CN115567085A - 一种低压电力线载波通信电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压电力线载波通信电路，涉及电力通信技术领域，包括耦合保护模块，用于耦合输出和过压保护；信号调理模块，用于带通滤波放大处理；初始载波模块，用于二阶带通滤波处理；载波处理模块，用于信号相乘、衰减和滤波处理；抽样保持模块，用于随机信号采样和保持抽取；转换模块，用于将模拟信号转换为二值序列；峰值采样模块，用于隔离峰值检测；智能控制模块，用于接收信号和模块控制。本发明低压电力线载波通信电路采用电容电感耦合和过压保护的方式与电力线连接，并对处理后的载波信号进行相干解调、相乘衰减和滤波处理获取混频信号的包络，并对混频信号在除峰值时期外进行抽取和比较并输出二值序列，提高电路精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力通信技术领域，具体是一种低压电力线载波通信电路。
背景技术
电力线载波是电力系统特有的通信方式，它将信号送到电路线上进行传输，该技术广泛应用于电表的自动抄表系统、家居系统、配电网自动化系统、互联网通信系统等方面，目前，公知的通信技术有很多种，如微波通信、光纤通信、移动通信、蓝牙通信等，这些通信技术虽然较便捷，但无法在一些像矿井的封闭场所使用、且使用成本较高，电力线载波通信作为使用较为广泛的通信方式，具有结构简单，成本低等特点，但是由于电力线存在脉冲干扰等因素，使得电力线载波通信精度不高，信号衰减大，抗干扰能力差，因此有待改进。
发明内容
本发明实施例提供一种低压电力线载波通信电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
依据本发明实施例的第一方面，提供一种低压电力线载波通信电路，该低压电力线载波通信电路包括：耦合保护模块，信号调理模块，载波处理模块，初始载波模块，抽样保持模块，转换模块，峰值采样模块，智能控制模块；
所述耦合保护模块，用于与低压电力线连接并将低压电力线上的载波信号耦合输出，用于输入和输出过压保护；
所述信号调理模块，与所述耦合保护模块连接，用于将耦合后的载波信号通过带通滤波放大电路进行抗干扰处理；
所述初始载波模块，与所述信号调理模块来接，用于对所述信号调理模块输出的信号进行相干解调处理并输出与所述信号调理模块输出的载波信号同频同相的初始载波信号；
所述载波处理模块，与所述信号调理模块和初始载波模块连接，用于接收所述信号调理模块输出的载波信号和初始载波信号，用于将接收的信号进行相乘、衰减和滤波处理并输出混频信号；
所述抽样保持模块，与所述载波处理模块连接，用于对载波处理模块输出的混频信号进行随机采样保持抽取并对混频信号进行抽取和保持处理；
所述转换模块，与所述载波处理模块和抽样保持模块连接，用于接收所述载波处理模块和抽样保持模块输出的信号，用于将抽取的混频信号和所述载波处理混频信号进行处理并转换为二值序列；
所述峰值采样模块，与所述耦合保持模块连接，用于对所述耦合保护模块输出的电能进行隔离峰值采样；
所述智能控制模块，与所述转换模块、峰值采样模块和抽样保持模块连接，用于接收所述转换模块和峰值采样模块输出的信号，用于控制所述抽样保持模块的工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明低压电力线载波通信电路采用电容耦合、电感耦合和过压保护的方式提高电路与电力线连接的可靠信号和传输效率，由信号调理模块进行抗干扰放大处理，并对处理后的载波信号进行相干解调处理并输出与其同频同相的初始载波信号，由载波处理模块进行相乘衰减和滤波处理获取混频信号的包络，智能控制模块配合抽样保持模块对混频信号进行抽取，同时由峰值采样模块检测电力线的峰值时刻，避免对峰值时期的混频信号进行抽取，提高抽取信号的精度，再由转换模块将抽取的信号和混频信号进行比较并输出二值序列，以便智能控制模块接收，提高电力载波通信电路的控制信号精度，提高电路的抗干扰能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实例提供的低压电力线载波通信电路的原理方框示意图。
图2为本发明实例提供的低压电力线载波通信电路的电路图。
图3为本发明实例提供的峰值采样控制模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1,请参阅图1，一种低压电力线载波通信电路包括：耦合保护模块1，信号调理模块2，载波处理模块3，初始载波模块4，抽样保持模块5，转换模块6，峰值采样模块7，智能控制模块8；
具体地，所述耦合保护模块1，用于与低压电力线连接并将低压电力线上的载波信号耦合输出，用于输入和输出过压保护；
信号调理模块2，与所述耦合保护模块1连接，用于将耦合后的载波信号通过带通滤波放大电路进行抗干扰处理；
初始载波模块4，与所述信号调理模块2来接，用于对所述信号调理模块2输出的信号进行相干解调处理并输出与所述信号调理模块2输出的载波信号同频同相的初始载波信号；
载波处理模块3，与所述信号调理模块2和初始载波模块4连接，用于接收所述信号调理模块2输出的载波信号和初始载波信号，用于将接收的信号进行相乘、衰减和滤波处理并输出混频信号；
抽样保持模块5，与所述载波处理模块3连接，用于对载波处理模块3输出的混频信号进行随机采样保持抽取并对混频信号进行抽取和保持处理；
转换模块6，与所述载波处理模块3和抽样保持模块5连接，用于接收所述载波处理模块3和抽样保持模块5输出的信号，用于将抽取的混频信号和所述载波处理混频信号进行处理并转换为二值序列；
峰值采样模块7，与所述耦合保持模块连接，用于对所述耦合保护模块1输出的电能进行隔离峰值采样；
智能控制模块8，与所述转换模块6、峰值采样模块7和抽样保持模块5连接，用于接收所述转换模块6和峰值采样模块7输出的信号，用于控制所述抽样保持模块5的工作。
在具体实施例中，上述耦合保护模块1可采用电容电感耦合电路过压保护电路实现对电力线信号的耦合输出和过压保护；上述信号调理模块2可采用带通滤波放大电路将输入的信号进行预处理，在此不做赘述；上述载波处理模块3可采用相乘电路和低通取络电路分别对输入信号进行相乘和频率衰减处理；上述初始载波模块4可采用二级带通滤波电路，将输入的信号恢复为初始载波信号；上述抽样保持模块5可采用信号保持控制电路，用于对输入的信号进行保持处理；上述转换模块6可采用比较电路将输入的模拟信号转换为二值序列；上述峰值采样模块7可采用隔离的方式检测耦合保护模块1输出电能的峰值；上述智能控制模块8可采用，但并不限于单片机、DSP等微控制芯片实现数据的接收、计算和模块的控制。
在本实施例中，请参阅图2和图3，所述耦合保护模块1包括电力线、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第一晶体管VD1、压敏电阻RV、变压器W1、第二晶体管VD2；
具体地，所述电力线的N端连接第一电阻R1和压敏电阻RV的一端并通过第一电容C1连接第一晶体管VD1的一端、变压器W1的原边绕组的第一端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一电阻R1的另一端，压敏电阻RV的另一端、第一晶体管VD1的另一端和变压器W1的原边绕组的第二端均连接电力线的L端，变压器W1的第一副边绕组的第一端和第二端均连接所述信号调理模块2，变压器W1的第一副边绕组的第一端还通过第二晶体管VD2连接第一副边绕组的第二端，变压器W1的第二副边绕组的第一端和第二端连接所述峰值采样模块7。
在具体实施例中，上述第一电容C1与变压器W1的第一原边绕组构成高通滤波电路，预防工频电流的输入；上述第一晶体管VD1和第二晶体管VD2均可选用SA8.5Ca双向二极管。
进一步地，所述初始载波模块4包括第二电容C2、第三电阻R3、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7、第一运放OP1；
具体地，所述第三电阻R3的一端和第二电容C2的一端均连接所述信号调理模块2，第三电阻R3的另一端连接第四电阻R4的一端和第四电容C4的一端并通过第三电容C3连接第二电容C2的另一端、第五电阻R5一端和地端，第四电容C4的另一端连接第五电容C5的另一端和第一运放OP1的同相端，第一运放OP1的反相端连接第七电阻R7的一端并通过第六电阻R6连接地端，第四电阻R4的另一端和第七电阻R7的另一端连接第一运放OP1的输出端。
进一步地，所述初始载波模块4还包括第八电阻R8、第六电容C6、第五电容C5、第十电阻R10、第九电阻R9、第十二电阻R12、第十一电阻R11、第二运放OP2；
具体地，所述第八电阻R8、第六电容C6、第五电容C5、第十电阻R10、第九电阻R9、第十二电阻R12、第十一电阻R11、第二运放OP2的电路连接结构与所述第三电阻R3、第三电容C3、第四电容C4、第五电阻R5、第四电阻R4、第六电阻R6、第七电阻R7、第一运放OP1的电路结构相同，第八电阻R8连接所述第一运放OP1的输出端，第二运放OP2的输出端连接所述载波处理模块3。
在具体实施例中，上述第一运放OP1和第二运放OP2均可选用MC33078运算放大器；上述第三电阻R3和第三电容C3、第八电阻R8和第六电容C6均组成RC滤波电路；上述第五电阻R5、第四电阻R4、第十电阻R10和第九电阻R9，用于通过微调调整输出的载波信号的频率和相位。
进一步地，所述载波处理模块3包括乘法器U1、第一电源VCC1、第二电源VCC2、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第七电容C7；
具体地，所述乘法器U1的第一端连接所述信号调理模块2，乘法器U1的第二端、第四端和第六端均接地，乘法器U1的第五端和第八端分别连接第一电源VCC1和第二电源VCC2，乘法器U1的第三端连接所述第二运放OP2的输出端，乘法器U1的第七端通过第十三电阻R13连接第七电容C7的一端和第十四的第一端，第七电容C7的另一端接地，第十四电阻R14的第二端连接所述转换模块6。
在具体实施例中，上述乘法器U1可选用AD633模拟乘法器U1；上述第十三电阻R13和第七电容C7组成RC低通滤波电路。
进一步地，所述抽样保持模块5包括第四运放OP4、第二十电阻R20、第五运放OP5、第一功率管Q1、第八电容C8、第十九电阻R19；
具体地，所述第四运放OP4的同相端连接第一功率管Q1的漏极并通过第八电容C8连接第十九电阻R19的一端，第十九电阻R19的另一端连接地端，第一功率管Q1的栅极连接所述智能控制模块8，第一功率管Q1的源极连接第五运放OP5的输出端，第五运放OP5的反相端通过第二十电阻R20连接所述转换模块6、第四运放OP4的反相端和输出端，第五运放OP5的同相端连接所述转换模块6。
在具有实施例中，上述第四运放OP4和第五运放OP5可选用OP07运算放大器；上述第一功率管Q1可选用N沟道增强型结型场效应管；上述第八电阻R8和第十九电阻R19用于保持输入的信号值。
进一步地，所述转换模块6包括第一比较器A1、第十八电阻R18、第四电源VCC4；
具体地，所述第一比较器A1的同相端连接所述第十四电阻R14的第二端和第五运放OP5的同相端，第一比较器A1的反相端连接所述第四运放OP4的输出端，第一比较器A1的输出端连接所述智能控制模块8并通过第十八电阻R18连接第四电源VCC4。
在具有实施例中，上述第一比较器A1可选用LM393比较器。
进一步地，所述峰值采样模块7包括第三晶体管VD3、第二十一电阻R21、第十五电阻R15、第一光耦U2、第三电源VCC3、第十六电阻R16、第三运放OP3、第一二极管D1、第十七电阻R17、第九电容C9；
具体地，所述第三晶体管VD3的一端和第二十一电阻R21的一端均连接所述变压器W1的第二副边绕组的第一端，第三晶体管VD3的另一端和第十五电阻R15的一端均连接变压器W1的第二副边绕组的第二端，第一光耦U2的第一端和第二端分别连接第二十一电阻R21的另一端和第十五电阻R15的另一端，第一光耦U2的第三端连接第三电源VCC3，第一光耦U2的第四端连接第三运放OP3的同相端并通过第十六电阻R16连接地端，第三运放OP3的反相端连接第一二极管D1的阳极并通过第十七电阻R17连接第九电阻R9和所述智能控制模块8，第三运放OP3的输出端连接第一二极管D1的阳极，第九电容C9的另一端接地。
在具有实施例中，上述第一光耦U2可选用PC817光电耦合器；上述第三运放OP3可选用OP07运算放大器；上述第一晶体管VD1可选用SA8.5Ca双向二极管。
本发明一种低压电力线载波通信电路，由电容耦合、电感耦合和变压器W1降低电力线传输的信号的干扰，同时保证高频载波信号的通过，使得载波先后的传输收到较小的衰减，由压敏电阻RV、第一晶体管VD1和第二晶体管VD2进行过压保护，输入的载波信号将由信号调理模块2进行带通滤波和放大处理，处理后的载波信号由初始载波模块4处理，通过调节第四电阻R4、第五电阻R5、第十电阻R10和第九电阻R9的电阻值，输出一个与信号调理模块2输出的载波信号同频同相的初始载波信号，实现相干解调，并由触发器对初始载波信号和载波信号进行乘法处理，输出的混频信号相位变处，在由第十三电阻R13和第七电容C7在二倍频的时候进行衰减，抽样保持模块5由智能控制模块8随机控制，使得随机对载波处理模块3输出的信号进行随机采样和保持，以便通过转换模块6将保持的抽样信号与混频信号转换为二值序列，并由智能控制模块8接收处理，同时峰值采样模块7对耦合保护模块1输出的信号进行采样，出现峰值的时刻，智能控制模块8将不会在此时刻控制抽样保持模块5工作，避免峰值时电力线传输的脉冲信号的干扰。
该低压电力线载波通信电路采用电容耦合、电感耦合和过压保护的方式提高电路与电力线连接的可靠信号和传输效率，由信号调理模块2进行抗干扰放大处理，并对处理后的载波信号进行相干解调处理并输出与其同频同相的初始载波信号，由载波处理模块3进行相乘衰减和滤波处理获取混频信号的包络，智能控制模块8配合抽样保持模块5对混频信号进行抽取，同时由峰值采样模块7检测电力线的峰值时刻，避免对峰值时期的混频信号进行抽取，提高抽取信号的精度，再由转换模块6将抽取的信号和混频信号进行比较并输出二值序列，以便智能控制模块8接收，提高电力载波通信电路的控制信号精度，提高电路的抗干扰能力。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种低压电力线载波通信电路，其特征在于：
该低压电力线载波通信电路包括：耦合保护模块，信号调理模块，载波处理模块，初始载波模块，抽样保持模块，转换模块，峰值采样模块，智能控制模块；
所述耦合保护模块，用于与低压电力线连接并将低压电力线上的载波信号耦合输出，用于输入和输出过压保护；
所述信号调理模块，与所述耦合保护模块连接，用于将耦合后的载波信号通过带通滤波放大电路进行抗干扰处理；
所述初始载波模块，与所述信号调理模块来接，用于对所述信号调理模块输出的信号进行相干解调处理并输出与所述信号调理模块输出的载波信号同频同相的初始载波信号；
所述载波处理模块，与所述信号调理模块和初始载波模块连接，用于接收所述信号调理模块输出的载波信号和初始载波信号，用于将接收的信号进行相乘、衰减和滤波处理并输出混频信号；
所述抽样保持模块，与所述载波处理模块连接，用于对载波处理模块输出的混频信号进行随机采样保持抽取并对混频信号进行抽取和保持处理；
所述转换模块，与所述载波处理模块和抽样保持模块连接，用于接收所述载波处理模块和抽样保持模块输出的信号，用于将抽取的混频信号和所述载波处理混频信号进行处理并转换为二值序列；
所述峰值采样模块，与所述耦合保持模块连接，用于对所述耦合保护模块输出的电能进行隔离峰值采样；
所述智能控制模块，与所述转换模块、峰值采样模块和抽样保持模块连接，用于接收所述转换模块和峰值采样模块输出的信号，用于控制所述抽样保持模块的工作。
2.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述耦合保护模块包括电力线、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一晶体管、压敏电阻、变压器、第二晶体管；
所述电力线的N端连接第一电阻和压敏电阻的一端并通过第一电容连接第一晶体管的一端、变压器的原边绕组的第一端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一电阻的另一端，压敏电阻的另一端、第一晶体管的另一端和变压器的原边绕组的第二端均连接电力线的L端，变压器的第一副边绕组的第一端和第二端均连接所述信号调理模块，变压器的第一副边绕组的第一端还通过第二晶体管连接第一副边绕组的第二端，变压器的第二副边绕组的第一端和第二端连接所述峰值采样模块。
3.根据权利要求2所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述初始载波模块包括第二电容、第三电阻、第三电容、第四电容、第五电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一运放；
所述第三电阻的一端和第二电容的一端均连接所述信号调理模块，第三电阻的另一端连接第四电阻的一端和第四电容的一端并通过第三电容连接第二电容的另一端、第五电阻一端和地端，第四电容的另一端连接第五电容的另一端和第一运放的同相端，第一运放的反相端连接第七电阻的一端并通过第六电阻连接地端，第四电阻的另一端和第七电阻的另一端连接第一运放的输出端。
4.根据权利要求3所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述初始载波模块还包括第八电阻、第六电容、第五电容、第十电阻、第九电阻、第十二电阻、第十一电阻、第二运放；
所述第八电阻、第六电容、第五电容、第十电阻、第九电阻、第十二电阻、第十一电阻、第二运放的电路连接结构与所述第三电阻、第三电容、第四电容、第五电阻、第四电阻、第六电阻、第七电阻、第一运放的电路结构相同，第八电阻连接所述第一运放的输出端，第二运放的输出端连接所述载波处理模块。
5.根据权利要求4所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述载波处理模块包括乘法器、第一电源、第二电源、第十三电阻、第十四电阻、第七电容；
所述乘法器的第一端连接所述信号调理模块，乘法器的第二端、第四端和第六端均接地，乘法器的第五端和第八端分别连接第一电源和第二电源，乘法器的第三端连接所述第二运放的输出端，乘法器的第七端通过第十三电阻连接第七电容的一端和第十四的第一端，第七电容的另一端接地，第十四电阻的第二端连接所述转换模块。
6.根据权利要求5所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述抽样保持模块包括第四运放、第二十电阻、第五运放、第一功率管、第八电容、第十九电阻；
所述第四运放的同相端连接第一功率管的漏极并通过第八电容连接第十九电阻的一端，第十九电阻的另一端连接地端，第一功率管的栅极连接所述智能控制模块，第一功率管的源极连接第五运放的输出端，第五运放的反相端通过第二十电阻连接所述转换模块、第四运放的反相端和输出端，第五运放的同相端连接所述转换模块。
7.根据权利要求6所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述转换模块包括第一比较器、第十八电阻、第四电源；
所述第一比较器的同相端连接所述第十四电阻的第二端和第五运放的同相端，第一比较器的反相端连接所述第四运放的输出端，第一比较器的输出端连接所述智能控制模块并通过第十八电阻连接第四电源。
8.根据权利要求2所述的一种低压电力线载波通信电路，其特征在于，所述峰值采样模块包括第三晶体管、第二十一电阻、第十五电阻、第一光耦、第三电源、第十六电阻、第三运放、第一二极管、第十七电阻、第九电容；
所述第三晶体管的一端和第二十一电阻的一端均连接所述变压器的第二副边绕组的第一端，第三晶体管的另一端和第十五电阻的一端均连接变压器的第二副边绕组的第二端，第一光耦的第一端和第二端分别连接第二十一电阻的另一端和第十五电阻的另一端，第一光耦的第三端连接第三电源，第一光耦的第四端连接第三运放的同相端并通过第十六电阻连接地端，第三运放的反相端连接第一二极管的阳极并通过第十七电阻连接第九电阻和所述智能控制模块，第三运放的输出端连接第一二极管的阳极，第九电容的另一端接地。
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| CN202211131572.4A CN115567085A (zh) | 2022-09-15 | 2022-09-15 | 一种低压电力线载波通信电路 |
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|---|---|---|---|---|
| US20060202640A1 (en) * | 2006-06-05 | 2006-09-14 | Alexandrov Felix I | Arrangement and method for providing power line communication from an AC power source to a circuit for powering a load, and electronic ballasts therefor |
| CN101394200A (zh) * | 2008-11-11 | 2009-03-25 | 国网电力科学研究院 | 一种零变频和自适应频率选择的电力线载波数据传输方法 |
| CN205265685U (zh) * | 2015-12-25 | 2016-05-25 | 浙江水利水电学院 | 一种电力线载波通信装置 |
| CN217335563U (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-30 | 武汉康柏科特科技有限公司 | 一种脉冲信号处理系统 |
-
2022
- 2022-09-15 CN CN202211131572.4A patent/CN115567085A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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