专利名称：低压电力线载波通信模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低压电力线载波通信模块。
背景技术：
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未来的家用电器自动化控制等领域的应用范围和前景都将会十分广泛，因此其具有巨大的经济效益和显著的社会效益，然而，中国电网存在诸多不利于低压电力线载波通信技术发展的因素，例如其电网谐波干扰严重、无电器噪声限制的强制标准、低压配电网的分支多、其复杂的拓扑结构导致了网络阻抗时变及非线性，在如此恶劣的电网环境下，实现低压电力载波通讯技术的关键在于解决电力线网络的阻抗匹配、电力线信号衰减、 噪声及干扰等问题。现有电力线载波通信方案，通信频率有120kHz、132kHz、270kHz、421kHz 等等，但是，在一些地区IOOkHz以上电力线载波通信存在很大的衰减，现有载波通信频率也会产生较大电力线干扰，导致部分家用设备无法工作(例如家用变频空调等设备)。现有载波电路方案MAC层和PHY集成在一颗SoC芯片上，电路PCB数字和模拟的布局直接导致电路接收和发送效果的好坏，电路设计难度较大。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种抗干扰能力强、传输距离远、自动载波中继通信、 能实现基于电力线通信网络的电子终端设备之间可靠数据传输的低压电力线载波通信模块。本实用新型提供的这种低压电力线载波通信模块，包括串口通信电路、载波控制电路、载波模拟前端电路、载波接收发送调制电路、过零检测电路以及载波信号耦合电路， 其特征在于所述载波控制电路与载波模拟前端电路分开，载波控制电路主要由一片通用单片机组成，连接于串口通信电路和载波模拟前端电路之间，所述载波模拟前端电路连接于载波控制电路SPi接口和载波接收发送调制电路之间，所述载波接收发送调制电路采用 76. SkHz载波频点设计，连接于载波模拟前端电路和载波信号耦合电路之间，选取载波频率为76. SkHz进行载波通信，载波信号耦合电路采用76. 8士 16KHz载波信号阻抗匹配谐振耦合电路，过零检测电路连接于电力线和载波模拟前端电路之间。所述通用单片机型号为uPD78F05^A。本模块使用的频率源为12MHz士20ppm晶振。本实用新型考虑到在较低的频段，低压电力线往往呈现较低的阻抗特性等不确定因素，选取载波频率为76. SkHz进行载波通信。由于采用76. SkHz载波谐振点设计，适用于电力线阻抗低、电流大的集中供电地区，使用的76. SkHz载波频点通信既可以避免50Hz谐波干扰，又可以避免载波通信的同频干扰。同时载波模拟前端电路和载波控制数字电路分
3开，容易实现单点接地，最大程度的避免信号相互干扰，同时，当电能表采用一体化设备时， 载波控制电路可以与电能表处理器合为一体，减少器件数量，降低成本，也保证设备的可靠性。本实用新型的优点是体积小，结构简单，使用方便，能实现基于电力线通信网络的电子终端设备之间可靠的数据传输，具备通信中继能力，可自动实现载波节点侦听、主动上报等网络功能，且其抗干扰能力强、传输距离远。
图1是本实用新型低压电力线载波通信模块框图。图2是图1中载波信号耦合电路。图3是图1中载波接收发送调制电路。图4是图1中载波控制电路的电路图。图5是图1中载波模拟前端电路。图6是图1中过零检测电路图。
具体实施方式
从图1可以看出本实用新型包括串口通信电路、载波控制电路、载波模拟前端电路、载波接收发送调制电路、过零检测电路以及载波信号耦合电路。其中串口通信电路的一端与载波控制电路连接，其另一端与电能表连接，载波控制电路主要部件为一片 UPD78F0526A通用单片机，连接于串口通信电路和载波模拟前端电路之间，所述载波模拟前端电路连接于载波控制电路SPi接口和载波接收发送调制电路之间，所述载波接收发送调制电路采用76. SkHz载波频点设计，连接于载波模拟前端电路和载波信号耦合电路之间， 过零检测电路连接于220v电力线和载波模拟前端电路之间，所述载波信号耦合电路采用 76. 8士 16KHz载波信号阻抗匹配谐振耦合电路，该模块使用的频率源为12MHz士20ppm晶振。从图2所示的载波信号耦合电路可以看出，电力线载波耦合线圈匝数比为 13:19:19，其中13:19线圈为76. SkHz电力线载波信号耦合电路，19 13线圈用于抑制发送瞬间外界76. SkHz频带干扰的EMi信号输出电路。Tl用于电力线耦合载波信号，Ll和C19组成初级220v谐振电路，选择将76. SkHz 载波信号耦合到线圈次级，V6器件用于防止电路遭到电力线雷击和浪涌冲击的破坏。从图3所示的载波接收发送调制电路可以看出，接收发送调制电路，包含载波LC 谐振电路，发送差分电路上采用47nF和IOOuH(器件L3和C14)，接收差分电路上采用IOnF 和470uH (器件C17和L2)，还有，EMi电磁干扰抑制电路上采用IOuH和470nF (器件L5和 C27),三组LC谐振电路，谐振点为76. 8kHz，完成电力线阻抗匹配，最大限度减少器件误差干扰。该载波接收发送调试电路的最小输入信号信噪比可达_16dB，功率发送电路DPA效率至少为60%，输出功率可到0. 4ff(il00hm电力线负载时)。最大输出电平值可达116. IldBuV, 抗衰减能力测试82dB时，通信成功率可达91%。从图4所示的载波模拟前端电路可以看出，电力线载波模拟前端电路主要采用一片iME200芯片，连接载波接收发送调试电路与载波控制芯片之间，该芯片是一个可工作于码分多址方式的半双工调制解调，并且提供载波侦听和有效帧指示信号，可以方便地实现共享信道的网络接入协议，同时，载波模拟前端电路LNA对开关电源、日光灯镇流器、变频空调等多种对电力线通信影响最大的用电器作了优化设计。载波前端电路主要功能是对输入的简单调制差分载波信号进行数字滤波、自动增益调节、AD采样等等，通过SPi接口输出到载波控制电路中，同时，该芯片还具有载波发送功能，能够接收来自于载波控制电路的数据，对数据进行DA转换、发送功率PA控制，从而将 FSK模拟信号发出。在载波模拟前端线路中，为了减少电路系统的静态功耗，只有在载波发送时，电路设计上加入电源控制电路，才给载波模拟前端电路加电。从图5所示载波控制电路可以看出，载波控制电路主要部件为一片UPD78F0526A 通用单片机，连接于串口通信电路和载波模拟前端电路之间。完成载波数据PHY层和MAC 层数据管理、数据帧协议转换、底层数据校验传输等功能，从而在载波通道中建立起可靠的数据通讯。从图6所示的过零检测电路可以看出，过零检测电路采用四个24k士 1%精密电阻， 一个IOOk电阻，强电侧使用1N4148 二极管电路搭建，采用普通光耦器件，采集50Hz电力线过零信号，从而同步FSK载波信号的发送和接收。
权利要求1.一种低压电力线载波通信模块，包括串口通信电路、载波控制电路、载波模拟前端电路、载波接收发送调制电路、过零检测电路以及载波信号耦合电路，其特征在于所述载波控制电路与载波模拟前端电路分开，载波控制电路主要由一片通用单片机组成，连接于串口通信电路和载波模拟前端电路之间，所述载波模拟前端电路连接于载波控制电路SPi接口和载波接收发送调制电路之间，所述载波接收发送调制电路采用76. SkHz载波频点设计， 连接于载波模拟前端电路和载波信号耦合电路之间，选取载波频率为76. SkHz进行载波通信，载波信号耦合电路采用76. 8士 16KHz载波信号阻抗匹配谐振耦合电路，过零检测电路连接于电力线和载波模拟前端电路之间。
2.根据权利要求1所述低压电力线载波通信模块，其特征在于所述通用单片机型号为 uPD78F0526Ao
3.根据权利要求1或2所述低压电力线载波通信模块，其特征在于该模块使用的频率源为12MHz 士 20ppm晶振。
专利摘要本实用新型提供的这种低压电力线载波通信模块，包括串口通信电路、载波控制电路、载波模拟前端电路、载波接收发送调制电路、过零检测电路以及载波信号耦合电路，载波控制电路与载波模拟前端电路分开，载波控制电路主要由一片通用单片机组成，连接于串口通信电路和载波模拟前端电路之间，载波接收发送调制电路采用76.8kHz载波频点设计，连接于载波模拟前端电路和载波信号耦合电路之间，载波信号耦合电路采用76.8±16KHz载波信号阻抗匹配谐振耦合电路，过零检测电路连接于电力线和载波模拟前端电路之间。本实用新型抗干扰能力强、传输距离远、自动载波中继通信、能实现基于电力线通信网络的电子终端设备之间可靠数据传输。
文档编号H04B3/54GK202172403SQ20112033554
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者李俊, 王成, 邱仁峰 申请人:长沙威胜信息技术有限公司