CN220292025U - 一种基于载波调制的低压电力线发射装置及主控端设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于载波调制的低压电力线发射装置及主控端设备，为解决现有技术中存在的，现有设备空间条件及成本要求的限制，不改变原系统结构、不增加信号线缆的前提下，实现信号传输，本实用新型提供的技术方案为：基于载波调制的低压电力线发射装置，所述装置包括：微控制器、串口通信单元、电源管理单元、载波调制单元和载波耦合单元；所述微控制器用于为所述装置中其他单元提供驱动信号；所述串口通信单元用于连接用户设备的主控端；所述电源管理单元用于为所述装置提供电能；所述载波调制单元用于为所述发射装置提供调制信号；所述载波耦合单元用于将所述调制信号发送至系统电源线。适合应用于主控端。
Description
技术领域
涉及电力线通信技术领域，具体涉及低压电力线载波信号发射。
背景技术
在工业数字化不断发展的今天，传统的工控设备面临着数字化升级改造的问题。由于现有系统设备空间条件及成本要求的限制，在许多工业数采监控场景下，需要在不改变原系统结构、不增加信号线缆的前提下实现数据从主控到远程传感器节点的数据传输。这时的数据传输媒介只能是原系统电源线。电源线作为数据传输的媒介，不仅需要满足数据传输的要求，还需要满足给设备供电的要求。因此，电源线上的数据通信可靠性要求较高。在工业场景下，设备所处环境复杂，需要克服振动、高温、高压等因素的影响。因此，电源线上的数据传输需要具有强大的抗干扰能力，确保数据的高可靠性和稳定性。为了确保电源线上的数据传输的可靠性，需要采取一些措施。首先，需要选择适合工业场景的电源线。工业场景中往往存在大量的电磁干扰源，如电机、变频器等。因此，应选择抗电磁干扰性能较好的电源线。其次，需要采取适当的信号处理方式，如差分传输、屏蔽等。差分传输可以有效地降低噪声干扰，提高信号抗干扰能力；屏蔽可以有效地防止外部电磁干扰对信号的干扰。除了选择适合工业场景的电源线和采取适当的信号处理方式外，还可以采取一些其他技术手段来提高电源线上的数据传输可靠性。例如，采用反相斩波技术可以有效地抑制电磁干扰；采用信号编码和验证技术可以提高数据传输的可靠性和安全性。
在很多工业数采监控场景下，一方面，因为现有系统设备空间条件及成本要求的限制，需要不改变原系统结构、不增加信号线缆的前提下，实现数据从主控到远程传感器节点的数据传输，这时的数据传输媒介只能是原系统电源线，传输受到限制；另一方面，工业场景下的设备所处环境复杂，经常因为振动、高温、高压等因素，影响信号传输的稳定性。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的，因为现有系统设备空间条件及成本要求的限制，需要不改变原系统结构、不增加信号线缆的前提下，实现数据从主控到远程传感器节点的数据传输，这时的数据传输媒介只能是原系统电源线，传输受到限制，还经常因为振动、高温、高压等因素，影响信号传输的稳定性的问题，本实用新型提供的技术方案为：
一种基于载波调制的低压电力线发射装置，所述装置包括：
微控制器、串口通信单元、电源管理单元、载波调制单元和载波耦合单元；
所述微控制器用于为所述装置中其他单元提供驱动信号；
所述串口通信单元用于连接用户设备的主控端；
所述电源管理单元用于为所述装置提供电能；
所述载波调制单元用于为所述发射装置提供调制信号；
所述载波耦合单元用于将所述调制信号发送至系统电源线。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述微控制器采用Cortex-M系列或ARM系列控制器。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述串口通信单元包括接口装置和电平转换装置；
所述接口装置用于将所述主控端通过所述电平转换装置连接所述微控制器；
所述电平转换装置用于将232电平转换为TTL电平。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述接口装置为R232接口装置。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述电源管理单元包括DC-DC装置和电源端口；
所述电源端口用于将系统电源线连接在所述DC-DC装置上；
所述DC-DC装置，用于将所述电源线中的电压降低后输送至所述微控制器。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述载波调制单元包括参考时钟、调制信号源和信号放大装置，
所述调制信号源用于提供调制信号；
所述参考时钟用于为所述调制信号源提供时钟输入；
所述信号放大装置用于放大所述调制信号。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述载波耦合单元包括隔直装置、隔离耦合器和阻抗匹配装置，
所述隔直装置用于隔离所述电源线上的直流电源，所述隔离耦合器用于隔离系统直流电源，所述阻抗匹配装置用于将所述发射装置的阻抗与所述电源线的阻抗相匹配。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述装置还包括：储存单元；
所述储存单元用于储存通信设定信息。
进一步，提供一个优选实施方式，
所述储存单元通过EEPROM非易失性存储器实现。
主控端设备，应用于工控场景，
所述设备包括所述的发射装置。
与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案的有益之处在于：
本实用新型提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，为工控场景下主控端设备提供了发射装置；
本实用新型提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，可以在不改变原系统结构的条件下，借助系统电源线实现数据从主控到远程传感器节点的数据传输，不仅节约了原设备为实现数字化升级的改造成本，而且借助载波调制机制极大的提高了复杂工控场景下通信的可靠性，具有很强的实用性和推广价值。
本实用新型提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，适合应用于主控端，不仅可以简化安装作业，借助系统电源线直接进行数据传输，还有利于提高数据通信的可靠性。
附图说明
图1为实施方式一提到的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的连接原理框图；
图2为实施方式一提到的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的电气原理框图。
具体实施方式
为使本实用新型提供的技术方案的优点和有益之处体现得更具体，现结合附图对本实用新型提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：
实施方式一、本实施方式提供了一种基于载波调制的低压电力线发射装置，所述装置包括：
微控制器、串口通信单元、电源管理单元、载波调制单元和载波耦合单元；
所述微控制器用于为所述装置中其他单元提供驱动信号；
所述串口通信单元用于连接用户设备的主控端；
所述电源管理单元用于为所述装置提供电能；
所述载波调制单元用于为所述发射装置提供调制信号；
所述载波耦合单元用于将所述调制信号发送至系统电源线。
具体的：
根据图1和图2所示，
装置包括微控制器、串口通信单元、电源管理单元、存储单元、人机交互单元、载波调制单元和载波耦合单元。
所述微控制器分别连接串口通信单元、电源管理单元、存储单元、人机交互单元、载波调制单元，所述载波调制单元连接载波耦合单元。
所述微控制器选择低功耗、高性能功耗比、接口丰富的MCU，如Cortex-M系列ARM微控制器。
所述串口通信单元包括RS232接口装置和电平转换装置，所述RS232接口装置连接电平转换装置，所述电平转换装置连接微控制器，接入微控制器的UART端口；所述RS232接口装置采用满足DB9标准的接口线，用于连接用户设备的主控端；所述电平转换装置选择TTL-232电平转换芯片，用于实现232电平到TTL电平的转换。
所述电源管理单元包括电源端口和DC-DC装置，所述电源端口连接DC-DC装置，所述DC-DC装置连接微控制器，接入微控制器的GPIO端口；电源端口对外连接系统电源线，系统电源线可输入的电压范围是12～36V，经DC-DC装置转换为3.3V、1.8V等多组电压，为本实用新型装置提供工作电源。
所述存储单元包括EEPROM非易失性存储器，所述EEPROM连接微控制器，接入微控制器的I2C端口，用于存储通信设定信息(如波特率、校验位、停止位等)。
所述人机交互单元包括LED指示灯和按键，所述LED指示灯和按键均连接微控制器，接入微控制器的GPIO端口，LED指示灯用于指示装置工作状态；按键用于打开/关闭/复位装置电源。
所述载波调制单元包括参考时钟、激励信号源、信号放大装置和开关控制装置，所述参考时钟连接激励信号源，所述激励信号源连接信号放大装置，所述信号放大装置连接开关控制装置，所述开关控制装置连接微控制器，接入微控制器的GPIO端口；参考时钟采用高基频的有源晶振，用于为激励信号源提供时钟输入；信号放大装置采用低输入失调、高带宽的运算放大器(如AD8574、AD8630等)对激励信号进行100倍放大；开关控制装置采用模拟开关，由微控制器控制实现载波的导通和关闭。
所述载波耦合单元包括隔直装置、隔离耦合器和阻抗匹配装置，所述隔直装置连接隔离耦合器，所述隔离耦合器连接阻抗匹配装置，所述阻抗匹配装置连接载波调制单元的开关控制装置。隔直装置采用高耐压的陶瓷电容，用于隔离系统电源线上的直流电；隔离耦合器用于隔离系统直流电源，并将调制载波信号发射到系统电源线；阻抗匹配用于本发射装置与系统电源线的阻抗匹配。
优选地，所述激励信号源采用DDS直接数字频率合成器。所述隔离耦合器采用1:1的隔离变压器。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述微控制器采用Cortex-M系列或ARM系列控制器。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述串口通信单元包括接口装置和电平转换装置；
所述接口装置用于将所述主控端通过所述电平转换装置连接所述微控制器；
所述电平转换装置用于将232电平转换为TTL电平。
实施方式四、本实施方式是对实施方式三提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述接口装置为R232接口装置。
实施方式五、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述电源管理单元包括DC-DC装置和电源端口；
所述电源端口用于将系统电源线连接在所述DC-DC装置上；
所述DC-DC装置，用于将所述电源线中的电压降低后输送至所述微控制器。
实施方式六、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述载波调制单元包括参考时钟、调制信号源和信号放大装置，
所述调制信号源用于提供调制信号；
所述参考时钟用于为所述调制信号源提供时钟输入；
所述信号放大装置用于放大所述调制信号。
实施方式七、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述载波耦合单元包括隔直装置、隔离耦合器和阻抗匹配装置，
所述隔直装置用于隔离所述电源线上的直流电源，所述隔离耦合器用于隔离系统直流电源，所述阻抗匹配装置用于将所述发射装置的阻抗与所述电源线的阻抗相匹配。
实施方式八、本实施方式是对实施方式一提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述装置还包括：储存单元；
所述储存单元用于储存通信设定信息。
实施方式九、本实施方式是对实施方式八提供的一种基于载波调制的低压电力线发射装置的进一步限定，
所述储存单元通过EEPROM非易失性存储器实现。
实施方式十、本实施方式提供了主控端设备，应用于工控场景，
所述设备包括实施方式一提供的发射装置。
以上通过几个具体实施方式对本实用新型提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出本实用新型提供的技术方案的优点和有益之处，不过以上所述的几个具体实施方式并不用于作为对本实用新型的限制，任何基于本实用新型的精神和原则范围内的，对本实用新型的合理修改和改进，实施方式的合理组合和等同替换等，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，所述装置包括：
微控制器、串口通信单元、电源管理单元、载波调制单元和载波耦合单元；
所述微控制器用于为所述装置中其他单元提供驱动信号；
所述串口通信单元用于连接用户设备的主控端；
所述电源管理单元用于为所述装置提供电能；
所述载波调制单元用于为所述发射装置提供调制信号；
所述载波耦合单元用于将所述调制信号发送至系统电源线。
2.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述微控制器采用Cortex-M系列或ARM系列控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述串口通信单元包括接口装置和电平转换装置；
所述接口装置用于将所述主控端通过所述电平转换装置连接所述微控制器；
所述电平转换装置用于将232电平转换为TTL电平。
4.根据权利要求3所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述接口装置为R232接口装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述电源管理单元包括DC-DC装置和电源端口；
所述电源端口用于将系统电源线连接在所述DC-DC装置上；
所述DC-DC装置，用于将所述电源线中的电压降低后输送至所述微控制器。
6.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述载波调制单元包括参考时钟、调制信号源和信号放大装置，
所述调制信号源用于提供调制信号；
所述参考时钟用于为所述调制信号源提供时钟输入；
所述信号放大装置用于放大所述调制信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述载波耦合单元包括隔直装置、隔离耦合器和阻抗匹配装置，
所述隔直装置用于隔离所述电源线上的直流电源，所述隔离耦合器用于隔离系统直流电源，所述阻抗匹配装置用于将所述发射装置的阻抗与所述电源线的阻抗相匹配。
8.根据权利要求1所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述装置还包括：储存单元；
所述储存单元用于储存通信设定信息。
9.根据权利要求8所述的一种基于载波调制的低压电力线发射装置，其特征在于，
所述储存单元通过EEPROM非易失性存储器实现。
10.主控端设备，应用于工控场景，其特征在于，
所述设备包括权利要求1所述的发射装置。
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| CN202321560765.1U CN220292025U (zh) | 2023-06-16 | 2023-06-16 | 一种基于载波调制的低压电力线发射装置及主控端设备 |
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