基于低压电力线的智能载波模块的方案设计

本文详细的介绍了一款自主研究与设计的基于低压电力线的智能载波模块，通过数字示波器的实际测试及实验室内的现场调试，本设计能够可靠的通过低压电力线传送数据，传输距离1000m 左右，传送距离远，抗干扰能力强，可以广泛的运用于电力线抄表、路灯控制、楼宇自动化等多种场合

图中，N 点接220V 交流电的零线，A 点接220V 交流电的火线，同时作为系统的模拟 地COM 端。R3 和R4 通过串联接法构成通路，由分压公式可知，B 点的电压为6V。即电 压比较器U3A 的反向输入端被钳位于6V，N 点和A 点通过电阻R1，R2 和电容C1 也形成 回路，由电路原理可知，在电压比较器U3A 的同向输入端处形成和工频交流电同频率但幅 值降低的正弦交流电，当电压比较器U3A 的同向输入端电压高于反向输入端电压6V 时， 电压比较器U3A 的输出端输出10V 的高电平信号，当电压比较器U3A 的同向输入端电压 低于反向输入端电压6V 时，电压比较器U3A 的输出端输出0V 的低电平信号。因此，得到一定占空比的方波信号，作为P89LPC932 的外部中断输入信号。经计算可知，方波信号高 电平持续的时间为12ms，低电平持续的时间为8ms。
2.3.2 信号调制电路的设计
信号调制电路的功能主要是在 P89LPC932 接受到外部中断输入信号后，完成微控制器 所发送数据在低压电力线上的调制工作，从而实现数据在电力线上的传送。信号调制电路 硬件原理图如图3 所示。

图中，E 点是P89LPC932 进行信号调制的数据输入端，在传输一位数据“0”时，E 点 一直为幅值为10V 的高电平信号，此时，电压比较器U2C 的两个输入端为高电平状态，输 出端为低电平状态，大功率三极管T 的基极和发射极之间没有电压差，T 不导通，因而没 有零脉冲信号调制到低压电力线上；在传输一位数据“1”时，E 点出现一个持续时间很短 的低电平信号，（这个低电平信号的脉宽由R7、C4 和数据调制程序共同决定）。由于电容 C4 两端的电压不能突变，电压比较器U2C 的两个输入端出现一个零脉冲信号，输出端出现 一个脉宽相等幅值为10V 的脉冲信号，三极管T 基极和发射极之间出现电压差，三极管T 导通，从而使正弦交流电的火线和零线瞬时导通，在电力线上出现一个零脉冲信号。
2.3.2 信号解调电路的设计
信号解调电路的功能主要是把低压电力线上调制的信号从电力线上解调出来，发送给P89LPC932，供微控制器进行相应的处理。其硬件原理图如图4 所示：

图中，N 点为低压电力线的零线。电容C5 起到低频滤波的作用。电力线上调制的信号从N 进入解调电路。电阻R8、R9 构成分压电路，可知F 点电压直流分量为：

设计中，选取适当的电阻值，取 3.7 FV = V 。电容C5 和电阻R9 也构成分压电路，使R9 两端的正弦交流电电压幅值小于3.7V。保证电力线上传输一位数据“0”时电压比较器U3B 同向输入端电压一直高于反向输入端电压，G 点的输出一直为零。当电力线上传输一位数据“1”时，在正弦交流电6V 相位处出现零脉冲信号，因此在电压比较器U3B 同向输入端 将会瞬时产生一个幅值低于信号地的电压脉冲，使得电压比较器U3B 输出端产生一个脉冲 信号，经与非门的反向在G 点产生一个幅值为10V 的脉冲信号，经过光耦的隔离作用输入 给微控制器。