CN205901735U - 适用于打印机的电力载波通信装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于打印机的电力载波通信装置。本实用新型为了保证装置的通用性，在装置内部设计了控制单元、转接口电路、载波收发电路以及电源电路，在使用时，只需将打印机原有的传输数据线(如USB线、串口传输线)插入到通信模块(即转接口电路)的相应端口即可。为打印机配置该装置后，可以实现电脑发送端以电力载波方式发送的需打印数据文件，通过电力线进行传输，只要保证打印机以及电脑用户在一个供电台区范围内，打印机便可接收打印文件，进行打印。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力通信技术领域，具体是一种将适用于打印机的电力载波通信装置。
背景技术
随着打印机的普及，打印机逐步成为办公设备的标准配置。目前，打印机与电脑的连接方式主要有两类：有线方式和无线方式。其中USB线、网线、并行接口，串口，是最常用的有线方式。一般打印机不具备无线方式打印，需要为打印机新增wifi模块，以确保打印机可以和电脑接入同一无线局域网，实现数据的传递及打印。
利用有线方式连接打印机，其缺点是需要为打印机与电脑之间建立专门的连接线路，且不易实现多台电脑共用一台打印机(在没有配置打印服务器情况下)。而现有一般打印机不具备无线连接功能，不能实现无线打印。
电力线通信(Power Line Communication，简称PLC)是一种利用工频电能传输线路作为传输媒介的通信方式，是电力系统特有的一种通信方式。这种传输方式，最大优势是用于信号传输的介质已经存在，无须再投入大量资金进行基础设施建设，并且通过电力线可以访问连接在它上面的任意通信设备。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提出一种适用于打印机的电力载波通信装置，它能使用低压电力线作为传输媒介又能使用串口、USB接口作为通信方式。
本实用新型是这样实现的：适用于打印机的电力载波通信装置，包括控制单元，在控制单元上分别连接有转接口电路及载波收发电路，控制单元、转接口电路及载波收发电路均与供电模块连接；在载波收发电路上连接有滤波电路，在滤波电路连接有载波耦合电路，载波耦合电路与低压电力线连接。
所述的转接口电路包括串口通信接口传、USB接口及USART端口。具体选择哪种方式，由单片机根据检测到的打印机接口电平自适应调整，提高了端口复用效率。
采用QCA7000作为载波收发电路的传输芯片。提高了打印数据的传输速率，同时也提高了信号传输的抗干扰性。
本实用新型具有如下有益效果：本实用新型为了保证装置的通用性，在装置内部设计了控制单元、转接口电路、载波收发电路以及电源电路，在使用时，只需将打印机原有的传输数据线(如USB线、串口传输线)插入到通信模块(即转接口电路)的相应端口即可。为打印机配置该装置后，可以实现电脑发送端以电力载波方式发送的需打印数据文件，通过电力线进行传输，只要保证打印机以及电脑用户在一个供电台区范围内，打印机便可接收打印文件，进行打印。本实用新型方法简单，成本低廉，使用效果好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的供电模块的电源转换电路；
图3为本实用新型的载波耦合电路的电路图；
图4为本实用新型的载波收发电路的载波发送电路；
图5为本实用新型的载波收发电路的载波接收电路。
具体实施方式
本实用新型的实施例：适用于打印机的电力载波通信装置，包括控制单元1，在控制单元1上分别连接有转接口电路2及载波收发电路3，控制单元1、转接口电路2及载波收发电路3均与供电模块6连接；在载波收发电路3上连接有滤波电路4，在滤波电路4连接有载波耦合电路5，载波耦合电路5与低压电力线7连接。
本实用新型的实施例中：
供电模块6：该部分为整个系统提供工作电源。本装置由交流电源直接供电，通过图2的电源变换电路，得到一个直流5V电源。
在图2中，变压器后是由4个二极管组成一个桥式整流电路，整流后得到一个电压波动很大的直流电源，该电源借助一个330uF/25V的电解电容进行稳压。为了得到一个比较稳定的电压，电源采用了三端稳压器芯片7805作为稳压专用，该三端稳压器是一种集成电路元件，内部由一些三极管和电阻等构成，器件具有当负载电流大时三端稳压器内的电阻自动变小，而当负载电流变小时三端稳压器内的电阻又会自动变大的特性，这样就能保持稳压器的输出电压保持基本不变。三端稳压器后面接一个1uf的105电容，这个电容有滤波和阻尼作用。最后在C2两端接一个输出电源的插针，可用于与其它用电器连接。
控制单元1具有两个功能：
1、协调系统各部分能够按照设计的流程进行工作。
2、协调电力载波模块3与转接口电路2之间数据的通信。
本实施例中，选用STM32F103C8T6作为核心控制芯片。STM32F103C8T是意法半导体(ST-Microelectronics)公司生产的基于超低功耗ARM Cortex-M3处理器内核的32位STM32微控制器，其工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)和程序存储器(容量64K字节的FLASH)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。芯片内包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。
正常情况下，发送端装置周期性的对端口电路进行扫描，一旦检测到通信有数据端口发送请求，则立即进入中断工作模式，并根据事先定义好的通信协议，做好报文解析的前期准备。报文解析完毕后，存入指定的存储芯片中，为后续电力载波的发射做好准备。打印机端的接收装置工作原理同上。
为了保证单片机的存储资源的合理利用，在本实施例中，还通过外扩存储芯片IS62WV51216对接收的数据进行临时存储。存储后的发送数据通过单片机STM32F103C8T的SPI端口，透传至载波收发电路3的QCA7000芯片中，由该芯片将需打印的数据进行调制，调制后的OFDM信号通过载波耦合电路5耦合到电力线上进行传输；打印机8侧的接收装置使用相同的电力载波芯片QCA7000，对接收到的耦合电力信号进行解调，解调后的信号先经过SPI端口传输至控制单元1中，由输出端口判别电路选择经串口或USB端口(具体端口的选择根据打印机端口的配置而定)输入到打印机8中进行打印。
载波收发电路3：
电力载波收发模块是本实用新型的技术核心，本实用新型采用了高通公司生产的QCA7000作为电力载波芯片，组网方案符合宽带载波通信的组网HomePlug GreenPHY标准。由于HomePlug GreenPHY标准中定义的组网、路由和中继算法是一个经过多年市场检验的、成熟的算法，考虑周全而且效率高，因此基于QCA7000构建的电力载波方案具有传输速率高、传输性能稳定的特性。此外，为了更进一步提高系统传输信号的最佳性能，本实用新型基于Homeplug联盟标准和实际工作场景，设计了信号耦合单元，该耦合单元具有在工作频带内、抗衰减能力强、抗高频阻抗变化和抗噪声干扰的能力。
转接口电路2：
实现打印机8与控制单元1的连接。为了使电力载波接收模块中的数据可以顺利送到打印机机8中进行打印，在使用中，设计了串口通信接口传输方式和USB接口两种传输方式，两种传输方式分别对应串口打印机和USB接口打印机。当选用USB口通信模式进行传输时，可直接将单片机STM32F103C8T的USB接口与USB接口芯片FB245BM进行连接，并辅以金属插针线缆实现与打印机的通信。当打印机是串口时，利用PL2303作为端口的转换芯片，该端口芯片同样与控制单元1的单片机STM32F103C8T的USB接口进行连接，并辅以线缆与打印机8端口进行通信。PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。该器件内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART，只需外接几只电容就可实现USB信号与RS232信号的转换，能够方便嵌入到手持设备。该器件作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。来自电脑发送的打印数据可以通过USART进入到控制单元1的单片机STM32F103C8T中，使用USART端口传输数据的好处在于该新型装置可以支持多台电脑使用。
由于低压配电网网络结构复杂、拓扑分支巨多，其信道特性具有阻抗不匹配、时变、频率选择性衰落、噪声干扰强等特点，将宽带电力线载波通信单元运用在具有以上特点的用电信息采集系统通信信道上，所设计的宽带载波耦合装置必须满足传输信号的最佳性能要求，即工作频带内、抗衰减能力强、抗高频阻抗变化和抗噪声干扰能力强。
因此在设计宽带载波耦合电路时，基于Homeplug联盟标准，选取的信号通频带为2～30MHz，中心频率16MHz。低压配电网拓扑结构和负载不定性导致不同频点的线路负载阻抗和线路特性阻抗产生瞬时变化，因而与载波信号发射机的输出阻抗50Ω难以匹配，造成多径衰减，这就要求设计的宽带载波通信单元在工作频带内的工作衰减要小于8dB，带外衰减大于40dB，以降低宽带载波信号对民用广播的辐射影响。为满足高频匹配原则，在通带范围内要求信号的工作衰减曲线平坦且较低。另外，为提高通信单元的抗扰能力，要求设计的耦合装置能隔离与50Hz工频同步的各种噪声干扰。
耦合电路设计的主要原则是能适应低压配电网的开放式网络结构及其复杂多样的网络特性，满足高频宽带信号的传输要求，匹配相位特性及阻抗特性，克服不利的电网网络特性及电力线信道特性，考虑到实际应用的方便性与经济性。
低压电力线宽带载波耦合电路常用电容耦合和电感耦合两种方式，因电感耦合的传输性能较电容耦合方式差，产生的信号耦合衰减较大，所以本文仅设计电容耦合电路。载波信号通过耦合电路注入到电力线上，再通过载波发送电路将信号功率放大，在电力线的另一端利用载波接收电路将有用信号提取出来，为降低信号在电力线路上的损耗，需要改良载波收发电路。
电容耦合电路是以耦合电容为主要元件进行直接耦合的一种耦合装置，它可以将高频信号注入电网，也可以直接从电力线上接收高频信号。电容耦合电路如图3所示，高频Y电容C10的一端连接低压电力线接入点，另一端与耦合变压器T1相连。C10和电阻R2构成一阶高通滤波器，滤除掺杂在载波信号中的低频噪声信号和伪信号，保证有用信号通过，提供尽可能小的衰减和线性幅频、相频特性。设R2和C10组成的RC滤波器截止频率为150KHz，由f0＝1/2πR2C10，计算取C10＝0.0047μF，得到R2＝187Ω。耦合变压器T1隔离强、弱电，同时使信号线平衡。TVS为瞬变抑制二极管，防止电网上的强干扰及电压浪涌，保护电路器件。R1为C10的卸荷电阻，通常取10MΩ。
载波信号发送端电路如图4所示，前级输入的高频载波信号经signal输入到三极管Q1及外围元器件组成的单调谐功率放大器进行选频功率放大，通常可将载波信号的输出功率提高几十倍，然后信号经调谐网络耦合到电力线上。在Q1发射极接入电阻R3可有效防止电路自激，调整C3的值可微调调谐网络的震荡频率。
电路左侧星型二极管稳压电路的作用是抑制火、零线间的差模尖峰信号和火、零线与地线间的共模尖峰信号。对于差模尖峰信号，D2和D3构成一个双向稳压管；对于共模尖峰信号，该星型结构相当于两个双向稳压管，可有效地保护带通滤波网络免受差模、共模干扰。R4和R7是并联谐振网络的隔离电阻，R5模拟电力线输出阻抗，R7模拟耦合电路输出阻抗。R5、R7均取50Ω以满足阻抗匹配。在带通滤波网络右侧，稳压二极管D4、D5构成双向限幅电路，防止信号幅度太大损坏后续信号解码电路。
上述模块之间的电路连接方式为本领域技术人员的公知手段，此处就不再赘述。
当然，以上只是本实用新型的具体应用范例，本实用新型还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型所要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种适用于打印机的电力载波通信装置，包括控制单元(1)，其特征在于：在控制单元(1)上分别连接有转接口电路(2)及载波收发电路(3)，控制单元(1)、转接口电路(2)及载波收发电路(3)均与供电模块(6)连接；在载波收发电路(3)上连接有滤波电路(4)，在滤波电路(4)连接有载波耦合电路(5)，载波耦合电路(5)与低压电力线(7)连接。
2.根据权利要求1所述的适用于打印机的电力载波通信装置，其特征在于：所述的转接口电路(2)包括串口通信接口传、USB接口及USART端口。
3.根据权利要求1所述的适用于打印机的电力载波通信装置，其特征在于：采用QCA7000作为载波收发电路(2)的传输芯片。
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| CN106100701A (zh) * | 2016-08-10 | 2016-11-09 | 贵州大学 | 适用于打印机的电力载波通信装置 |
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