CN218549914U

CN218549914U - 一种特征信号产生电路及其装置

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Publication number: CN218549914U
Application number: CN202223219682.4U
Authority: CN
Inventors: 王调建; 王淼; 喻博; 张维
Original assignee: Hunan Silingke Information Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Silingke Information Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2032-12-02

Abstract

本实用新型公开了一种特征信号产生电路及其装置，电力线载波收发控制电路包括微处理器单元、发送功率模块、接收滤波模块以及载波信号耦合模块；特征信号生成电路包括依次连接的输入保护模块、整流滤波模块以及稳压模块，且输入保护模块与电力线连接；还包括电压比较模块、光耦隔离模块以及特征信号生成模块；电源电路用于为微处理器单元与光耦隔离模块提供电源；本方案的光耦隔离模块通过将电压比较模块的计较结果与微处理器单元其PWM波输出端的输出高低点位相结合进而控制MOS管的通断，从而实现了特征信号生成电路产生特征电流信号；从而能够提升接收设备的载波信号识别准确性，提高了抗干扰能力。

Description

一种特征信号产生电路及其装置

技术领域

本实用新型涉及电力线载波通信的技术领域，具体为一种特征信号产生电路及其装置。

背景技术

电力载波通信，是利用电力线传输数据和语音信号的一种通信方式。随着国家智能电网的逐步建立，低压电力线载波通信技术在电能及各种能源计量领域得到了深入地应用，未来电网必然是用电、计费、通信于一体化的自动化系统，由于载波通信利用电力线本身作为传输信道，使得其作为通信手段具有无可比拟的优势，并且电力线载波通信在家用电器自动化控制等领域的应用范围和前景将会十分广泛，因此，电力线载波通信具有巨大的经济效益和显著的社会效益。

由于电力线是非专用通信线路，存在着各种干扰，使得载波通信模块的通信环境较为复杂，在实际环境中影响了其信号的传输。

发明内容

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够提高载波信号识别准确性的特征信号产生电路及其装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种特征信号产生电路，包括电力线载波收发控制电路、特征信号生成电路以及电源电路；

所述电力线载波收发控制电路包括微处理器单元、发送功率模块、接收滤波模块以及载波信号耦合模块,所述发送功率模块与接收滤波模块连接于微处理器单元和载波信号耦合模块之间，所述载波信号耦合模块与电力线连接；

所述特征信号生成电路包括依次连接的输入保护模块、整流滤波模块以及稳压模块，且输入保护模块与电力线连接；还包括电压比较模块、光耦隔离模块以及特征信号生成模块；所述电压比较模块分别与整流滤波模块、稳压模块相连，该电压比较模块用于对整流滤波模块与稳压模块进行电压比较；所述特征信号生成模块与整流滤波模块相连，所述微处理器单元通过光耦隔离模块控制特征信号生成模块，且电压比较模块与光耦隔离模块相连，该特征信号生成模块用于控制电力线生成特定信号；

所述电源电路用于为微处理器单元与光耦隔离模块提供电源。

更进一步的，所述输入保护模块包括压敏电阻RV1与保险丝F1，所述压敏电阻RV1的两端分别连接于电力线设置的火线输入端以及零线输入端，且保险丝F1串联在火线输入端上。

更进一步的，所述整流滤波模块包括整流桥以及滤波电容C69，所述整流桥的输入端分别连接于保险丝F1以及零线输入端，且整流桥输出端与滤波电容C69相并联；所述整流桥为由二极管V34、V35、V36、V37构成的桥式整流管。

更进一步的，所述稳压模块包括依次连接的电阻R102、R120、R113以及稳压二极管V38，所述电阻R102与整流桥其输出端的正极相连，所述稳压二极管V38的负极与电阻R113相连，且稳压二极管V38的正极与整流桥其输出端的负极相连；所述稳压二极管V38的两端并联有电容C65、C66,所述稳压二极管V38的负极与22V电源正极相连。

更进一步的，所述电压比较模块包括依次连接的电阻R106、电阻R107、电阻R108以及电阻R109，所述电阻R106与整流桥其输出端的正极相连，所述电阻R109与整流桥其输出端的负极相连；所述电压比较模块还包括MOS管V122、电阻R110、电阻R117、电阻R118以及三极管V20，所述MOS管V122的S极连接于电阻R108和电阻R109之间，所述MOS管V122的G极通过电阻R110与22V电源正极相连，所述MOS管V122的D极通过电阻R117与整流桥其输出端的负极相连，所述MOS管V122的D极通过电阻R118与三极管V20的B极相连，且三极管V20的E极连接于整流桥其输出端的负极；

其中，MOS管V122为PMOS管,三极管V20为NPN型三极管。

更进一步的，所述特征信号生成模块包括由电阻R101、电阻R119、电阻R100构成的分压电路以及MOS管V33，所述MOS管V33的D极通过分压电路与整流桥其输出端的正极相连，且MOS管V33的S极与整流桥其输出端的负极相连；所述分压电路的两端并联有由电阻R104、电容C67以及二极管V39构成的RCD尖峰脉冲吸收电路，所述电阻R104与电容C67并联后与二极管V39串联，且电阻R104与电容C67并联的一端与二极管V39的负极相连；

其中，MOS管V33为NMOS管。

更进一步的，所述光耦隔离模块包括光耦合器D9、三极管Q3与双向稳压管V8，所述光耦合器D9其输入端的正极通过电阻R114与3.3V电源正极相连，所述光耦合器D9其输入端的负极与三极管Q3的E极相连，所述三极管Q3的C极与整流桥其输出端的负极相连，所述微处理器单元的PWM波输出端通过电阻R98与三极管Q3的B极相连；

所述光耦合器D9其输出端的正极分别连接于22V电源的正极以及三极管V20的C极，且光耦合器D9其输出端的正极与22V电源正极之间串联有电阻R115；所述光耦合器D9其输出端的负极通过电阻R105与MOS管V33的G极相连，所述光耦合器D9其输出端的负极通过电阻R116与整流桥其输出端的负极相连，所述双向稳压管V8的两端分别连接于MOS管V33的G极以及整流桥其输出端的负极；

其中，三极管Q3为PNP型三极管。

更进一步的，所述电源电路包括DC-DC电源模块、超级电容模块以及升压模块；所述DC-DC电源模块的输入端与整流滤波模块的输出端相连，该DC-DC电源模块用于为微处理器单元以及光耦隔离模块提供3.3V电源，所述超级电容模块与DC-DC电源模块的输出端相连，所述超级电容模块通过升压电路与DC-DC电源模块的输入端相连接。

本实用新型还提供了一种特征信号产生装置，包括上述任一项所述的特征信号产生。

采用上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，其具有的有益效果是：

本方案的光耦隔离模块通过将电压比较模块的计较结果与微处理器单元其PWM波输出端的输出高低点位相结合进而控制MOS管V33的通断，从而实现了特征信号生成电路产生特征电流信号；利用特征电流信号实现主控设备与接受设备的自动识别，以及分支开关运行状态在线监测；同时，使得能够确定了特征电流信号与接收设备之间的唯一性对应归属关系，从而能够提升接收设备的载波信号识别准确性，提高了抗干扰能力。

在本方案中，特征电流信号产生的有效值和频率可以利用微处理器单元输出的PWM信号驱动特征信号生成模块进行调节；其中，PWM信号的频率可调节，占空比可调节，在一个周期内特征电流信号的占空比时间，由PWM控制信号的低电平时间决定，特征电流信号的低电平占空比越大；在一个周期内所产生的特征电流时间越长，同时，反应到实际所产生的特征电流有效值也越大。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型特征信号产生电路的结构示意图。

图2为本实用新型电压比较模块的电路原理图。

图3为本实用新型光耦隔离模块与特征信号生成模块的电路原理图。

图4为本实用新型输入保护模块、整流滤波模块以及稳压模块的电路原理图。

图5为本实用新型整流滤波模块其输出端的输出波形。

图6为本实用新型整流滤波模块其输出端在开启特征信号生成电路情况下的输出波形。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图6之一所示，本方案提供了一种特征信号产生电路，包括电力线载波收发控制电路、特征信号生成电路以及电源电路；

参见图1所示，电力线载波收发控制电路包括微处理器单元、发送功率模块、接收滤波模块以及载波信号耦合模块,发送功率模块与接收滤波模块连接于微处理器单元和载波信号耦合模块之间，载波信号耦合模块与电力线连接；

其中，微处理器单元用于对数据进行调制和解调等处理，发送功率模块用于对经由微处理器单元输出的调制载波信号进行功率放大，接收滤波模块用于将宽带内的载波信号耦合到微处理器单元内；载波信号耦合模块用于隔离强弱电，其中，强电为电力线，弱电为模块上面的电平，并且，允许载波信号传输；从而实现电力线载波通信。

其中，微处理器单元采用思凌科的SLC9203宽带电力线载波芯片。

参见图2-4所示，特征信号生成电路包括依次连接的输入保护模块、整流滤波模块以及稳压模块，且输入保护模块与电力线连接；还包括电压比较模块、光耦隔离模块以及特征信号生成模块；电压比较模块分别与整流滤波模块、稳压模块相连，该电压比较模块用于对整流滤波模块与稳压模块进行电压比较；特征信号生成模块与整流滤波模块相连，微处理器单元通过光耦隔离模块控制特征信号生成模块，且电压比较模块与光耦隔离模块相连，该特征信号生成模块用于控制电力线生成特定信号。

特征信号生成电路利用光耦隔离模块并结合电压比较模块的对比结果控制特征信号生成模块生产特征电流信号，从而使得电力线上生成特征信号；

首先主控设备将特征电流信号叠加在电力线的载波信号中传输，然后接收设备对电力线的供电回路进行电流取样，最后通过I/V转换、高通滤波、模数转换、特定频率能量提取和特定频率能量变化特征解析的方式解析特征电流信号中携带的通信数据，能够有效的实现基于电流载波的电力线载波通信，从而能够提升电力线载波通信的短距离通信效果。其次，本方案通过特定频率与有效值的特征电流信号和电力线载波信号叠加的方式传输通信数据，即能够通过电流载波信号实现通信数据传输；电流载波信号只有同分支及以上层级才会传输，使得不在同一线路上的两个设备也很难接收到对方的特征电流信号；从而能够进一步提升电力线载波通信的短距离通信效果。

特征信号生成电路所产生的特征电流信号刚好可以用N位二进制数表示，并且每一种频率的特征电流信号能够携带相应最多的比特数，利用特征电流信号所携带的二进制信息进行目标设备识别，接收设备通过接收特征电流信号来向获取特征电流信号所携带的二进制信息(例如ID编号等)，使得能够有效的确定特征电流信号与接收设备之间的唯一性对应归属关系，从而能够提升接收设备的载波信号识别准确性，提高了抗干扰能力。

特征电流信号产生的有效值和频率可以利用微处理器单元输出的PWM信号驱动特征信号生成模块进行调节；其中，PWM信号的频率可调节，占空比可调节，在一个周期内特征电流信号的占空比时间，由PWM控制信号的低电平时间决定，特征电流信号的低电平占空比越大；在一个周期内所产生的特征电流时间越长，同时，反应到实际所产生的特征电流有效值也越大。

参照图2-4所示，特征信号生成电路其具体的电路结构图如下：

参见图4所示，输入保护模块包括压敏电阻RV1与保险丝F1，压敏电阻RV1的两端分别连接于电力线设置的火线输入端以及零线输入端，且保险丝F1串联在火线输入端上；其中，保险丝F1为1A，利用保险丝F1的熔断实现了特征信号生成电路的过流保护，电阻RV1为压敏电阻，实现特征信号产生电路其输入端的浪涌保护。

同时，整流滤波模块包括整流桥以及滤波电容C69，整流桥的输入端分别连接于保险丝F1以及零线输入端，且整流桥输出端与滤波电容C69相并联；整流桥为由二极管V34、V35、V36、V37构成的桥式整流管。

其中，由二极管V34、V35、V36、V37构成的整流桥电路为高效率全波桥式整流；与整流桥其输出端并联的滤波电容C69根据具体情况进行确定数值，使得全波整流后最低电压高于22V，以便于后续稳压电路能稳定工作；同时，在保证最大输出电压和适当的有效电流产生的前提下，不至于特征信号产生电路的功耗过大，整流滤波后的波形如图5所示；

其峰值电压由公式Urm＝√2U_i进行计算；

另外，稳压模块包括依次连接的电阻R102、R120、R113以及稳压二极管V38，电阻R102与整流桥其输出端的正极相连，稳压二极管V38的负极与电阻R113相连，且稳压二极管V38的正极与整流桥其输出端的负极相连；稳压二极管V38的两端并联有电容C65、C66,稳压二极管V38的负极与22V电源正极相连。

其中，利用电阻R102、R120、R113进行分压，使得电阻R113与稳压二极管V38之间的电位值为22V；并且利用稳压二极管V38进行稳压，稳压模块恒定输出22V电源。

参见图2所示，电压比较模块包括依次连接的电阻R106、电阻R107、电阻R108以及电阻R109，电阻R106与整流桥其输出端的正极相连，电阻R109与整流桥其输出端的负极相连；电压比较模块还包括MOS管V122、电阻R110、电阻R117、电阻R118以及三极管V20，MOS管V122的S极连接于电阻R108和电阻R109之间，MOS管V122的G极通过电阻R110与22V电源正极相连，MOS管V122的D极通过电阻R117与整流桥其输出端的负极相连，MOS管V122的D极通过电阻R118与三极管V20的B极相连，且三极管V20的E极连接于整流桥其输出端的负极；其中，三极管V20的C极为电位点Protect；

电压比较模块利用电阻R106、R107、R108以及R109组成分压电路，得到分压电压V1，将分压电压V1与稳压电路的22V电源正极进行比较；当V1小于VCC22时，电位点Protect为高电平，电压比较模块不进行比较，当V1大于VCC22时，电位点Protect为低电平，电压比较模块开始工作，进行特征电流信号产生时，电位点V2与电位点Protect相同，其电位值为低电平，发送开关MOS管无法正常开启，此时电流信号无法产生；

其中，MOS管V122为PMOS管,三极管V20为NPN型三极管。

参见图3所示，特征信号生成模块包括由电阻R101、电阻R119、电阻R100构成的分压电路以及MOS管V33，MOS管V33的D极通过分压电路与整流桥其输出端的正极相连，且MOS管V33的S极与整流桥其输出端的负极相连；分压电路的两端并联有由电阻R104、电容C67以及二极管V39构成的RCD尖峰脉冲吸收电路，电阻R104与电容C67并联后与二极管V39串联，且电阻R104与电容C67并联的一端与二极管V39的负极相连；

其中，MOS管V33为NMOS管，MOS管V33为控制特征电流产生和停止的功率MOS管。

利用电阻R100、R101、R119为产生电流的分压发热电路，并且通过调节电阻R100、R101、R119这3个电阻发热器的阻值可以改变特征电流的幅值；同时，由电阻R104、电容C67以及二极管V39构成的RCD尖峰脉冲吸收电路；当功率MOS管V33关断时，二极管V39将会导通，并对电容C67进行充电，电容C67的作用就是把加到功率MOS管V33漏、源两端的尖峰电压加以吸收，防止功率功率MOS管V33被尖峰脉冲电压击穿；而电阻R104的作用是把电容C67吸收的尖峰脉冲电压产生的积累电荷泄放掉，为下一次尖峰脉冲吸收做好准备。

参见图3所示，光耦隔离模块包括光耦合器D9、三极管Q3与双向稳压管V8，光耦合器D9其输入端的正极通过电阻R114与3.3V电源正极相连，光耦合器D9其输入端的负极与三极管Q3的E极相连，三极管Q3的C极与整流桥其输出端的负极相连，微处理器单元的PWM波输出端通过电阻R98与三极管Q3的B极相连；

光耦合器D9其输出端的正极分别连接于22V电源的正极以及三极管V20的C极，且光耦合器D9其输出端的正极与22V电源正极之间串联有电阻R115；光耦合器D9其输出端的负极通过电阻R105与MOS管V33的G极相连，光耦合器D9其输出端的负极通过电阻R116与整流桥其输出端的负极相连，双向稳压管V8的两端分别连接于MOS管V33的G极以及整流桥其输出端的负极，双向稳压管V8为功率MOS管V33的G极保护器件，防止MOS管V33的G极处电压过高；

另外，三极管Q3为PNP型三极管。

微处理器单元的PWM波输出端通过电阻R98控制三极管Q3进行开启与关断，从而控制光耦合器D9其输入端导通与关闭，进而驱动光耦合器D9其输出端导通与关闭；同时，电位点Protect与光耦合器D9其输出端的正极相连。因此，光耦隔离模块通过将电压比较模块的计较结果与微处理器单元其PWM波输出端的输出高低点位相结合进而控制MOS管V33的通断，从而实现了特征信号生成电路产生特征电流信号，叠加特征电流信号后的波形如图6所示；

参见图1所示，电源电路用于为微处理器单元与光耦隔离模块提供电源；电源电路包括DC-DC电源模块、超级电容模块以及升压模块；DC-DC电源模块的输入端与整流滤波模块的输出端相连，该DC-DC电源模块用于为微处理器单元以及光耦隔离模块提供3.3V电源，超级电容模块与DC-DC电源模块的输出端相连，超级电容模块通过升压电路与DC-DC电源模块的输入端相连接。

电源电路的DC-DC电源模块的输入端与整流滤波模块的输出端相连，将整流滤波模块其输出端的电压通过DC-DC电源模块的降压转换，从而生成3.3V电源，为微处理器单元以及光耦隔离模块通过3.3V电源；同时，在电源电路正常供电时，微处理器单元控制DC-DC电源模块对超级电容进行电压3.3V充电；当DC-DC电源模块其输入端的电压掉电时，超级电容模块通过升压电路给DC-DC电源模块进行提供电源；其中，超级电容模块的供电时间为20-90S。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种特征信号产生电路，其特征在于：包括电力线载波收发控制电路、特征信号生成电路以及电源电路；

2.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述输入保护模块包括压敏电阻RV1与保险丝F1，所述压敏电阻RV1的两端分别连接于电力线设置的火线输入端以及零线输入端，且保险丝F1串联在火线输入端上。

3.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述整流滤波模块包括整流桥以及滤波电容C69，所述整流桥的输入端分别连接于保险丝F1以及零线输入端，且整流桥输出端与滤波电容C69相并联；所述整流桥为由二极管V34、V35、V36、V37构成的桥式整流管。

4.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述稳压模块包括依次连接的电阻R102、R120、R113以及稳压二极管V38，所述电阻R102与整流桥其输出端的正极相连，所述稳压二极管V38的负极与电阻R113相连，且稳压二极管V38的正极与整流桥其输出端的负极相连；所述稳压二极管V38的两端并联有电容C65、C66,所述稳压二极管V38的负极与22V电源正极相连。

5.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述电压比较模块包括依次连接的电阻R106、电阻R107、电阻R108以及电阻R109，所述电阻R106与整流桥其输出端的正极相连，所述电阻R109与整流桥其输出端的负极相连；所述电压比较模块还包括MOS管V122、电阻R110、电阻R117、电阻R118以及三极管V20，所述MOS管V122的S极连接于电阻R108和电阻R109之间，所述MOS管V122的G极通过电阻R110与22V电源正极相连，所述MOS管V122的D极通过电阻R117与整流桥其输出端的负极相连，所述MOS管V122的D极通过电阻R118与三极管V20的B极相连，且三极管V20的E极连接于整流桥其输出端的负极；

其中，MOS管V122为PMOS管,三极管V20为NPN型三极管。

6.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述特征信号生成模块包括由电阻R101、电阻R119、电阻R100构成的分压电路以及MOS管V33，所述MOS管V33的D极通过分压电路与整流桥其输出端的正极相连，且MOS管V33的S极与整流桥其输出端的负极相连；所述分压电路的两端并联有由电阻R104、电容C67以及二极管V39构成的RCD尖峰脉冲吸收电路，所述电阻R104与电容C67并联后与二极管V39串联，且电阻R104与电容C67并联的一端与二极管V39的负极相连；

其中，MOS管V33为NMOS管。

7.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述光耦隔离模块包括光耦合器D9、三极管Q3与双向稳压管V8，所述光耦合器D9其输入端的正极通过电阻R114与3.3V电源正极相连，所述光耦合器D9其输入端的负极与三极管Q3的E极相连，所述三极管Q3的C极与整流桥其输出端的负极相连，所述微处理器单元的PWM波输出端通过电阻R98与三极管Q3的B极相连；

其中，三极管Q3为PNP型三极管。

8.根据权利要求1所述的一种特征信号产生电路，其特征在于：所述电源电路包括DC-DC电源模块、超级电容模块以及升压模块；所述DC-DC电源模块的输入端与整流滤波模块的输出端相连，该DC-DC电源模块用于为微处理器单元以及光耦隔离模块提供3.3V电源，所述超级电容模块与DC-DC电源模块的输出端相连，所述超级电容模块通过升压电路与DC-DC电源模块的输入端相连接。

9.一种特征信号产生装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的特征信号生成电路。