基于PLC12010V1的窄带电力载波通信模块的设计与开发

周达左

摘要：现有的电力载波通信分为宽带电力载波、窄带电力载波两种通信方式，宽带电力载波通信距离短，频谱范围大，应用于短距离小范围内的、数据量大的通信领域，其成本高昂，难以推广应用。目前市场主体为窄带电力载波通信模块，窄带通信模块通信距离长，传输数据量能够满足电力通信数据量要求，因此得到大量推广，但是目前市场存在的国外窄带电力通信模块在通信载波频率、通信速率、路由协议等方面不能满足国内国际的通信标准，从而对电力载波通信的稳定性实时性带来影响。国外的电力载波芯片在国内电网适应能力差，效果不理想，不能够符合中国本土的电力环境需求。

关键词：窄带;电力载波;调制解调;通信

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）31-0024-03

低压电力线载波PLC（Power Line Carrier）通信技术是以低压配电线（380V/220V电力线）作为信息传输媒介进行数据或语音等传输的一种特殊通信方式。由于供电网络本身是一种方便、低成本、高可靠性的通信媒介，使得电力载波通信变得方便、成本低、易实现。随着低压电力载波通信技术的发展，电力载波通信已大量应用于远程抄表、路灯智能控制等远程控制系统中。

1电力载波通信模块的工作原理

本文提出一种基于电力线为信道的安全可靠的载波通信模块，该模块利用FSK调制方式对所传输信息进行调制，调制好后通过耦合方式耦合到电力线进行信号传输，接收端通过耦合方式把传输过来的调制信号接收到模块上面，然后用FSK解调对接收的信号进行解调还原出所传递的信息。该模块整体结构框图如图1所示。

载波通信模块包含：1）信号隔离部分;2）信号接收滤波部分;3）信号发送功率驱动部分;4）频带信号解调部分;5）基带信号调制解调部分。

信号隔离部分1接收电力线上传播的高频载波信号，其信号送入信号接收滤波部分的R3，信号隔离部分由电容C1、耦合变压器L5、浪涌保护二极管D2组成，C1的一端与电力线L连接，另一端与L5的初级连接，用于隔离50Hz交流电，L5初级的一端与c1连接，另一端与电力线的N端连接，用于将高频信号耦合到信号接收滤波部分及信号发送功率驱动部分，D2-端与L5的次级连接，一端与地连接，用于吸收电力线上的浪涌电压电流，保护后级电路。

信号接收滤波部分2接收信号隔离部分传来的高频载波信号进行滤波;载波信号由R3引入，然后经过二阶带通滤波其滤波送入后级电路，其包括阻尼电阻R3、串联谐振L2、C6，并联谐振L3、c7，限幅器D3、D4，耦合电容C17;其R3的一端与L5次级一端连接，另一端与L2的一端连接，R3用与阻尼信号的震荡，L2的一端与R3的一端连接，另一端与c6的一端连接，与C6构成串联谐振电路，谐振频率为120kHz，C6的一端与L2的一端连接，另一端与L3、C7、D3的阳极、D4的阴极、C17的一端连接，LJ3的另一端与c7的另一端连接到地，构成并联谐振电路，谐振频率为120kHz，D3的阴极与D4的阳极连接到地，两者构成了信号限幅电路，放置接收的信号幅值过大破坏后级接收电路;C17的另一端与频带信号解调部分中的U2的16脚相连，为信号耦合功能。

1.1基带信号调制解调原理

基带信号调制解调的原理图如图2所示，该部分完成基带信号的解调、基带信号的调制、路由协议的执行及其他终端任务的执行，其由晶振电路、复位电路、显示电路组成;u1的1脚与R10、C10的一端连接，C10的一端与电源连接，R10的一端与地连接，构成u1的复位电路;u1的4脚与X3的一端、C19的一端连接，u1的5脚与X3的另一端、C20的一端连接，C19的另一端与C20的另一端与地连接，构成UI的主频源电路;u1的7脚与D5的阴极连接，D5的阳极与R17的一端连接，R17的另一端与电源连接，构成基带接收解调显示电路;UI的8脚与D6的阴极连接，D6的阳极与R18的一端连接，R18的另一端与电源连接，构成了基带信号调制发送显示电路;U1的9脚与频带信号解调部分4的U2脚的14脚连接，接收基带信号，进行解调;U1的12脚与频带信号解调部分4中R9的一端连接，给予本振信号;u1的11脚与信号发送功率驱动部分3中R7的一端连接，把基带调制好的信号送入驱动电路;u1的20脚与C21的一端、电源连接，C21的另一端与地连接，构成u1的电源电路;u1的10脚与地连接为系统u1提供地;u1的2脚、3脚为调试输入口。

图2为基带信号调制解调部分原理图。

1.2频带信号解调原理

频带信号解调原理如图3所示，对接收到的载波信号进行频带解凋，解调出的基带信号输入到基带信号调制解调部分5，其包括集成电路U2，电阻R9、R11-R16，电容c8、C9、c11-C16，电感L4，陶瓷振荡器X2，滤波器X2。U2的16脚与信号接收滤波部分的C17脚连接，把信号引入到U2中进行信号解调;U2的15脚与地连接，U2的14脚与R12的一端连接接人基带信号调制解调部分5中的u1的9脚，U2的12叫与c11的一端连接，c11的另一端与U2的11脚、R13的一端、R11的一端连接，R13、R12的另一端与电源连接，R12、R13为上拉电阻为输入输出提供驱动，R11的另一端与R14的一端、U2的10脚连接，R14的另一端与C14的一端连接，C14的另一端与R16的一端、C15的一端连接;R16的另一端与U2的9脚连接，C15的另一端与地连接，U2的1脚与c9的一端连接，C9的另一端与L4、c8、R9的一端连接，L4、c8的另一端与地连接，R9的另一端与基带信号调制解调部分的ul的12脚连接，R9、L4、C8、c9构成了谐振腔，让本振信号由方波转化为正弦波信号输入U2，为U2提供本振信号;U2的3脚与X1的1234脚连接，x1的5脚与U2的5脚连接，x1完成了混频信号的滤波，U2的6脚与C12的一端连接，C12的一端与电源连接，U2的7脚与C13的一端连接，C13的另一端与电源连接，U2的8脚与R15的一端、X2的一端连接，R15的另一端、X2的另一端与电源连接，C16的正极与电源连接，负极与地连接，C12、C13、R15、X2、C16构成U2的混频信号的基频信号源。图3为频带信号解调部分。

1.3信号发送功率驱动原理

信号发送功率驱动原理如图4所示，功率发送由基带信号调制解调部分5发来的调制信号;其包括D类功放及D类功放功率限制电路组成，其D类功放由串联谐振电容电感C2、L1，阻尼电阻R1、R2，功率驱动MOSFETV1，信号耦合电阻电容1t4、R7、c5，泻放二极管D1组成;其中R7的一端与基带信号调制解调部分5的u1的11脚连接来接收信号，另一端与v1的2脚C5的一端连接，输入信号至功率驅动v1，C5的另一端与v1的5脚、D1的阳极、R4的一端连接，将信号送人v1，v1的4脚与R4的一端、D1的阴极、R5的一端、C3的一端、C4的正极、V2的集电极连接，v1的1脚与地连接，v1的3脚与R2的一端连接，v1的6脚与R1的一端连接，构成D类功率放大器，R1的另一端与R2的另一端、u的一端连接u的另一端与c2的一端连接，C2的另一端与L5的次级连接，u、C2构成串联谐振电路谐振频率为120kHz，把信号输送到耦合变压器端。功率限制电路由R5、c3、c4、R6、R8、V2组成，其中R5的另一端与c3的另一端、c4的负极、R6的一端连接，R6的另一端与V2的基极、R8的一端连接，R8的另一端与V2的发射极、电源的正极连接，c4的大小及R6、R8的比例大小决定了驱动的最大功率。

2结束语

基于PLCl2010V1的窄带电力载波通信模块借鉴了市场上其他产品的研究成果，从通信载波频率、载波冲突规避两个方面进行技术更新，使得载波通信的稳定性，通信成功率得到很大提高，以适应将来载波发展的需求。