專利名稱:一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，它包括控制芯片、調(diào)制解調(diào)器和耦合電路，控制芯片與調(diào)制解調(diào)器導線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸出端與D/A模塊導線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導線連接；調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸入端與A/D模塊導線連接，AD模塊與接收濾波模塊導線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導線連接，接收放大電路與耦合電路導線連接，耦合電路與電源線連接；解決了現(xiàn)有技術的低壓電力線載波用到測控系統(tǒng)中存在干擾性強、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長、受負載影響大和可靠性不夠高等問題。
【專利說明】
一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于載波通信技術，尤其涉及一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置。
【背景技術】
[0002]低壓電力線載波通信PLC(Power Line Communicat1n)是指利用已有的低壓配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種技術。自20世紀20年代電力線載波通信推出以來，PLC已經(jīng)被成熟而有效地應用于電力系統(tǒng)、安防控制、路燈控制、抄表系統(tǒng)等諸多領域。它具有通道可靠性好，抗破壞能力強，投資少，不需要架設專用線路等優(yōu)點而被廣泛的應用。
[0003]作為通信技術的一個應用領域，現(xiàn)有技術已經(jīng)大量的運用了電力載波技術，由于它的實用性以及巨大的市場前景，迅速被各家公司爭先采用。它利用現(xiàn)有交流電源線作為通訊線路，省去了不切實際的鋪線工程，優(yōu)勢明顯。將電力線載波通信技術應用到測控系統(tǒng)中，為工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)和重要生活設施系統(tǒng)提供一種新型的低成本的通信方式，但是在測控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸存在干擾性強、穩(wěn)定性差等問題，存在著傳輸距離不夠長、受負載影響大和可靠性不夠高的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題:提供一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，以解決現(xiàn)有技術的低壓電力線載波用到測控系統(tǒng)中存在干擾性強、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長、受負載影響大和可靠性不夠高等問題。
[0005]本實用新型技術方案:
[0006]—種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，它包括控制芯片、調(diào)制解調(diào)器和耦合電路，控制芯片與調(diào)制解調(diào)器導線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸出端與D/A模塊導線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸入端與A/D模塊導線連接，AD模塊與接收濾波模塊導線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導線連接，接收放大電路與耦合電路導線連接。耦合電路與電源線連接。
[0007]所述耦合電路包括耦合變壓器Tl和耦合電容C51，耦合變壓器Tl與耦合電容C51連接，在耦合變壓器Tl的輸出側兩端并聯(lián)有瞬間抑制二極管TVS2，在耦合電路的電源線一側并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。
[0008]所述調(diào)制解調(diào)器為數(shù)字式調(diào)整解調(diào)器，它采用FPGA構成，其型號為EP2C5T144C8。
[0009 ] 所述控制芯片為AVR控制芯片，其型號為ATme ga 16。
[0010]D/A模塊芯片采用AD公司的AD9764構成;AD模塊芯片采用TI公司的TLC5510構成，并在TLC5510芯片的供電電源端并聯(lián)有旁路電容。
[0011 ]接收濾波模塊和發(fā)送濾波模塊采用低通濾波器。
[0012]發(fā)送放大電路采用AD8009構成，接收放大電路采用0PA690構成。
[0013]控制芯片上集成有串口調(diào)試接口、LED指示燈和按鍵。
[0014]所述的電力載波裝置的控制方法，它包括數(shù)據(jù)發(fā)送控制，它包括下述步驟:
[0015]步驟1、控制芯片接收來自外部按鍵的電平信號，在控制芯片中生成命令控制幀，并將發(fā)出命令控制幀的數(shù)據(jù)段送入調(diào)整解調(diào)器中進行信號的發(fā)送處理；
[0016]步驟2、經(jīng)過調(diào)整解調(diào)器處理后的數(shù)字載波信號首先經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，生成模擬載波信號;為了濾除模擬載波信號中波形的高頻諧波，在D/A轉(zhuǎn)換之后進行低通濾波，然后通過發(fā)送放大電路和耦合電路將載波信號上載到電力線上，完成載波信號的發(fā)送控制。
[0017]所述的電力載波裝置的控制方法，它包括數(shù)據(jù)接收控制，它包括下述步驟:
[0018]步驟1、在接收載波信號時，耦合電路從電力線信道下載載波信號；
[0019]步驟2、接收濾波模塊濾除載波信號中的雜波，送入A/D模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字載波信號；
[0020]步驟3、數(shù)字載波信號在調(diào)整解調(diào)器中進行解調(diào)后，復原出發(fā)送端的數(shù)字信號，送入控制芯片判斷是否為本節(jié)點控制命令；
[0021 ]步驟4、是本節(jié)點控制命令則進行處理。
[0022]本實用新型的有益效果:
[0023]本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)將電力線載波通信技術應用到測控系統(tǒng)中，為工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)和重要生活設施系統(tǒng)提供一種新型的低成本、方便、可靠的電力載波裝置。本實用新型適合于測控系統(tǒng)的電力線載波數(shù)據(jù)傳輸，通過本實用新型提高了電力載波通信在測控數(shù)據(jù)傳輸中的可靠性、實時性和穩(wěn)定性。本實用新型設計的通信模塊能夠在常規(guī)的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作，能夠把現(xiàn)場的工業(yè)數(shù)據(jù)通過電力線載波通信方式及時可靠的傳送到測控主機，同時能夠準確、實時地將各種控制命令通過電力線載波通信方式傳送至各個現(xiàn)場執(zhí)行節(jié)點。
[0024]本實用新型降低了測控系統(tǒng)的工程費用和工程難度，使測控系統(tǒng)的精確性、實用性、經(jīng)濟性和靈活性大大增加，為提高生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)能降耗提供了條件;解決了現(xiàn)有技術的低壓電力線載波用到測控系統(tǒng)中存在干擾性強、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長、受負載影響大和可靠性不夠高等問題。
[0025]【附圖說明】
:
[0026]圖1為本實用新型裝置結構不意圖；
[0027]圖2為本實用新型耦合電路結構示意圖。
[0028]【具體實施方式】:
[0029]—種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，它包括控制芯片、調(diào)制解調(diào)器和耦合電路，控制芯片與調(diào)制解調(diào)器導線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸出端與D/A模塊導線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸入端與A/D模塊導線連接，AD模塊與接收濾波模塊導線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導線連接，接收放大電路與耦合電路導線連接。耦合電路與電源線連接。
[0030]所述耦合電路包括耦合變壓器Tl和耦合電容C51，耦合變壓器Tl與耦合電容C51連接，在耦合變壓器Tl的輸出側兩端并聯(lián)有瞬間抑制二極管TVS2，在耦合電路的電源線一側并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。
[0031]瞬間抑制二極管TVS2主要是吸收電路中電壓浪涌沖擊，對電路起著保護作用。
[0032]電力線上設備的接入和斷開都可能會產(chǎn)生尖峰脈沖或瞬時過電壓，所以在接入電力線一端的過電壓保護非常必要，否則容易燒壞電路，在本實用新型中采用瞬變抑制二極管TVS3來對來自電力線一端的過電壓進行消除，對電路進行保護。
[0033]所述調(diào)制解調(diào)器為數(shù)字式調(diào)整解調(diào)器，它采用FPGA構成，其型號為EP2C5T144C8。
[0034]本實用新型采用FPGA芯片EP2C5T144C8作為載波通信調(diào)制解調(diào)器，主要是為了解決調(diào)整解調(diào)器的容量和性能問題，Al tera公司低成本系列90nm工藝技術的Cy clone II型FPGA芯片EP2C5T144C8，是目前市場上性價比最高的一款FPGA芯片。有4608個邏輯單元等效為23萬邏輯門、119808比特存儲器、2個鎖相環(huán)、13個硬件乘法器模塊、26個嵌入式單元，每個單元4kbit，并且支持JTAG、AS、PS等配置方式。該芯片適用于本實用新型中作為調(diào)整解調(diào)器使用。
[0035]系統(tǒng)的控制芯片是采用一塊AVR控制芯片來實現(xiàn)，由于AVR芯片的性能指標需要和調(diào)整解調(diào)器的FPGA芯片匹配，由于本實用新型中調(diào)整解調(diào)器FPGA芯片的I/O電壓是3.3V，因此本實用新型需要選擇3.3V供電模式的AVR芯片，由于需要在外圍電路中設計外部按鍵，所以AVR芯片的I/O數(shù)量的選擇也是本實用新型的關鍵，其次就是其內(nèi)部的定時器數(shù)量和程序存儲器的大小是否能滿足電力載波的需要。綜合以上考慮，本實用新型選用AVR控制器中的ATmega 16，作為控制芯片，它是一種高性能、低功耗的8位微處理器，工作時鐘高達16MIPS，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、512字節(jié)的EEPR0M、lK字節(jié)的片內(nèi)SRAM，兩個8位定時器/計數(shù)器，具有獨立的比較器和預分頻器功能，一個16位定時器/計數(shù)器，具有預分頻器捕捉和比較功能。具有省電模式功能、44引腳的TQFP封裝、32個可編程的I/O口，在1MHZ、3V、25oC時正常功耗僅為1.1mA。
[0036]根據(jù)載波通信的需要，D/A和A/D模塊是載波通信調(diào)制解調(diào)中信號轉(zhuǎn)換的重要器件，本實用新型選用AD公司的AD9764作為D/A轉(zhuǎn)換芯片，選擇TI公司的TLC5510作為A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于AD9764的轉(zhuǎn)換速率最高可為105MSPS，TLC5510轉(zhuǎn)換速率為20MSPS，其采樣率完全能滿足測控載波通信系統(tǒng)的需要。
[0037]在信號調(diào)制發(fā)送中D/A模塊的重要性僅次于FGPA，AD9764是高速D/A轉(zhuǎn)換器，是一個可以兼容8位、10位、12位、14位的D/A轉(zhuǎn)換器，特別適用于通信系統(tǒng)的信道傳輸。由于是差分電流輸出，因此需要使用運算放大器把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。因此本實用新型采用高速低失真運放AD8009作為發(fā)送放大電路，并用大面積鋪銅接地的方式來減少干擾，提高D/A轉(zhuǎn)換的可靠性。
[0038]在接收信號的解調(diào)過程中A/D模塊是比較重要的器件，常規(guī)情況下A/D模塊位數(shù)越高，可以得到比較高的信噪比，但當A/D模塊的信噪比比輸入信號的信噪比高時，太高的位數(shù)無實際意義，A/D模塊噪比通過下述公式計算
[0039]SNR=6.02n+l.76dB+101g[fs/2B]
[0040]其中，fs是采樣頻率，B為A/D模塊帶寬，r^A/D模塊轉(zhuǎn)換位數(shù)；
[0041]本實用新型考慮到輸入載波信號較小時，容易受到數(shù)字系統(tǒng)干擾，在供電電源端通過并聯(lián)旁路電容的方式來提高A/D模塊穩(wěn)定性，減少數(shù)字系統(tǒng)的干擾，提高整個裝置的抗干擾能力，增加裝置的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和穩(wěn)定性。
[0042]在實際通信過程中，載波信號的強度總是在變化的，為了達到最佳的A/D模塊采樣效果，本實用新型在信號進入A/D模塊前對載波信號進行匹配，在本實用新型中采用0PA690運算放大器作為接收放大電路與A/D模塊進行匹配，0PA690構成電壓反饋運放，對信號穩(wěn)定增益有很大的作用。
[0043]接收濾波模塊和發(fā)送濾波模塊采用低通濾波器。
[0044]控制芯片上集成有串口調(diào)試接口、LED指示燈和按鍵。
【主權項】
1.一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，它包括控制芯片、調(diào)制解調(diào)器和耦合電路，其特征在于:控制芯片與調(diào)制解調(diào)器導線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸出端與D/A模塊導線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號輸入端與A/D模塊導線連接，AD模塊與接收濾波模塊導線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導線連接，接收放大電路與耦合電路導線連接，耦合電路與電源線連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:所述耦合電路包括耦合變壓器Tl和耦合電容C51，耦合變壓器Tl與耦合電容C51連接，在耦合變壓器Tl的輸出側兩端并聯(lián)有瞬間抑制二極管TVS2，在耦合電路的電源線一側并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:所述調(diào)制解調(diào)器為數(shù)字式調(diào)整解調(diào)器，它采用FPGA構成，其型號為EP2C5T144C8。4.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:所述控制芯片為AVR控制芯片，其型號為ATmega 16。5.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:D/A模塊芯片采用AD公司的AD9764構成;AD模塊芯片采用TI公司的TLC5510構成，并在TLC5510芯片的供電電源端并聯(lián)有旁路電容。6.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:接收濾波模塊和發(fā)送濾波模塊采用低通濾波器。7.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:發(fā)送放大電路采用AD8009構成，接收放大電路采用0PA690構成。8.根據(jù)權利要求1所述的一種用于測控系統(tǒng)的電力載波裝置，其特征在于:控制芯片上集成有串口調(diào)試接口、LED指示燈和按鍵。
【文檔編號】H04B3/56GK205693669SQ201620314013
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年4月15日 公開號201620314013.0, CN 201620314013, CN 205693669 U, CN 205693669U, CN-U-205693669, CN201620314013, CN201620314013.0, CN205693669 U, CN205693669U
【發(fā)明人】李澤滔, 夏磊
【申請人】貴州大學