專利名稱：數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線載波通信收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制C-DPIM(carrier digital pulseinterval modulation)電力線數(shù)據(jù)通信收發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
將低壓電力網(wǎng)絡(luò)開發(fā)成為信息接入網(wǎng)，利用電網(wǎng)進(jìn)行高速可靠的數(shù)據(jù)通信的新技術(shù)成本低，實(shí)施方便，是目前人們研究的熱點(diǎn)。目前，計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、微控制技術(shù)與消費(fèi)電子產(chǎn)品的密切結(jié)合和滲透，使家用電氣產(chǎn)品逐步步入家庭自動(dòng)化，信息家電產(chǎn)品的有機(jī)集成則形成了家庭網(wǎng)絡(luò)。在家庭網(wǎng)絡(luò)中，其傳輸信號(hào)可分為兩類，一是低速信號(hào)，如控制命令和數(shù)據(jù)量較少、實(shí)時(shí)性要求不高的水、電、氣抄表信息，電燈、空調(diào)等傳統(tǒng)家電的控制，防盜、防火報(bào)警等信息。另一種是高速信號(hào)，如視頻、音頻信號(hào)等。
由于低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)變性、衰減較大(尤其是電力負(fù)載為容性時(shí)，對(duì)載波通信信號(hào)近乎短路)及各種復(fù)雜干擾噪聲的存在，使得電力線載波通信技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)在國(guó)內(nèi)難以得到推廣應(yīng)用。利用低壓電力網(wǎng)進(jìn)行載波通信，目前采用的電力載波專用芯片有LM1893，ST7536，ST7537等，雖然它們針對(duì)電力線的信道特性采取了一些抗干擾措施，但其采用的調(diào)制解調(diào)技術(shù)是較落后的FSK方式，通信傳輸距離仍較短，在幾百米的距離范圍內(nèi)難以做到正常接收，用電高峰時(shí)無(wú)法傳輸信息而導(dǎo)致癱瘓，達(dá)不到實(shí)用要求。SSC P300是INTELLON公司采用最新通信技術(shù)設(shè)計(jì)的電力線載波MODEM芯片，它采用了擴(kuò)頻(CHIRP方式)調(diào)制解調(diào)技術(shù)，現(xiàn)代DSP技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的CEBUS協(xié)議，但其在國(guó)內(nèi)電力線載波通信抄表等領(lǐng)域的使用效果并不明顯。究其原因，SSC P300是針對(duì)北美地區(qū)頻率標(biāo)準(zhǔn)、電網(wǎng)特性及家庭自動(dòng)化(一家一戶式獨(dú)立住宅)而設(shè)計(jì)的。由于電力線上存在50HZ及其倍數(shù)頻率信號(hào)的強(qiáng)窄帶干擾及背景噪聲，加之我國(guó)對(duì)電網(wǎng)諧波的控制沒有歐美嚴(yán)格，電力線專用通信芯片技術(shù)與方法不適應(yīng)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)特性，目前國(guó)內(nèi)外還沒有一種真正適合我國(guó)電網(wǎng)特性的、價(jià)格合理的低壓電力線載波通信芯片技術(shù)與方法能做到在幾百米的距離范圍內(nèi)及用電高峰時(shí)實(shí)現(xiàn)正常的數(shù)據(jù)通信。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種適用于我國(guó)電力線電網(wǎng)特性的電力線數(shù)據(jù)通信收發(fā)裝置，對(duì)電力線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變的背景噪聲及周期性強(qiáng)干擾具有強(qiáng)抑制作用，與現(xiàn)有電力線數(shù)據(jù)通信方法相比，在性能價(jià)格比方面有明顯提高。
本實(shí)用新型電力線數(shù)據(jù)通信收發(fā)裝置由電力線載波信號(hào)藕合電路，功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路，載波信號(hào)接收濾波電路，載波信號(hào)相關(guān)檢測(cè)電路(即載波監(jiān)測(cè)器)，單片機(jī)控制器電路相互連接而成(如圖1所示)。具體電路連接為電力線載波信號(hào)藕合電路由一個(gè)電阻電容R16、C22并聯(lián)后與一藕合變壓器T1的初級(jí)串聯(lián)而成；由三態(tài)運(yùn)算放大集成電路IC3和交流信號(hào)藕合電路C10、RI1構(gòu)成功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路，IC3的輸出端第3、6腳經(jīng)交流信號(hào)藕合電路C10、RI1與變壓器T1的次級(jí)連接，R100跨接IC3的第6和11腳，IC3的第9腳連接Q10的集電極，第11腳經(jīng)R12和C11串接后與IC2的第14腳相連；NPN三極管放大電路(Q2，R9，R15，D1，Q4，R10)的輸入端連接π型低通濾波器(L3，C17，C18)，再經(jīng)高通濾波器(C15，L4)、浪涌吸收電路(D4，D5)、電平嵌位電路(D2，D3)與變壓器T1的次級(jí)連接，Q2的集電極連接IC2的第11腳，組成載波信號(hào)接收濾波電路；集成電路IC2、R103、R104等構(gòu)成載波監(jiān)測(cè)器，R103連接IC2的第6、19腳，集成電路IC2的第6腳經(jīng)R104接電源，IC2的第11腳經(jīng)R102接Q10的基極，第17腳與Q2的集電極相連；單片機(jī)集成電路IC1的第6腳與IC2的第7腳相連，第7腳與IC2的第8腳相連，第8腳與IC2的第12腳相連。
發(fā)送時(shí)，單片機(jī)將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DPIM碼，并從第7腳輸出DPIM脈沖發(fā)送控制信號(hào)與IC2的第8腳相連，IC2收到這一信號(hào)后從第14腳輸出載波信號(hào)經(jīng)C11，RI2與功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路及電力線載波信號(hào)藕合電路相連并藕合到電力線上傳輸。
接收時(shí)，載波Chirp波形信號(hào)經(jīng)電力線載波信號(hào)藕合電路、載波信號(hào)接收濾波電路與載波監(jiān)測(cè)器電路IC2的第17腳相連，載波監(jiān)測(cè)器收到該信號(hào)后進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)判決輸出載波監(jiān)測(cè)信號(hào)經(jīng)第7腳與單片機(jī)第6腳相連，單片機(jī)收到該信號(hào)后以此作為DPIM的脈沖信號(hào)，進(jìn)一步由軟件完成DPIM信號(hào)的解碼。
大量的實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果表明，本實(shí)用新型載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制C-DPIM電力線數(shù)據(jù)通信收發(fā)裝置對(duì)低壓電力線網(wǎng)絡(luò)的干擾抑制能力較強(qiáng)，通信效果較好。使其在呈時(shí)變、高信號(hào)衰減特性并存在復(fù)雜干擾的列車車載低壓電力線網(wǎng)絡(luò)及家庭辦公低壓電力線網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了理想的通信，與基于CEBUS協(xié)議的INTELLON SSC P300芯片技術(shù)相比，通信誤碼率有明顯降低，在很多采用INTELLON SSC P300芯片不能實(shí)現(xiàn)正確通信的電力線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集等功能的低速信號(hào)傳輸，傳輸速度目前可達(dá)5KBPS。C-DPIM電力線載波通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、家庭樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。
采用載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線通信收發(fā)裝置在實(shí)驗(yàn)大樓、住宅小區(qū)、列車380V低壓電力線網(wǎng)絡(luò)做了大量通信實(shí)驗(yàn)，效果明顯。每次實(shí)驗(yàn)連續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)間為17小時(shí)，傳送的總比特?cái)?shù)為10000000。實(shí)驗(yàn)大樓380V電力線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)在干擾較大的20m范圍內(nèi)的微機(jī)室進(jìn)行，C-DPIM收發(fā)裝置與SSC P300收發(fā)器(CEBUS協(xié)議)傳輸誤碼率分別為0.09％與18.5％。實(shí)驗(yàn)大樓380V電力線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)在大樓1樓至五樓350m連線范圍內(nèi)的兩個(gè)通信點(diǎn)進(jìn)行，C-DPIM收發(fā)裝置與SSC P300收發(fā)器(CEBUS協(xié)議)傳輸誤碼率分別為1.75％與99.9％。列車380V低壓電力線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)在相鄰兩節(jié)車廂進(jìn)行，C-DPIM收發(fā)裝置與SSC P300收發(fā)器(CEBUS協(xié)議)傳輸誤碼率分別為0.77％與99.9％。列車380V低壓電力線網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)在相隔4節(jié)車的兩車廂間進(jìn)行，C-DPIM收發(fā)裝置與SSC P300收發(fā)器(CEBUS協(xié)議)傳輸誤碼率分別為2.79％與100％。結(jié)果表明，在用電高峰期，電力線負(fù)載增大，信號(hào)衰減大，干擾增加，傳輸誤碼率上升。另外，當(dāng)通信距離增大時(shí)，電力線對(duì)信號(hào)產(chǎn)生更大衰減和畸變，使傳輸誤碼率增大，從而導(dǎo)致了SSC P300通信系統(tǒng)癱瘓。而采用本實(shí)用新型載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線通信收發(fā)裝置在惡劣的環(huán)境下仍具有較好的通信效果。


圖1為載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線通信收發(fā)裝置原理圖。
具體實(shí)施方式
圖1中，單片機(jī)集成電路IC1采用的型號(hào)為P87PLC759，集成電路IC2采用的型號(hào)為SSC P485或LM1893，三態(tài)運(yùn)算放大集成電路IC3采用的型號(hào)為TLE2310。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線載波通信收發(fā)裝置，其特征是該裝置由電力線載波信號(hào)藕合電路，功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路，載波信號(hào)接收濾波電路，載波信號(hào)相關(guān)檢測(cè)電路和單片機(jī)控制器電路相互連接而成。
2.一種如權(quán)利要求1所述的數(shù)字脈沖間隔調(diào)制電力線載波通信收發(fā)裝置，其特征是該裝置的具體電路連接為電力線信號(hào)藕合電路由一個(gè)電阻電容R12、C22并聯(lián)后與一藕合變壓器T1的初級(jí)串聯(lián)而成；由三態(tài)運(yùn)算放大集成電路IC3和交流信號(hào)藕合電路(C10，RI1)構(gòu)成功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路，IC3的輸出端第3、6腳經(jīng)交流信號(hào)藕合電路C10、RI1與變壓器T1的次級(jí)連接，R100跨接IC3的第6和11腳，IC3的第9腳連接Q10的集電極，第11腳經(jīng)R12和C11串接后與IC2的第14腳相連；由NPN三極管放大電路(Q2，R9，R15，D1，Q4，R10)的輸入端連接π型低通濾波器(L3，C17，C18)，再經(jīng)高通濾波器(C15，L4)、浪涌吸收電路(D4，D5)、電平嵌位電路(D2，D3)與變壓器T1的次級(jí)連接，輸出端連接IC2的第11腳，組成載波信號(hào)接收濾波電路；集成電路1C2和R103、R104構(gòu)成載波監(jiān)測(cè)器，R103連接IC2的第6、19腳，集成電路IC2的第6腳經(jīng)R104接電源，IC2的第11腳經(jīng)R102接Q10的基極，第17腳與Q2的集電極相連；單片機(jī)集成電路ICl的第6腳與IC2的第7腳相連，第7腳與IC2的第8腳相連，第8腳與IC2的第12腳相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種載波數(shù)字脈沖間隔調(diào)制C－DPIM (carrier digital pulseinterval modulation)電力線數(shù)據(jù)通信收發(fā)裝置。該裝置由電力線載波信號(hào)藕合電路，功率放大、載波信號(hào)發(fā)送電路，載波信號(hào)接收濾波電路，載波信號(hào)相關(guān)檢測(cè)電路(即載波監(jiān)測(cè)器)，單片機(jī)控制器電路相互連接而成。本收發(fā)裝置對(duì)電力線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變的背景噪聲及周期性強(qiáng)干擾具有強(qiáng)抑制作用，與現(xiàn)有電力線數(shù)據(jù)通信方法相比，在性能價(jià)格比方面有明顯提高。
文檔編號(hào)H04B1/06GK2555590SQ0227127
公開日2003年6月11日 申請(qǐng)日期2002年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者姜孝華, 沈偉, 黎艷, 張湛梅, 黃小紅 申請(qǐng)人:中山大學(xué)