電力載波數(shù)據(jù)通信 設(shè)計(jì)報(bào)告

1、四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力載波數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)專業(yè)名稱： G13電子信息工程技術(shù) 課程名稱： 模擬電子技術(shù) 課題名稱： 電力載波通訊設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人員： 王麗丹 指導(dǎo)教師： 王婷婷 2014年6月15日1課程設(shè)計(jì)報(bào)告書評(píng)閱頁(yè)課題名稱：電力載波通信設(shè)計(jì)班 級(jí)：G13電子信息工程技術(shù)2班姓 名： 2014年 月 日 指導(dǎo)師評(píng)語(yǔ)：考核成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 2014年 月 日模擬電路電路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課題名稱：模擬電路載波數(shù)據(jù)通信的設(shè)計(jì)二、技術(shù)指標(biāo)：1. 無(wú)需架設(shè)專門的通訊電纜，安裝方便，實(shí)現(xiàn)低壓220V電線中傳輸信號(hào)2. 低功耗、可實(shí)現(xiàn)單發(fā)多接收，也可實(shí)現(xiàn)半雙工通訊。 3采用模糊算法，抗干擾能力強(qiáng)，通信

2、 距離遠(yuǎn)，非常適合國(guó)內(nèi)復(fù)雜多變的電網(wǎng)環(huán)境。三、要求：1. 畫出電路原理圖（或仿真電路） 2. 元器件及參數(shù)選擇 3. 電路仿真與調(diào)試 指導(dǎo)教師:學(xué) 生:電子工程系 摘要低壓電力線載波通信技術(shù)是利用現(xiàn)有的電力線作為信號(hào)傳輸信道來實(shí)現(xiàn)一對(duì)一、一對(duì)多或多對(duì)多的通信技術(shù)。在本設(shè)計(jì)中主要實(shí)現(xiàn)主從通信，為交通信號(hào)燈系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳送。本設(shè)計(jì)采用HLPLCS520來設(shè)計(jì)電力線載波模塊。在本設(shè)計(jì)中，采用的發(fā)送與接收雙獨(dú)立鍵盤控制信號(hào)燈傳輸信號(hào)。本設(shè)計(jì)是基于HLPLCS520的電力線載波模塊，其硬件部分包括載波耦合電路、信號(hào)發(fā)送電路（信號(hào)功率放大電路和輸出功率控制電路）、濾波接收單元（接收濾波電路和解調(diào)電路

3、）等。在完成本設(shè)計(jì)硬件部分的理論分析后，進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果做進(jìn)一步的分析。關(guān)鍵字: AT89C52、載波、通信、目錄第一章、設(shè)計(jì)目的5第二章、設(shè)計(jì)方案51 設(shè)計(jì)指標(biāo)52. 設(shè)計(jì)要求53. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告5第三章、控制模塊6第四章、載波模塊71載波芯片72電源電路103 發(fā)送功放電路104 接收濾波電路105 過零檢測(cè)電路106 載波信號(hào)耦合11第五章、程序設(shè)計(jì)11第六章、問題分析13第七章、小結(jié)14第八章、 附錄151元器件清單152 電力載波原理圖153 電力載波PCB圖17第一章、 設(shè)計(jì)目的低壓電力線載波通信是利用低壓配電線（220V 用戶線）作為信息傳輸媒介，通過載波方式將模擬或

4、數(shù)字信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。電力網(wǎng)作為電能輸送的專用網(wǎng)絡(luò)，是國(guó)家基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之一。其網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)質(zhì)量、機(jī)械強(qiáng)度、安全經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等都是經(jīng)過反復(fù)論證合理優(yōu)化的。它的覆蓋面之廣、容量之大是任何網(wǎng)絡(luò)都不能相比的。因此，電力網(wǎng)是一種優(yōu)質(zhì)的不可多得的資源。第二章、設(shè)計(jì)方案1 設(shè)計(jì)指標(biāo)1. 無(wú)需架設(shè)專門的通訊電纜，安裝方便，實(shí)現(xiàn)低壓220V電線中傳輸信號(hào)2. 低功耗、可實(shí)現(xiàn)單發(fā)多接收 3采用模糊算法，抗干擾能力強(qiáng)，通信 距離遠(yuǎn)，非常適合國(guó)內(nèi)復(fù)雜多變的電網(wǎng)環(huán)境。2. 設(shè)計(jì)要求畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；元器件及參數(shù)選擇；電路仿真與調(diào)試；3. 編寫設(shè)計(jì)報(bào)告寫出設(shè)計(jì)與制作的全過程，附上有關(guān)資料和

5、圖紙，心得體會(huì)。第三章、控制模塊隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，單片機(jī)的通信功能越來越顯得重要。單片機(jī)通信是指單片機(jī)與計(jì)算機(jī)或者單片機(jī)之間的信息交流。 通信有并行和串行兩種，在單片機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，信息多是采用串行通信方式，串行通信也是單片機(jī)與外界信息交流的最基礎(chǔ)的通信方式。單片機(jī)異步串行半雙工通信能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，但如果在傳輸過程中不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的話，那么數(shù)據(jù)信息會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩馗蓴_而導(dǎo)致信息丟失，這時(shí)電力載波通信就是一種可行的方法，通過電力載波模塊的作用，可以將單片機(jī)的數(shù)據(jù)信息耦合到電力線上去進(jìn)行較遠(yuǎn)的距離傳送。一般采用擴(kuò)頻編碼的方式，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸可

6、靠，這樣就克服單片機(jī)串行通信的缺點(diǎn)。9腳 復(fù)位電路 ， 18、19腳 晶振電路 ， P0口腳 信號(hào)燈 P2口獨(dú)立鍵盤，RXD/TXD串行口發(fā)送/接收第四章、載波模塊HL-PLC 載波通訊模塊，采用FSK 通訊方式，軟件采用超級(jí)模糊算法，即使傳輸信號(hào)被干擾或丟失達(dá)40%，也能準(zhǔn)確還原出原載波信號(hào)，通訊穩(wěn)定，抗干擾能力超強(qiáng)。載波中心頻率110K，模塊可以在過零發(fā)送模式和正常發(fā)送模式間自由切換。正常模式發(fā)送：載波線上有效數(shù)據(jù)速率可達(dá)8Kbit/（800Byte/s）過零模式發(fā)送：載波線上數(shù)據(jù)速率為100Byte/s無(wú)論過零還是正常發(fā)送模式，載波實(shí)際數(shù)據(jù)速率都遠(yuǎn)超目前國(guó)內(nèi)大部分載波廠家的通訊模塊。正常

7、模式速度快，但是抗干擾能力弱，適合負(fù)載輕干擾少的線路環(huán)境；過零模式速度稍慢，抗干擾能力強(qiáng)，適合絕大部分線路環(huán)境。串口通訊速率1200、2400、4800、9600 可選。1載波芯片HLPLCS520F 是一顆專為電力線載波通訊設(shè)計(jì)的，高集成度的FSK 調(diào)制與解調(diào)芯片。芯片內(nèi)部集成高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和FSK 調(diào)制解調(diào)器，解調(diào)器具有較低的靈敏度和強(qiáng)的抗干擾性能，可適應(yīng)各種復(fù)雜的電力線信道環(huán)境。廣泛應(yīng)用于各類交流、直流載波模塊和通訊線直連的通訊模塊中。芯片采用TSSOP20超小封裝設(shè)計(jì)，配合簡(jiǎn)單的外圍電路，可設(shè)計(jì)出高性能、超小體積的載波通訊模塊。可設(shè)計(jì)出高性能、超小體積的載波通訊模塊。芯片

8、工作溫度-40到85，工作電壓3.3V 到5.5V。芯片串口格式為：波特率1200、2400、4800、9600bit/s 可選,1 個(gè)起始位，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，1 個(gè)停止位，偶校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn)可選。FSK 調(diào)制信號(hào)為110KHz 方波，帶寬20KHz，可在正常發(fā)送模式和過零發(fā)送模式之間自由切換。正常發(fā)送模式下載波有效數(shù)據(jù)速率為800Byte/s,過零發(fā)送模式下載波有效數(shù)據(jù)速率為100Byte/s?？驁D：引腳及描述：芯片電路：2電源電路主要采用整流橋、MC7805和MC7812穩(wěn)壓電源1腳輸入，2腳公共端，3腳輸出端3 發(fā)送功放電路功率放大電路采用一顆P+N 溝道的復(fù)合Mos 管US6M2TR 作為放

9、大驅(qū)動(dòng)芯片，芯片將5V 的方波FSK_OUT 信號(hào)提升到VPLC 電壓的方波信號(hào)，然后經(jīng)過L1 和C2 組成的濾波器將方波轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)。R4、R5 為Mos 管過流保護(hù)電阻，在變壓器供電，發(fā)送功率不大的情況下可省略。TS1 是P 溝道Mos 管反向保護(hù)二極管，應(yīng)選用低導(dǎo)通電壓的肖特基二極管。4 接收濾波電路接收濾波電路前端采用RLC 帶通濾波器設(shè)計(jì)，后經(jīng)2 級(jí)三極管放大，再進(jìn)過一個(gè)三極管整形，將正弦小信號(hào)放大整形成方波信號(hào)給載波芯片解析。5 過零檢測(cè)電路過零檢測(cè)電路，將220V 交流信號(hào)進(jìn)行全波整流后驅(qū)動(dòng)光耦產(chǎn)生過零信號(hào)，芯片過零檢測(cè)為下降沿有效。6 載波信號(hào)耦合載波信號(hào)耦合變壓器采用1m

10、H：1mH 的耦合線圈，安規(guī)電容C10的容量應(yīng)0.1uF,耐壓不小于275V。第五章、程序設(shè)計(jì)/發(fā)送程序/#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint temp;void keyscan();void send(uint k);void delay(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void init()TMOD=0X20;/定時(shí)器1 波特率9600/TH1=0XFD;TL0=0XFD;TR1=1;REN=1;SM0=0; SM1=1;EA=1;ES=

11、1;void send(uint k) SBUF=k;while(!TI);TI=0;void main()init();while(1)keyscan();void keyscan()temp=P2;if(temp!=0xff)delay(10);if(temp!=0xff)temp=P2;switch(temp)case 0xfe:send(temp);break;case 0xfd:send(temp);break;case 0xfb: send(temp);break;case 0xf7:send(temp);break;case 0xef:send(temp);break;case

12、0xdf:send(temp);break;case 0xbf:send(temp);break; case 0x7f: send(temp);break; while(temp!=0xff);void ser() interrupt 4uchar a;RI=0;a=SBUF;P0=a;第六章、問題分析模塊上電（復(fù)位）時(shí)S1、S2 會(huì)同時(shí)閃爍，如不閃爍應(yīng)確認(rèn)Vplc 電源是否正確接入，電壓是否符合要求（6.5-20V 直流電），復(fù)位端RST 是否為高電平。模塊串口速率和發(fā)送模式都是可以通過外接端口設(shè)置的，在測(cè)試前因確認(rèn)串口的通訊格式和模塊的發(fā)送模式，正確選擇串口格式和模塊的發(fā)送模式。模塊的設(shè)置

13、端在線路板上有高、低電平短接點(diǎn)，可直接在線路板上短接設(shè)置，或者連接CPU 進(jìn)行設(shè)置，串口格式只在上電（復(fù)位）時(shí)設(shè)置有效，模塊的發(fā)送模式在工作中可以任意切換。模塊默認(rèn)串口9600、偶校驗(yàn)、8 數(shù)據(jù)位、1 停止為，正常發(fā)送模式。模塊正常工作后。如果發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)S1 不閃爍，需檢查RXD、TXD 和用戶的收發(fā)端是否接反；如果模塊工作在過零模式下，還應(yīng)確認(rèn)交流220V 信號(hào)是否正確接入。如果模塊接收不到數(shù)據(jù)，可以直接將兩只通訊模塊L 和N 對(duì)接，不接入220V網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送選擇正常模式測(cè)試模塊的收發(fā)，確認(rèn)模塊的收發(fā)功能是否正常。收發(fā)正常后再接入220V 線路測(cè)試。第七章、小結(jié)在電力載波模塊這方面還不是特別理

14、想，仍然還是有時(shí)候會(huì)有點(diǎn)小問題，但是基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了要求的功能。在雙機(jī)通信這方面，本報(bào)告設(shè)計(jì)較為成功，完全實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)通信所要求的全部功能，兩片單片機(jī)之間能夠完全按照人的意志進(jìn)行通信，并且很完美，沒有錯(cuò)誤，所要求的功能全部實(shí)現(xiàn)了?？傊ㄟ^這次電力載波模塊通信設(shè)計(jì)，在長(zhǎng)時(shí)間的翻書和查閱資料之中，加深了單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的理解，特別是在單片機(jī)串行通信方面，更是受益頗深。在實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信之后，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)電力載波通信一直是一個(gè)大問題，在買到模塊之后查閱各種資料，嘗試各種方案都未能成功，最后網(wǎng)上通過詢問最終解決問題，盡管走了不少?gòu)澛?，但是我們最后還是成功了，心里還是蠻高興的?？傊犨^這次電力載波設(shè)計(jì)，在這次

15、的學(xué)習(xí)之中學(xué)到了不少更是體驗(yàn)到學(xué)習(xí)單片機(jī)的樂趣，鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作能力和個(gè)人的思考問題的方式和方法。第八章、 附錄1元器件清單元件標(biāo)號(hào)數(shù)量制造商貼片電容100nF-0805-5%(X7R)C2,C52三星貼片電容100nF-0805-10%(X7R)C1, C3, C4, C9,C145三星貼片電容18pF-0805-5%(COG)C6, C82三星貼片電容22nF-0805-5%(X7R)C7, C16, C17,C11, C125三星貼片電容4.7nF-0805-5%(X7R)C13, C152三星貼片鉭電容47uF/10V（B型）E11AVX貼片電阻100-0805-1%R1, R3, R7

16、, R18, R22, R246厚聲貼片電阻10k-0805-1%R2, R16, R173厚聲貼片電阻0.5-0805-1%R4, R52厚聲貼片電阻5.1k-0805-1%R6, R21, R233厚聲貼片電阻1.2k-0805-1%R8, R9, R12, R14, R195厚聲貼片電阻20k-0805-1%R11, R132厚聲貼片電阻68k-0805-1%R151厚聲貼片電阻470-0805-1%R201厚聲TDK貼片電感100uH-1210-10%L31TDKTDK貼片電感470uH-1210-10%L41TDK貼片三極管S8050Q1, Q2, Q33長(zhǎng)電貼片二極管SS14TS1

17、1TOS貼片TVS管P6KE22CATVS11VISHAY貼片MOS管US6M2TRV11ROHM穩(wěn)壓器7805ST貼片光耦P2501 PS2501L-1-F3-U21RENESAS貼片功率電感22uH-CD54-10%L11國(guó)產(chǎn)貼片整流橋MB6SD11SEP芯片HLPLCS520FU11插件電阻220K-1WR101國(guó)產(chǎn)插件晶振16M-49SG11國(guó)產(chǎn)傳輸變壓器1mH:1mHT11按規(guī)電容0.1u/275VC101TC穩(wěn)壓電源1N4007直插4國(guó)產(chǎn)2200uF電容16V2200直插10X201國(guó)產(chǎn)2 電力載波原理圖3 電力載波PCB圖參考文獻(xiàn): 1 張志科.電源技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀J.忻州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2004, 20(2):82-84. 2 劉銳.交流寬帶凈化電源電路及其它J.電聲技術(shù),2003(2):74-75.3 魏永靜.電力線擴(kuò)頻載波技術(shù)在抄表中的應(yīng)用J.自動(dòng)化與儀 器儀表,2005(6):50-51. 4 程菊花.基于單片機(jī)