電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡稱。 電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，在發(fā)送端通過載波方式將模擬或數(shù)字信號調(diào)制到電力線上，在接收端解調(diào)，實現(xiàn)設備間的通信。最大特點是不需要重新架設網(wǎng)絡，只要有電線，就能進行數(shù)據(jù)傳遞。另外，對于現(xiàn)場總線系統(tǒng)，如果采用載波傳輸技術，可以節(jié)省兩根信號線，降低系統(tǒng)布線成本。

背景技術：

目前行業(yè)應用主要采用專用的電力載波芯片實現(xiàn)電力載波通信，專用芯片體積大，外圍電路復雜，不利于小型化嵌入式集成，而且價格昂貴。在很多的應用環(huán)境中，電力載波芯片的成本價格占設備成本比例過高，甚至超過了設備成本，在這種情況下，對于規(guī)模巨大的監(jiān)控網(wǎng)絡，如消防報警系統(tǒng)、消防智能應急照明與疏散指示系統(tǒng)、智能家居系統(tǒng)等，監(jiān)控點數(shù)量龐大，終端要求成本低廉，采用電力載波芯片帶來的系統(tǒng)成本將大于布線施工成本，不如采用另外鋪設通信線路或無線傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)設備間通信。電力載波芯片的價格昂貴限制了載波通信技術的實際應用，本發(fā)明采用通用的FSK調(diào)制解調(diào)芯片實現(xiàn)了電力載波芯片的所有功能，成本低，外圍電路簡單。采用帶通濾波器電路有效抑制干擾，提高了抗干擾能力。采用耦合信號恢復和阻抗隔離技術增強了總線的帶載能力，增加了總線的有效通信距離。

技術實現(xiàn)要素：

模塊由發(fā)送回路和接收回路兩部分構(gòu)成，如附圖1所示。發(fā)送回路由電平轉(zhuǎn)換單元、頻率調(diào)制單元、驅(qū)動放大單元、發(fā)送耦合單元四部分構(gòu)成，如附圖1a所示；接收回路由接收耦合單元、阻抗隔離單元、帶通濾波單元、頻率解調(diào)單元、電平轉(zhuǎn)換與波形整形單元五部分構(gòu)成，如附圖1b所示。

發(fā)送設備發(fā)送由碼元0和1組成的數(shù)值序列、碼元0對應0V電平，碼元1對應5V電平，考慮到頻率調(diào)制芯片的調(diào)制線性度，將0V和5V經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為1.5V和3.5V電平，其中0V轉(zhuǎn)換成3.5V，5V轉(zhuǎn)換為1.5V，這樣可以保證需要調(diào)制的電平范圍在頻率調(diào)制芯片的幅頻特性的線性范圍內(nèi)。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的1.5V~3.5V電壓信號通過頻率調(diào)制單元調(diào)制，輸出對應的高頻信號，1.5V對應頻率F_min，3.5V對應頻率F_max，調(diào)制輸出的高頻信號經(jīng)過驅(qū)動放大單元放大后驅(qū)動耦合單元將調(diào)制好的高頻信號耦合到電力線上傳播到遠端。

接收回路通過接收耦合單元耦合遠端發(fā)送的高頻信號，高頻經(jīng)過長距離的衰減，信號強度會變?nèi)?，?jīng)過阻抗隔離單元可以恢復高頻信號，恢復的高頻信號通過中心頻率F_o=(F_min+F_max)/2,帶寬大于F_max-F_min的寬帶帶通濾波器，濾波后得到發(fā)送端發(fā)送的高頻信號F_min和F_max，再送入頻率解調(diào)單元解調(diào)出1.5V~3.5V的電平信號，為提高抗干擾能力，帶通濾波器也可以設計成中心頻率F_o=F_max，帶寬小于（F_max-F_min)/2的窄帶帶通濾波器，只恢復高頻信號F_max，送入頻率解調(diào)單元解調(diào)出0V~3.5V的電平信號。解調(diào)出的1.5~3.5V電平信號或0~3.5V電平信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換和波形整形單元后輸出代表碼元0和1的0~5V的電平信號，這樣接收端的單片機就能接收到來自發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖 1 是FSK調(diào)制解調(diào)收發(fā)回路功能方框圖。

圖 2 是隔離耦合型載波通信模塊電路原理圖。

圖 3 是直流電源線載波通信模塊電路原理圖。

圖 4 是電平轉(zhuǎn)換波形圖。

圖 5 是FSK調(diào)制信號波形圖。

圖 6 是FSK信號耦合到220V交流電力線上的信號波形圖。

圖 7 是采用零點發(fā)送的FSK信號耦合到220V交流電力線上的信號波形圖。

圖 8 是隔離耦合接收端恢復信號和濾波輸出信號波形圖。

圖 9 是窄帶濾波電路頻率衰減特性圖。

圖10 是耦合到直流電源線上的FSK信號波形圖。

圖11 是接收端從直流電源線上取樣恢復的FSK信號波形圖。