至少两个包络解调器、抽样判决器、第二主控MCU模块；

所述IV转换电路，用于将电流信号转换为电压信号；所述信号放大器，用于信号幅度放大；至少两个所述带通滤波器，用于滤除频率信号；至少两个所述包络解调器，用于对载波信号解调，输出数字信号；所述抽样判决器，用于将信号分析比较；所述第二主控MCU模块，用于处理分析信号信息；

所述发送机信号通过IV转换电路经过信号放大器放大信号传输至该带通滤波器，该带通滤波器滤波后经过包络解调器将信号传输至该抽样判决器；所述抽样判决器将信号分析比较后传输至所述第二主控MCU模块分析处理信号信息。

所述发送机为直流电压信号发送机。

所述发送机的频率发生器为2个或4个或6个，所述带通滤波器为2个或4个或6个，所述频率发生器与带通滤波器的数量相对应，该频率发生器将信号传输至该带通滤波器也是一一对应。

所述带通滤波器为高斯滤波器。

所述信号合成器包括数字译码器、多路模拟选通开关和加法器。

所述信号耦合器包括光耦合或磁耦合或直接耦合。

所述接收机为电流信号接收机。

所述接收机带通滤波器为2个或4个或6个，所述包络解调器为2个或4个或6个，所述带通滤波器与包络解调器的数量相对应，该带通滤波器将信号传输至该包络解调器也是一一对应。

所述接收机带通滤波器为高斯滤波器。

本发明提供的技术方案的有益效果是:

第一，本发明通过主机通讯系统能够长距离通信传输，传输衰耗小，线路阻抗低，实现了长距离通信传输信号质量高，通信传输质量大大提高；

第二，本发明长距离通信传输电压波形震荡小，信号识别质量高，主机系统能够有效控制从机系统进行长距离通信传输；

第三，本发明主机系统能够提供对从机工作所需的负载能量，控制从机通信效率大大提高，长距离通信可靠性大大增强。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统的发送机系统方框图；

图2为本发明实施例一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统的发送机发送信号波形图；

图3为本发明实施例一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统的接收机系统方框图；

图4为为本发明实施例一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统的接收机接收信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对发明作进一步详细的说明。

实施例1

参看图1，图3，该一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，包括发送机和接收机，所述发送机包括至少两个频率发生器，本实施例中，所述频率发生器包括频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14；至少两个带通滤波器，本实施例中，所述带通滤波器包括带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24；主控MCU模块3、信号合成器4、信号放大器5、信号耦合器7、直流信号电源6；

所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14，用于产生调制信号频率；所述带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24，用于滤除频率噪声信号；所述主控MCU模块3，用于分析处理信号信息；所述信号合成器4，用于信号合成，选择对应的信号频率信息；所述信号放大器5，用于对调制信号放大输出；信号耦合器7，用于对调制信号耦合；所述直流信号电源6，用于对信号耦合器提供直流电源；

所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14分别将产生的调制信号通过带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24传输至信号合成器4；所述主控MCU模块3通过控制该信号合成器4信号放大器5将信号放大，然后传输至所述信号耦合器7，该信号耦合器7将信号传输至接收机；

所述接收机包括IV转换电路8、信号放大器9、至少两个带通滤波器，该带通滤波器包括带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103；至少两个包络解调器，所述包络解调器包括包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113、抽样判决器12、第二主控MCU模块13；

所述IV转换电路8，用于将电流信号转换为电压信号；所述信号放大器，9用于信号幅度放大；所述带通滤波器包括带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103，用于滤除频率信号；所述包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113，用于对载波信号解调，输出数字信号；所述抽样判决器12，用于将信号分析比较；所述第二主控MCU模块13，用于处理分析信号信息；

所述发送机信号通过IV转换电路8经过信号放大器9放大信号传输至该带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103，该带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103滤波后分别经过包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113将信号传输至该抽样判决器12；所述抽样判决器12将信号分析比较后传输至所述第二主控MCU模块13分析处理信号信息。

本实施例，优选地，所述发送机为直流电压信号发送机；所述接收机为电流信号接收机。

本实施例，所述发送机频率发生器可以是多个，可以设置为n个；所述带通滤波器可以是多个，可以设置为n个；

本实施例中，所述发送机的频率发生器为2个或4个或6个，所述带通滤波器为2个或4个或6个，所述频率发生器与带通滤波器的数量相对应，该频率发生器将信号传输至该带通滤波器也是一一对应；也就是说，所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14为4个频率发生器，所述带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24也是4个带通滤波器；所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14分别与所述带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24一一对应；该所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14分别将信号传输至该带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24。

本实施例，所述接收机带通滤波器可以是多个，可以设置为n个；所述包络解调器可以是多个，可以设置为n个；

本实施例中，所述接收机带通滤波器为2个或4个或6个，所述包络解调器为2个或4个或6个，所述带通滤波器与包络解调器的数量相对应，该带通滤波器将信号传输至该包络解调器也是一一对应。也就是说，所述带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103是3个带通滤波器；所述包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113也是3个包络解调器，所述带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103与所述包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113一一对应，所述带通滤波器101、带通滤波器102、带通滤波器103分别将信号传输至该包络解调器111、包络解调器112、包络解调器113。

本发明低压直流载波通讯系统主机系统主要包括直流电压发送机及直流电流接收机,实现带调频载波信号的直流电压通讯信号输出，可以接收从机的直流电流通讯信号输入。

本发明所述发送机空闲态时持续VDD直流电压，可以负责为从机系统提供能量。通讯态时，在直流电压上耦合GFSK调频调制信号。例如：调频信号直流分量为2/3VDD,交流分量VPP值为2/3VDD，信号0载波频率f1，信号1载波频率f2。

所述发送机发送信号波形图参看图2。

本实施例，所述频率发生器11、频率发生器12、频率发生器13、频率发生器14主要用于产生调制信号所需的频率，(如果采用N种频率，可以实现N进制数据传输)。

所述带通滤波器21、带通滤波器22、带通滤波器23、带通滤波器24采用高斯滤波器，按照所需的频点对频率发生器产生的频率信号进行滤波，滤除无效噪声频率信号。

所述主控MCU模块3输出需要进行调制的数字通讯信号s(t)。

本实施例，所述信号合成器4包括数字译码器、多路模拟选通开关和加法器。该信号合成器4接受多种频率信息，并将不同频率信息传输多路模拟选通开关，数字译码器将MCU输出的数字信号s(t)进行译码后，输出选择信息至对应的选通开关，选择对应的频率信息通过，(比如收到数字信号2，则在对应的模拟选通开关输出频率信息f2。)最后通过加法器将多路选通开关输出信号进行叠加，实时将主控芯片传输的数字通讯信号s(t)输出对应的相关的频率信息f(s)。

本实施例，所述信号放大器5内部具有模拟信号幅度放大器及模拟信号功率放大器对调制信号f(s)进行幅度及功率的放大后输出F(s)。

本实施例，所述直流信号电源6主要负责发生出进行直流载波电压，该输出具有足够的负载能力，能够承载较多数量及较大功率的从机进行工作。

本实施例，所述信号耦合器7通过光耦合或磁耦合或直接耦合等的方式，将调至信号F(s)耦合至直流载波，最终实现直流载波信号输出。

本实施例，所述电流信号接收机以负载电流的变化来进行进行信号通讯。通讯空闲态时保持极低的功耗电流，通讯时，负载电流上耦合GFSK调频调制信号。

参看图4，所述电流信号接收机信号波形图如图4；该电流信号接收机接收信号0载波频率f1，接收信号n载波频率fn。

参看图3，本实施例，所述IV转换电路8将发送机传送来的电流信号I(Fs)进行电流-电压转换，输出电压调制信号V(Fs)；

本实施例，所述信号放大器9对V(Fs)进行信号幅度放大。

本实施例，所述带通滤波器1-n分别为中心频率为f1～fn的高斯带通滤波器，按照所需的频点对频率发生器产生的频率信号进行滤除，输出滤波后的频率信息fn(s)；(如果调制信息所携带的频率调制信息不含该带通滤波器的中心频率，fn(s)信号将接近零。)

本实施例，所述包络解调器1-n分别为中心频率为f1～fn的包络解调电路，该电路将对应中心频率的载波信号进行解调，去除信号中的调频信号成分，输出数字信号Sn(t)。

本实施例，所述抽样判决器12在接收到抽样脉冲信号后，对将包络解调器1-n输出的S1(t)～SN(t)进行信号强度比较，选择信号强度最高的信号Smax，然后再与预设的信号下限Slimit对比；如果，低于Slimit，则无信号输入；如果，高于Slimit，判决器将输出数字信号S(t)；如t0时刻，S1(t)～SN(t)中S2(t)信号强度最强，且高于预设的信号下限Slimit，则识别此时数字信号为2；所述抽样判决器12将输出的数字信号传输至该第二主控MCU模块13，用于处理分析信号信息。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：包括发送机和接收机，所述发送机包括至少两个频率发生器、至少两个带通滤波器、主控MCU模块、信号合成器、信号放大器、信号耦合器、直流信号电源；

所述频率发生器，用于产生调制信号频率；所述带通滤波器，用于滤除频率噪声信号；所述主控MCU模块，用于分析处理信号信息；所述信号合成器，用于信号合成，选择对应的信号频率信息；所述信号放大器，用于对调制信号放大输出；信号耦合器，用于对调制信号耦合；所述直流信号电源，用于对信号耦合器提供直流电源；

所述频率发生器将产生的调制信号通过带通滤波器传输至信号合成器；所述主控MCU模块通过控制该信号合成器经过信号放大器将信号放大，然后传输至所述信号耦合器，该信号耦合器将信号传输至接收机；

所述接收机包括IV转换电路、信号放大器、至少两个带通滤波器、至少两个包络解调器、抽样判决器、第二主控MCU模块；

所述IV转换电路，用于将电流信号转换为电压信号；所述信号放大器，用于信号幅度放大；至少两个所述带通滤波器，用于滤除频率信号；至少两个所述包络解调器，用于对载波信号解调，输出数字信号；所述抽样判决器，用于将信号分析比较；所述第二主控MCU模块，用于处理分析信号信息；

所述发送机信号通过IV转换电路经过信号放大器放大信号传输至该带通滤波器，该带通滤波器滤波后经过包络解调器将信号传输至该抽样判决器；所述抽样判决器将信号分析比较后传输至所述第二主控MCU模块分析处理信号信息；

所述接收机为电流信号接收机；所述接收机带通滤波器为2个或4个或6个，所述包络解调器为2个或4个或6个，所述带通滤波器与包络解调器的数量相对应，该带通滤波器将信号传输至该包络解调器也是一一对应。

2.根据权利要求1所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述发送机为直流电压信号发送机。

3.根据权利要求2所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述发送机的频率发生器为2个或4个或6个，所述带通滤波器为2个或4个或6个，所述频率发生器与带通滤波器的数量相对应，该频率发生器将信号传输至该带通滤波器也是一一对应。

4.根据权利要求3所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述带通滤波器为高斯滤波器。

5.根据权利要求4所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述信号合成器包括数字译码器、多路模拟选通开关和加法器。

6.根据权利要求5所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述信号耦合器包括光耦合或磁耦合或直接耦合。

7.根据权利要求1所述基于调频调制的低压直流载波主机通讯系统，其特征在于：所述接收机带通滤波器为高斯滤波器。

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