一種用于測(cè)控系統(tǒng)的電力載波裝置及其控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)控系統(tǒng)的電力載波裝置及其控制方法，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(dǎo)線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸出端與D/A模塊導(dǎo)線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導(dǎo)線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導(dǎo)線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接；調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸入端與A/D模塊導(dǎo)線連接，AD模塊與接收濾波模塊導(dǎo)線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導(dǎo)線連接，接收放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接，耦合電路與電源線連接；解決了現(xiàn)有技術(shù)的低壓電力線載波用到測(cè)控系統(tǒng)中存在干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長(zhǎng)、受負(fù)載影響大和可靠性不夠高等問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于測(cè)控系統(tǒng)的電力載波裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于載波通信技術(shù)，尤其涉及一種用于測(cè)控系統(tǒng)的電力載波裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種技術(shù)。自20世紀(jì)20年代電力線載波通信推出以來(lái)，PLC已經(jīng)被成熟而有效地應(yīng)用于電力系統(tǒng)、安防控制、路燈控制、抄表系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。它具有通道可靠性好，抗破壞能力強(qiáng)，投資少，不需要架設(shè)專(zhuān)用線路等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。
[0003]作為通信技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)大量的運(yùn)用了電力載波技術(shù)，由于它的實(shí)用性以及巨大的市場(chǎng)前景，迅速被各家公司爭(zhēng)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(shí)際的鋪線工程，優(yōu)勢(shì)明顯。將電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用到測(cè)控系統(tǒng)中，為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)和重要生活設(shè)施系統(tǒng)提供一種新型的低成本的通信方式，但是在測(cè)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸存在干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，存在著傳輸距離不夠長(zhǎng)、受負(fù)載影響大和可靠性不夠高的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:提供一種用于測(cè)控系統(tǒng)的電力載波裝置及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的低壓電力線載波用到測(cè)控系統(tǒng)中存在干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長(zhǎng)、受負(fù)載影響大和可靠性不夠高等問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案:
一種用于測(cè)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(dǎo)線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸出端與D/A模塊導(dǎo)線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導(dǎo)線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導(dǎo)線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸入端與A/D模塊導(dǎo)線連接，AD模塊與接收濾波模塊導(dǎo)線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導(dǎo)線連接，接收放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接。耦合電路與電源線連接。
[0006]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(cè)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(cè)并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。
[0007]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(gòu)成，其型號(hào)為EP2C5T144C8。
[0008]所述控制芯片為AVR控制芯片，其型號(hào)為ATmegal6。
[0009]D/A模塊芯片采用AD公司的AD9764構(gòu)成;AD模塊芯片采用TI公司的TLC5510構(gòu)成，并在TLC5510芯片的供電電源端并聯(lián)有旁路電容。
[0010]接收濾波模塊和發(fā)送濾波模塊采用低通濾波器。
[0011]發(fā)送放大電路采用AD8009構(gòu)成，接收放大電路采用0PA690構(gòu)成。
[0012]控制芯片上集成有串口調(diào)試接口、LED指示燈和按鍵。
[0013]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:
步驟1、控制芯片接收來(lái)自外部按鍵的電平信號(hào)，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(jìn)行信號(hào)的發(fā)送處理；
步驟2、經(jīng)過(guò)調(diào)整解調(diào)器處理后的數(shù)字載波信號(hào)首先經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，生成模擬載波信號(hào)；為了濾除模擬載波信號(hào)中波形的高頻諧波成份，在D/A轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行低通濾波，然后通過(guò)發(fā)送放大電路和耦合電路將載波信號(hào)上載到電力線上，完成載波信號(hào)的發(fā)送控制。
[0014]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:
步驟1、在接收載波信號(hào)時(shí)，耦合電路從電力線信道下載載波信號(hào)；
步驟2、接收濾波模塊濾除載波信號(hào)中的雜波，送入A/D模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字載波信號(hào)；步驟3、數(shù)字載波信號(hào)在調(diào)整解調(diào)器中進(jìn)行解調(diào)后，復(fù)原出發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)，送入控制芯片判斷是否為本節(jié)點(diǎn)控制命令；
步驟4、是本節(jié)點(diǎn)控制命令則進(jìn)行處理。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)將電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用到測(cè)控系統(tǒng)中，為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)和重要生活設(shè)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。本發(fā)明適合于測(cè)控系統(tǒng)的電力線載波數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)本發(fā)明提高了電力載波通信在測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸中的可靠性、實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。本發(fā)明設(shè)計(jì)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(chǎng)的工業(yè)數(shù)據(jù)通過(guò)電力線載波通信方式及時(shí)可靠的傳送到測(cè)控主機(jī)，同時(shí)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地將各種控制命令通過(guò)電力線載波通信方式傳送至各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)。
[0016]本發(fā)明降低了測(cè)控系統(tǒng)的工程費(fèi)用和工程難度，使測(cè)控系統(tǒng)的精確性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)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(shù)的低壓電力線載波用到測(cè)控系統(tǒng)中存在干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性差，存在著傳輸距離不夠長(zhǎng)、受負(fù)載影響大和可靠性不夠高等問(wèn)題。
[0017]【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明耦合電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
一種用于測(cè)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(dǎo)線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸出端與D/A模塊導(dǎo)線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導(dǎo)線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導(dǎo)線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸入端與A/D模塊導(dǎo)線連接，AD模塊與接收濾波模塊導(dǎo)線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導(dǎo)線連接，接收放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接。耦合電路與電源線連接。
[0019]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(cè)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(cè)并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。
[0020]瞬間抑制二極管TVS2主要是吸收電路中電壓浪涌沖擊，對(duì)電路起著保護(hù)作用。
[0021]電力線上設(shè)備的接入和斷開(kāi)都可能會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖或瞬時(shí)過(guò)電壓，所以在接入電力線一端的過(guò)電壓保護(hù)非常必要，否則容易燒壞電路，在本發(fā)明中采用瞬變抑制二極管TVS3來(lái)對(duì)來(lái)自電力線一端的過(guò)電壓進(jìn)行消除，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。
[0022]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(gòu)成，其型號(hào)為EP2C5T144C8。
[0023]本發(fā)明采用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(wèn)題，Altera公司低成本系列90nm工藝技術(shù)的CycloneII型FPGA芯片EP2C5T144C8，是目前市場(chǎng)上性?xún)r(jià)比最高的一款FPGA芯片。有4608個(gè)邏輯單元等效為23萬(wàn)邏輯門(mén)、119808比特存儲(chǔ)器、2個(gè)鎖相環(huán)、13個(gè)硬件乘法器模塊、26個(gè)嵌入式單元，每個(gè)單元4kbit，并且支持JTAG、AS、PS等配置方式。該芯片適用于本發(fā)明中作為調(diào)整解調(diào)器使用。
[0024]系統(tǒng)的控制芯片是采用一塊AVR控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于AVR芯片的性能指標(biāo)需要和調(diào)整解調(diào)器的FPGA芯片匹配，由于本發(fā)明中調(diào)整解調(diào)器FPGA芯片的I/O電壓是3.3V，因此本發(fā)明需要選擇3.3V供電模式的AVR芯片，由于需要在外圍電路中設(shè)計(jì)外部按鍵，所以AVR芯片的I/O數(shù)量的選擇也是本發(fā)明的關(guān)鍵，其次就是其內(nèi)部的定時(shí)器數(shù)量和程序存儲(chǔ)器的大小是否能滿足電力載波的需要。綜合以上考慮，本發(fā)明選用AVR控制器中的ATmegaieJtS控制芯片，它是一種高性能、低功耗的8位微處理器，工作時(shí)鐘高達(dá)16MIPS，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash、512字節(jié)的EEPROM、IK字節(jié)的片內(nèi)SRAM，兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有獨(dú)立的比較器和預(yù)分頻器功能，一個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有預(yù)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(gè)可編程的I/O口，在1MHZ、3V、25oC時(shí)正常功耗僅為1.1mA0
[0025]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(hào)轉(zhuǎn)換的重要器件，本發(fā)明選用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(cè)控載波通信系統(tǒng)的需要。
[0026]在信號(hào)調(diào)制發(fā)送中D/A模塊的重要性?xún)H次于FGPA，AD9764是高速D/A轉(zhuǎn)換器，是一個(gè)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(yùn)算放大器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。因此本發(fā)明采用高速低失真運(yùn)放AD8009作為發(fā)送放大電路，并用大面積鋪銅接地的方式來(lái)減少干擾，提高D/A轉(zhuǎn)換的可靠性。
[0027]在接收信號(hào)的解調(diào)過(guò)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(dāng)A/D模塊的信噪比比輸入信號(hào)的信噪比高時(shí)，太高的位數(shù)無(wú)實(shí)際意義，A/D模塊噪比通過(guò)下述公式計(jì)算
SNR=6.02n+l.76dB+101g[fs/2B]
其中，fs是采樣頻率，B為A/D模塊帶寬，n為A/D模塊轉(zhuǎn)換位數(shù)；
本發(fā)明考慮到輸入載波信號(hào)較小時(shí)，容易受到數(shù)字系統(tǒng)干擾，在供電電源端通過(guò)并聯(lián)旁路電容的方式來(lái)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(gè)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。
[0028]在實(shí)際通信過(guò)程中，載波信號(hào)的強(qiáng)度總是在變化的，為了達(dá)到最佳的A/D模塊采樣效果，本發(fā)明在信號(hào)進(jìn)入A/D模塊前對(duì)載波信號(hào)進(jìn)行匹配，在本發(fā)明中采用0PA690運(yùn)算放大器作為接收放大電路與A/D模塊進(jìn)行匹配，0PA690構(gòu)成電壓反饋運(yùn)放，對(duì)信號(hào)穩(wěn)定增益有很大的作用。
[0029]接收濾波模塊和發(fā)送濾波模塊采用低通濾波器。
[0030]控制芯片上集成有串口調(diào)試接口、LED指示燈和按鍵。
[0031]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:
步驟1、控制芯片接收來(lái)自外部按鍵的電平信號(hào)，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(jìn)行信號(hào)的發(fā)送處理；
步驟2、經(jīng)過(guò)調(diào)整解調(diào)器處理后的數(shù)字載波信號(hào)首先經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，生成模擬載波信號(hào)；為了濾除模擬載波信號(hào)中波形的高頻諧波成份，在D/A轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行低通濾波，然后通過(guò)發(fā)送放大電路和耦合電路將載波信號(hào)上載到電力線上，完成載波信號(hào)的發(fā)送控制。
[0032]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:
步驟1、在接收載波信號(hào)時(shí)，耦合電路從電力線信道下載載波信號(hào)；
步驟2、接收濾波模塊濾除載波信號(hào)中的雜波，送入A/D模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字載波信號(hào)；步驟3、數(shù)字載波信號(hào)在調(diào)整解調(diào)器中進(jìn)行解調(diào)后，復(fù)原出發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)，送入控制芯片判斷是否為本節(jié)點(diǎn)控制命令；
步驟4、是本節(jié)點(diǎn)控制命令則進(jìn)行處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于測(cè)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(dǎo)線連接，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸出端與D/A模塊導(dǎo)線連接，D/A模塊與發(fā)送濾波模塊導(dǎo)線連接，發(fā)送濾波模塊與發(fā)送放大電路導(dǎo)線連接，發(fā)送放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接;調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)輸入端與A/D模塊導(dǎo)線連接，AD模塊與接收濾波模塊導(dǎo)線連接，接收濾波模塊與接收放大電路導(dǎo)線連接，接收放大電路與耦合電路導(dǎo)線連接，耦合電路與電源線連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(cè)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(cè)并聯(lián)有瞬變抑制二極管TVS3。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(gòu)成，其型號(hào)為EP2C5T144C8。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(hào)為ATmega 16。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(gòu)成;AD模塊芯片采用TI公司的TLC5510構(gòu)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(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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(gòu)成，接收放大電路采用0PA690構(gòu)成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)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。9.如權(quán)利要求1-8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: 步驟1、控制芯片接收來(lái)自外部按鍵的電平信號(hào)，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(jìn)行信號(hào)的發(fā)送處理； 步驟2、經(jīng)過(guò)調(diào)整解調(diào)器處理后的數(shù)字載波信號(hào)首先經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，生成模擬載波信號(hào)；為了濾除模擬載波信號(hào)中波形的高頻諧波成份，在D/A轉(zhuǎn)換之后進(jìn)行低通濾波，然后通過(guò)發(fā)送放大電路和耦合電路將載波信號(hào)上載到電力線上，完成載波信號(hào)的發(fā)送控制。10.如權(quán)利要求1-8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: 步驟1、在接收載波信號(hào)時(shí)，耦合電路從電力線信道下載載波信號(hào)； 步驟2、接收濾波模塊濾除載波信號(hào)中的雜波，送入A/D模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字載波信號(hào)； 步驟3、數(shù)字載波信號(hào)在調(diào)整解調(diào)器中進(jìn)行解調(diào)后，復(fù)原出發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)，送入控制芯片判斷是否為本節(jié)點(diǎn)控制命令； 步驟4、是本節(jié)點(diǎn)控制命令則進(jìn)行處理。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK105915267SQ201610232940
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月15日
【發(fā)明人】李澤滔, 夏磊
【申請(qǐng)人】貴州大學(xué)