基于PLC12010V1的窄帶電力載波通信模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā)

周達(dá)左

摘要：現(xiàn)有的電力載波通信分為寬帶電力載波、窄帶電力載波兩種通信方式，寬帶電力載波通信距離短，頻譜范圍大，應(yīng)用于短距離小范圍內(nèi)的、數(shù)據(jù)量大的通信領(lǐng)域，其成本高昂，難以推廣應(yīng)用。目前市場主體為窄帶電力載波通信模塊，窄帶通信模塊通信距離長，傳輸數(shù)據(jù)量能夠滿足電力通信數(shù)據(jù)量要求，因此得到大量推廣，但是目前市場存在的國外窄帶電力通信模塊在通信載波頻率、通信速率、路由協(xié)議等方面不能滿足國內(nèi)國際的通信標(biāo)準(zhǔn)，從而對電力載波通信的穩(wěn)定性實(shí)時性帶來影響。國外的電力載波芯片在國內(nèi)電網(wǎng)適應(yīng)能力差，效果不理想，不能夠符合中國本土的電力環(huán)境需求。

關(guān)鍵詞：窄帶;電力載波;調(diào)制解調(diào);通信

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）31-0024-03

低壓電力線載波PLC（Power Line Carrier）通信技術(shù)是以低壓配電線（380V/220V電力線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)或語音等傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。由于供電網(wǎng)絡(luò)本身是一種方便、低成本、高可靠性的通信媒介，使得電力載波通信變得方便、成本低、易實(shí)現(xiàn)。隨著低壓電力載波通信技術(shù)的發(fā)展，電力載波通信已大量應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表、路燈智能控制等遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中。

1電力載波通信模塊的工作原理

本文提出一種基于電力線為信道的安全可靠的載波通信模塊，該模塊利用FSK調(diào)制方式對所傳輸信息進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制好后通過耦合方式耦合到電力線進(jìn)行信號傳輸，接收端通過耦合方式把傳輸過來的調(diào)制信號接收到模塊上面，然后用FSK解調(diào)對接收的信號進(jìn)行解調(diào)還原出所傳遞的信息。該模塊整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

載波通信模塊包含：1）信號隔離部分;2）信號接收濾波部分;3）信號發(fā)送功率驅(qū)動部分;4）頻帶信號解調(diào)部分;5）基帶信號調(diào)制解調(diào)部分。

信號隔離部分1接收電力線上傳播的高頻載波信號，其信號送入信號接收濾波部分的R3，信號隔離部分由電容C1、耦合變壓器L5、浪涌保護(hù)二極管D2組成，C1的一端與電力線L連接，另一端與L5的初級連接，用于隔離50Hz交流電，L5初級的一端與c1連接，另一端與電力線的N端連接，用于將高頻信號耦合到信號接收濾波部分及信號發(fā)送功率驅(qū)動部分，D2-端與L5的次級連接，一端與地連接，用于吸收電力線上的浪涌電壓電流，保護(hù)后級電路。

信號接收濾波部分2接收信號隔離部分傳來的高頻載波信號進(jìn)行濾波;載波信號由R3引入，然后經(jīng)過二階帶通濾波其濾波送入后級電路，其包括阻尼電阻R3、串聯(lián)諧振L2、C6，并聯(lián)諧振L3、c7，限幅器D3、D4，耦合電容C17;其R3的一端與L5次級一端連接，另一端與L2的一端連接，R3用與阻尼信號的震蕩，L2的一端與R3的一端連接，另一端與c6的一端連接，與C6構(gòu)成串聯(lián)諧振電路，諧振頻率為120kHz，C6的一端與L2的一端連接，另一端與L3、C7、D3的陽極、D4的陰極、C17的一端連接，LJ3的另一端與c7的另一端連接到地，構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，諧振頻率為120kHz，D3的陰極與D4的陽極連接到地，兩者構(gòu)成了信號限幅電路，放置接收的信號幅值過大破壞后級接收電路;C17的另一端與頻帶信號解調(diào)部分中的U2的16腳相連，為信號耦合功能。

1.1基帶信號調(diào)制解調(diào)原理

基帶信號調(diào)制解調(diào)的原理圖如圖2所示，該部分完成基帶信號的解調(diào)、基帶信號的調(diào)制、路由協(xié)議的執(zhí)行及其他終端任務(wù)的執(zhí)行，其由晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路組成;u1的1腳與R10、C10的一端連接，C10的一端與電源連接，R10的一端與地連接，構(gòu)成u1的復(fù)位電路;u1的4腳與X3的一端、C19的一端連接，u1的5腳與X3的另一端、C20的一端連接，C19的另一端與C20的另一端與地連接，構(gòu)成UI的主頻源電路;u1的7腳與D5的陰極連接，D5的陽極與R17的一端連接，R17的另一端與電源連接，構(gòu)成基帶接收解調(diào)顯示電路;UI的8腳與D6的陰極連接，D6的陽極與R18的一端連接，R18的另一端與電源連接，構(gòu)成了基帶信號調(diào)制發(fā)送顯示電路;U1的9腳與頻帶信號解調(diào)部分4的U2腳的14腳連接，接收基帶信號，進(jìn)行解調(diào);U1的12腳與頻帶信號解調(diào)部分4中R9的一端連接，給予本振信號;u1的11腳與信號發(fā)送功率驅(qū)動部分3中R7的一端連接，把基帶調(diào)制好的信號送入驅(qū)動電路;u1的20腳與C21的一端、電源連接，C21的另一端與地連接，構(gòu)成u1的電源電路;u1的10腳與地連接為系統(tǒng)u1提供地;u1的2腳、3腳為調(diào)試輸入口。

圖2為基帶信號調(diào)制解調(diào)部分原理圖。

1.2頻帶信號解調(diào)原理

頻帶信號解調(diào)原理如圖3所示，對接收到的載波信號進(jìn)行頻帶解凋，解調(diào)出的基帶信號輸入到基帶信號調(diào)制解調(diào)部分5，其包括集成電路U2，電阻R9、R11-R16，電容c8、C9、c11-C16，電感L4，陶瓷振蕩器X2，濾波器X2。U2的16腳與信號接收濾波部分的C17腳連接，把信號引入到U2中進(jìn)行信號解調(diào);U2的15腳與地連接，U2的14腳與R12的一端連接接人基帶信號調(diào)制解調(diào)部分5中的u1的9腳，U2的12叫與c11的一端連接，c11的另一端與U2的11腳、R13的一端、R11的一端連接，R13、R12的另一端與電源連接，R12、R13為上拉電阻為輸入輸出提供驅(qū)動，R11的另一端與R14的一端、U2的10腳連接，R14的另一端與C14的一端連接，C14的另一端與R16的一端、C15的一端連接;R16的另一端與U2的9腳連接，C15的另一端與地連接，U2的1腳與c9的一端連接，C9的另一端與L4、c8、R9的一端連接，L4、c8的另一端與地連接，R9的另一端與基帶信號調(diào)制解調(diào)部分的ul的12腳連接，R9、L4、C8、c9構(gòu)成了諧振腔，讓本振信號由方波轉(zhuǎn)化為正弦波信號輸入U(xiǎn)2，為U2提供本振信號;U2的3腳與X1的1234腳連接，x1的5腳與U2的5腳連接，x1完成了混頻信號的濾波，U2的6腳與C12的一端連接，C12的一端與電源連接，U2的7腳與C13的一端連接，C13的另一端與電源連接，U2的8腳與R15的一端、X2的一端連接，R15的另一端、X2的另一端與電源連接，C16的正極與電源連接，負(fù)極與地連接，C12、C13、R15、X2、C16構(gòu)成U2的混頻信號的基頻信號源。圖3為頻帶信號解調(diào)部分。

1.3信號發(fā)送功率驅(qū)動原理

信號發(fā)送功率驅(qū)動原理如圖4所示，功率發(fā)送由基帶信號調(diào)制解調(diào)部分5發(fā)來的調(diào)制信號;其包括D類功放及D類功放功率限制電路組成，其D類功放由串聯(lián)諧振電容電感C2、L1，阻尼電阻R1、R2，功率驅(qū)動MOSFETV1，信號耦合電阻電容1t4、R7、c5，瀉放二極管D1組成;其中R7的一端與基帶信號調(diào)制解調(diào)部分5的u1的11腳連接來接收信號，另一端與v1的2腳C5的一端連接，輸入信號至功率驅(qū)動v1，C5的另一端與v1的5腳、D1的陽極、R4的一端連接，將信號送人v1，v1的4腳與R4的一端、D1的陰極、R5的一端、C3的一端、C4的正極、V2的集電極連接，v1的1腳與地連接，v1的3腳與R2的一端連接，v1的6腳與R1的一端連接，構(gòu)成D類功率放大器，R1的另一端與R2的另一端、u的一端連接u的另一端與c2的一端連接，C2的另一端與L5的次級連接，u、C2構(gòu)成串聯(lián)諧振電路諧振頻率為120kHz，把信號輸送到耦合變壓器端。功率限制電路由R5、c3、c4、R6、R8、V2組成，其中R5的另一端與c3的另一端、c4的負(fù)極、R6的一端連接，R6的另一端與V2的基極、R8的一端連接，R8的另一端與V2的發(fā)射極、電源的正極連接，c4的大小及R6、R8的比例大小決定了驅(qū)動的最大功率。

2結(jié)束語

基于PLCl2010V1的窄帶電力載波通信模塊借鑒了市場上其他產(chǎn)品的研究成果，從通信載波頻率、載波沖突規(guī)避兩個方面進(jìn)行技術(shù)更新，使得載波通信的穩(wěn)定性，通信成功率得到很大提高，以適應(yīng)將來載波發(fā)展的需求。