电力线载波通信模块设计

电力线载波通信模块设计

引言

智能家庭要求家用电器经网络（总线）实现互联、互操，总线协议是系统的精髓所在。目前，国际上占主导地位的家庭网络标准有：美国的X10 、消费总线（CEBus）、日本的家庭总线（HOME BUS）、欧洲的安装总线（EIB）。

图1 通用通信模块框图

图2 电力线接口图

图3 电力线接口电路

图4 两总线通信电路

图5 接收和载波发射波形

通信模块电力线接口电路设计

国外很早对电力线载波通讯技术进行了研究，多家公司推出了自己的电力线载波modem芯片，并制定了电力线载波适用频率范围的标准。目前有针对北美地区电网（480Y/277V，208Y/120Vac）的标准频率范围100KHz-450KHz和针对欧洲地区电网（400Y/230Vac）的标准频率范围9KHz-150KHz。各家公司在标准频率范围下，针对本地区电网特点，采用各种特定专有技术，设计出各己的电力线载波modem芯片。由于国外电力线载波modem芯片是针对本地区电网特性、电网结构，且一般是针对家庭内部自动化而设计，在国内使用都难尽人意。目前，有一、两款电力线载波modem芯片在一定应用领域可勉强使用。本系统采用ST7536作为电力载波通信的调制解调器。

ST7536是STMicroelectronics公司专为电力线载波通讯而设计的modem芯片。它除有一般modem芯片的信号调制解调功能外，还针对电力线应用加入了许多特别的信号处理手段。目前，在国内电力线载波通信领域应用广泛，只是各公司应用水平不同。ST7536调制解调技术是较落后的FSK方式，它最高波特率只能达到1200 bps。另外它无CSMA（网络载波侦听）功能，这些限制了它的应用。目前，根据国内电网的实际情况，在电力线载波通信领域，ST7536是较适合的modem芯片。

其中框图左端包括来自ST7536的ATO和RAI及RX/TX， RX/TX是数字信号，控制收发转换。ATO是ST7536的发送输出，它和电力线接口的发送输入相连。模拟发送输出由自动等级控制输入电路来调整。最大输出电压的峰-峰值是6.5V。RAI是ST7536的接收模拟输入。它和电力线接口的接收输出相连，最大输入电压的均方根值是2V。接收灵敏度的均方根值在信道1和信道2（600 baud）上是2mV；在信道3和信道4（1200 baud）上是3mV。本系统采用后者。

电力线发射与接收电路

电力线接口电路如图3所示。

通过数字信号RX/TX控制三极管的开关状态，给发射电路提供直流电源，当RX/TX 为高电平时，电路处于关状态，当RX/TX为低电平时，电路处于通状态，ST7536的ATO信号通过滤波放大后，被耦合到电力线上。这样，只有当电路处于载波发射时，系统的功耗才达到极大值。

在接收模式下，转换器从电力线上取得信号，在预放大器中进行放大，再送给ST7536的接收输入RAI。这种模式下，使RX/TX为高电平。

耦合电路及其保护措施

两总线接口电路的设计

两总线接口电路如图4所示。

本系统通过此电路可实现对多个设备的控制和信息获得，它的带载能力决定于另外一套总线发射接收电路，其有效传输距离约为1000m。由于它的通信线路只有两根，因此在系统的接线上非常简单方便。

从图4可见：当TCON和RCON均为低电平时，总线既不接收也不发射。

当TCON为高电平，不管RCON为何种电平，总线都处于发射状态，因为此时U7-11始终锁定为高电平，U7-10为低电平，T2、T4截止，禁止接收；而U6-6为低电平，D5、D6截止，TXD2被传递到总线上。当TXD2为高电平时，T1、T6导通，T3截止，总线上为12伏电压；当TXD2为低电平时，T1、T6截止，T3导通，总线上的电压为0伏。

当TCON为低电平，而RCON为高电平时，总线处于接收状态，此时T1、T3、T6截止，禁止发射；而T2、T4导通，连同T5就可使总线上的数字信号传递到RXD2上。总线上传输的信号是一系列数字信号，此信号的高电平为5V，低电平为0V。

实验结果

结语

本通信模块的设计采用电力线载波和两总线通信相结合，在一个电力线子网中尽可能的减少使用电力线通信，使电力线中由于电力载波信号引起的同一频段的干扰信号得到很好的改善，而使用两总线通信实现通信模块和底层间的通信。以实现家用电器及楼宇自控系统的网络互联、互操，特别是在楼宇自控领域和多表集抄系统中已经得到了实际应用

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