CN203632698U - 基于电力线ofdm多载波调制标准的通信电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，包括电力线、电能表、耦合电路、接收电路、发送电路、模拟前端电路、通信控制电路和电源电路；耦合电路将发送电路传来的信号耦合发送至电力线，并接收由电力线传来的载波调制信号，并将该载波调制信号传至接收电路；接收电路将接收到的信号进行信号处理后发至模拟前端电路；模拟前端电路将信号传至通信控制电路；通信控制电路将接收到的信号传至电能表，同时将电能表发出的数据信号传至模拟前端电路；模拟前端电路再将信号传至发送电路；发送电路将模拟前端电路传来的载波信号传至耦合电路；电源电路给上述五个功能电路供电。本实用新型实现了载波通信速率、通信稳定性的大幅提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通信电路，特别涉及一种基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路。
背景技术
国内窄带电力线载波通信，通信速率最高才只有2kbps，正常电力线环境下，绝大多数仅仅工作在几百bps。而在国际上，电力线AMI体系要求：电力数据采集器密度高达15分钟一次，数据通信流量高达100kbit/s，实时性强、交互双向通信，因此，窄带电力线通信方式最高2kbps无法满足需求。而现有的电路方案存在诸多问题，例如：电路信号品质较差、载波抗干扰能力差、电源效率不足、载波接收灵敏度差等诸多问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种速率高且稳定的电力线OFDM多载波调制标准的通信电路。
本实用新型提供的这种电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，包括电力线、电能表、耦合电路、接收电路、发送电路、模拟前端电路、通信控制电路和电源电路；耦合电路将发送电路传来的信号耦合发送至电力线上，同时接收由电力线传来的载波调制信号，并将该载波调制信号传至接收电路；接收电路将接收到的信号进行信号处理后发至模拟前端电路；模拟前端电路将信号传至通信控制电路；通信控制电路将接收到的信号传至电能表，同时将电能表发出的数据信号传至模拟前端电路；模拟前端电路再将信号传至发送电路；发送电路将模拟前端电路传来的载波信号传至耦合电路；电源电路给上述五个功能电路供电。
所述耦合电路与电力线进行阻抗匹配。所述接收电路将由所述耦合电路传来的载波差分信号进行信号整形、滤波和钳位处理。所述模拟前端电路的输出端与所述通信控制电路的ADC端口连接，其SPI端口与所述通信控制电路的GPIO端口连接。所述模拟前端电路采用TI公司的型号为AFE031的模拟前端。所述通信控制电路包括微控制器；该微控制器的串口与电能表进行数据收发。所述微控制器采用TI公司的型号为TMS320F28PLC83的芯片。所述发送电路将所述通信控制电路传来的数据信号进行功率放大。所述电源电路包括型号为MP2451DT的DC/DC芯片。
本实用新型是一种电力线通信、OFDM多载波调制方式的通信电路。本实用新型通过通信控制电路及其外围电路的设计，本实用新型的平均传输速率为70kbps，最大速率可达120 kbps，实现了载波通信速率、通信稳定性的大幅提高，从而满足了电力公司的基本需求以及未来增值需求。
附图说明
图1是本实用新型的功能模块图。
图2是本实用新型的耦合电路图。
图3是本实用新型的接收电路图。
图4是本实用新型的模拟前端电路图。
图5是本实用新型的发送电路图。
图6是本实用新型的通信控制电路图。
图7是本实用新型的外围存储器电路图。
图8是本实用新型的电源电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括电力线、电能表、耦合电路、接收电路、发送电路、模拟前端电路、通信控制电路和电源电路。
耦合电路与220VAC/50Hz或230VAC/60Hz电力线进行阻抗匹配，将发送电路的信号耦合到电力线上，同时接收由电力线传来的载波调制信号，并将该载波信号传至接收电路。接收电路将接收到的载波信号进行信号整形、钳位和滤波处理后发至模拟前端电路。模拟前端电路再将信号传至通信控制电路。通信控制电路负责载波信号的解调，通过UART端口与电能表连接，将接收到的信号传至电能表，同时将电能表发出的数据信号传至模拟前端电路。模拟前端电路再将信号传至发送电路；发送电路将模拟前端电路输出的模拟高频载波信号进行功率放大，再通过载波耦合电路，耦合发送至电力线。电源电路给上述五个功能电路供电。
如图2所示，耦合电路包括阻抗谐振匹配电路、耦合变压器T1、瞬态放电管V1和RC滤波电路。阻抗谐振匹配电路包括电容C5和电感L1。RC滤波电路包括电阻R2和电容C1。
耦合变压器T1的1脚与电力线连接端VN连接，其3脚通过电容C5串联电感L1与电力线连接端VA连接，电阻R1接于电力线连接端VN和电力线连接端VA之间；该变压器T1的4脚接地；其6脚通过瞬态放电管V1接地，该管脚还通过电阻R2串联电容C1接地，该管脚还与接收电路连接，用于传递电力线接收信号RXLine，该管脚还与发送电路连接，用于传递电力线发送信号TXLine，。
阻抗谐振匹配电路用于对220VAC/50Hz或230VAC/60Hz电力线的阻抗匹配；电阻R1是通信电路输入/输出阻抗调整电阻；耦合变压器T1是高频信号耦合变压器；瞬态放电管V1是信号抗噪声保护TVS管，主要是保护整个电路不受电力线雷击、浪涌、噪声、大功率激变等恶劣环境的影响；电阻R2和电容C1组成一组宽频率的RC滤波电路。
如图3所示，接收电路包括电阻分压电路、串联OFDM谐振电路、第一并联谐振电路、第二并联谐振电路、耦合电容C9、信号钳位电路和整流保护电路。电阻分压电路包括电阻R4和电阻R5。串联OFDM谐振电路包括电感L2和电容C10。第一并联谐振电路包括电感L4和电容C12。第二并联谐振电路包括电感L3和电容C11。信号钳位电路包括二极管V4和二极管V5。整流保护电路包括肖特基二极管V2和肖特基二极管V3。
电阻R4的一端与耦合电路中耦合变压器T1的6脚连接，用于接收电力线接收信号RXLine，该电阻的另一端电容C10串联电感L2再串联电阻R5接地；电容C12和电感L4并联后接于电阻R5的两端；电容C11和电感L3并联后接于电感L4的两端；耦合电容C9接于电感L3的非接地端与二极管V5的阴极之间；二极管V5的阳极接地；二极管V4的阳极与二极管V5的阴极连接，其阴极接地；肖特基二极管V2的阴极与电源V3P3连接，其阳极与肖特基二极管V3的阴极连接，肖特基二极管V3的阳极基地，肖特基二极管V3的阴极还与模拟前端电路中AFE芯片的27脚连接，用于接收信号RxLineF。
电阻分压电路用于保护模拟前端电路输入端AGC；信号钳位电路用于消除外部干扰噪声；肖特基二极管V2和肖特基二极管V3用于电流和电压整流保护，耦合电容C9用于耦合高频OFDM载波信号。
如图4所示，模拟前端电路包括一颗AFE芯片U1以及外围保护器件电路。电容C45、电容C46、电容C47、电容C48和电容C4是接收信号调整电容；电容C40、电容C41、电容C42和肖特基二极管V8组成PA电源电路；电容C50、电容C51、电容C52、电容C53是OFDM载波修正电容组。电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15是控制电路信号固定电平电路。
模拟前端电路中的AFE芯片可采用TI公司型号为AFE031芯片。
模拟前端电路主要完成OFDM多载波调制信号的译码和解码。OFDM载波信号通过耦合电路再经由接收电路连接到AFE芯片U1的27脚，该管脚接收的接收信号RXlineF进入该AFE芯片中进行解码，解码后的信号通过该芯片U1的20脚与通信控制电路的微控制器的ADC端口中的18脚连接，传递解码后的信号ADCINA1，并由该微控制器进行数据采样；同时，该芯片U1还负责来自于SPI总线传递的OFDM载波信号译码，并通过其42脚与发送电路连接，用于传递发送信号TXlineF，再经由耦合电路发送到电力线上。
如图5所示，发送电路包括调整电阻R7、偏置电路、整流电路、发送单阶谐振电路和发送谐振电路。偏置电路包括电阻R6和电阻R8。整流电路包括肖特基二极管V6和肖特基二极管V7。发送单阶谐振电路包括电感L14和电容C61。发送谐振电路包括电感L5和电容C13。
电容C13的一端与耦合电路中耦合变压器T1的6脚连接，用于接收电力线发送信号TXLine，其另一端通过电感L5串联电容C61接地；电感L14与电容C61并联相接；肖特基二极管V7与电感L14并联相接，该肖特基二极管的阳极接地，其阴极与肖特基二极管V6的阳极连接；肖特基二极管V6的阴极与电源V160连接；电阻R6与肖特基二极管V6并联相接；电阻R8与肖特基二极管V7并联相接；肖特基二极管V6的阳极通过调整电阻R7与模拟前端电路中AFE芯片U1的42脚连接，用于传递发送信号TxLineF。
发送电路的目的是将电能表的数据发送到电力线上。发送电路接收到的模拟信号来自于模拟前端电路的电力线发送信号TXlineF，这一信号通过发送电路再传至耦合电路中传递发送信号TXline的管脚上。调整电阻R7用于调整ADC外部阻抗。电阻R6和电阻R8用于设置发送信号的直流偏置电压，肖特基二极管V6和肖特基二极管V7用于整流，这两组器件不仅完成信号直流偏置点的选择，同时可有效防止因信号幅值过大、发送电流过大等情况烧毁内部PA的状况发生。
如图6所示，通信控制电路包括微控制器和外部存储电路。
微控制器作为本实用新型的主芯片可采用TMS320F系列芯片，优选地采用TI公司型号为TMS320F28PLC83的32位实时控制器，其具有C28x Piccolo内核处理器，模拟信号输入端采用12位ADC，工作频率是80MHz。
微控制器的外部使用一颗15ppm 20MHz晶体。本实用新型的平均传输速率为70kbps，最大速率可达120kbps。
如图7所示，本实用新型的外部存储电路包括数据存储器。该数据存储器可采用一片I2C接口的128Mbits的EEPROM数据存储器。
如图8所示，电源电路可采用美国芯源公司的型号为MP2451DT的DC/DC芯片，其开关频率为2MHz，工作电压是3.3V到36V，输入端耐压为40V，工作电流为600mA，能保证电力线载波发送电路功率需求。此外，该DC/DC芯片采用6-Lead SOT23的小尺寸封装，减少了本实用新型PCB板的布局面积。
电阻R19是该DC/DC芯片的电源使能上拉电阻。电容C12和电阻R16组成该芯片开关频率RC滤波电路。电阻R20和电阻R18是输出电压修正电阻。电容C17是保护器件。二极管D7是肖特基稳压管。电感L1是储能电感。电容C13、电容C14、电容C15组成主芯片电源滤波电容组。发光二极管V2和电阻R34是本实用新型电源电路的电源指示灯电路。
Claims (9)
1.一种基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，包括电力线和电能表，其特征在于，该电路还包括耦合电路、接收电路、发送电路、模拟前端电路、通信控制电路和电源电路；耦合电路将发送电路传来的信号耦合发送至电力线上，同时接收由电力线传来的载波调制信号，并将该载波调制信号传至接收电路；接收电路将接收到的信号进行信号处理后发至模拟前端电路；模拟前端电路将信号传至通信控制电路；通信控制电路将接收到的信号传至电能表，同时将电能表发出的数据信号传至模拟前端电路；模拟前端电路再将信号传至发送电路；发送电路将模拟前端电路传来的载波信号传至耦合电路；电源电路给上述五个功能电路供电。
2.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述耦合电路与电力线进行阻抗匹配。
3.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述接收电路将由所述耦合电路传来的载波差分信号进行信号整形、滤波和钳位处理。
4.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述模拟前端电路的输出端与所述通信控制电路的ADC端口连接，其SPI端口与所述通信控制电路的GPIO端口连接。
5.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述模拟前端电路采用TI公司的型号为AFE031的模拟前端。
6.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述通信控制电路包括微控制器；该微控制器的UART端口与电能表进行数据收发。
7.根据权利要求6所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述微控制器采用TI公司的型号为TMS320F28PLC83的芯片。
8.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述发送电路将所述通信控制电路传来的数据信号进行功率放大。
9.根据权利要求1所述的基于电力线OFDM多载波调制标准的通信电路，其特征在于，所述电源电路包括型号为MP2451DT的DC/DC芯片。
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