基于低壓電力線的智能載波模塊的方案設(shè)計

本文詳細(xì)的介紹了一款自主研究與設(shè)計的基于低壓電力線的智能載波模塊，通過數(shù)字示波器的實(shí)際測試及實(shí)驗室內(nèi)的現(xiàn)場調(diào)試，本設(shè)計能夠可靠的通過低壓電力線傳送數(shù)據(jù)，傳輸距離1000m 左右，傳送距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，可以廣泛的運(yùn)用于電力線抄表、路燈控制、樓宇自動化等多種場合

圖中，N 點(diǎn)接220V 交流電的零線，A 點(diǎn)接220V 交流電的火線，同時作為系統(tǒng)的模擬 地COM 端。R3 和R4 通過串聯(lián)接法構(gòu)成通路，由分壓公式可知，B 點(diǎn)的電壓為6V。即電 壓比較器U3A 的反向輸入端被鉗位于6V，N 點(diǎn)和A 點(diǎn)通過電阻R1，R2 和電容C1 也形成 回路，由電路原理可知，在電壓比較器U3A 的同向輸入端處形成和工頻交流電同頻率但幅 值降低的正弦交流電，當(dāng)電壓比較器U3A 的同向輸入端電壓高于反向輸入端電壓6V 時， 電壓比較器U3A 的輸出端輸出10V 的高電平信號，當(dāng)電壓比較器U3A 的同向輸入端電壓 低于反向輸入端電壓6V 時，電壓比較器U3A 的輸出端輸出0V 的低電平信號。因此，得到一定占空比的方波信號，作為P89LPC932 的外部中斷輸入信號。經(jīng)計算可知，方波信號高 電平持續(xù)的時間為12ms，低電平持續(xù)的時間為8ms。
2.3.2 信號調(diào)制電路的設(shè)計
信號調(diào)制電路的功能主要是在 P89LPC932 接受到外部中斷輸入信號后，完成微控制器 所發(fā)送數(shù)據(jù)在低壓電力線上的調(diào)制工作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在電力線上的傳送。信號調(diào)制電路 硬件原理圖如圖3 所示。

圖中，E 點(diǎn)是P89LPC932 進(jìn)行信號調(diào)制的數(shù)據(jù)輸入端，在傳輸一位數(shù)據(jù)“0”時，E 點(diǎn) 一直為幅值為10V 的高電平信號，此時，電壓比較器U2C 的兩個輸入端為高電平狀態(tài)，輸 出端為低電平狀態(tài)，大功率三極管T 的基極和發(fā)射極之間沒有電壓差，T 不導(dǎo)通，因而沒 有零脈沖信號調(diào)制到低壓電力線上；在傳輸一位數(shù)據(jù)“1”時，E 點(diǎn)出現(xiàn)一個持續(xù)時間很短 的低電平信號，（這個低電平信號的脈寬由R7、C4 和數(shù)據(jù)調(diào)制程序共同決定）。由于電容 C4 兩端的電壓不能突變，電壓比較器U2C 的兩個輸入端出現(xiàn)一個零脈沖信號，輸出端出現(xiàn) 一個脈寬相等幅值為10V 的脈沖信號，三極管T 基極和發(fā)射極之間出現(xiàn)電壓差，三極管T 導(dǎo)通，從而使正弦交流電的火線和零線瞬時導(dǎo)通，在電力線上出現(xiàn)一個零脈沖信號。
2.3.2 信號解調(diào)電路的設(shè)計
信號解調(diào)電路的功能主要是把低壓電力線上調(diào)制的信號從電力線上解調(diào)出來，發(fā)送給P89LPC932，供微控制器進(jìn)行相應(yīng)的處理。其硬件原理圖如圖4 所示：

圖中，N 點(diǎn)為低壓電力線的零線。電容C5 起到低頻濾波的作用。電力線上調(diào)制的信號從N 進(jìn)入解調(diào)電路。電阻R8、R9 構(gòu)成分壓電路，可知F 點(diǎn)電壓直流分量為：

設(shè)計中，選取適當(dāng)?shù)碾娮柚?，?3.7 FV = V 。電容C5 和電阻R9 也構(gòu)成分壓電路，使R9 兩端的正弦交流電電壓幅值小于3.7V。保證電力線上傳輸一位數(shù)據(jù)“0”時電壓比較器U3B 同向輸入端電壓一直高于反向輸入端電壓，G 點(diǎn)的輸出一直為零。當(dāng)電力線上傳輸一位數(shù)據(jù)“1”時，在正弦交流電6V 相位處出現(xiàn)零脈沖信號，因此在電壓比較器U3B 同向輸入端 將會瞬時產(chǎn)生一個幅值低于信號地的電壓脈沖，使得電壓比較器U3B 輸出端產(chǎn)生一個脈沖 信號，經(jīng)與非門的反向在G 點(diǎn)產(chǎn)生一個幅值為10V 的脈沖信號，經(jīng)過光耦的隔離作用輸入 給微控制器。