一种窄带载波通信模块的制作方法

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种可以实现温湿度采集的窄带载波通信模块。

背景技术：

燃煤供暖是一种传统的取暖方式，由于煤燃烧时会释放的大量粉尘及有害气体，易造成空气污染，破坏生态环境，且要耗费大量的不可再生资源，目前正逐渐被其他采暖方式所取代。在众多替代取暖方式中，干净又方便的电采暖是近几年冬季采暖的主流方法，政府也相继出台了一系列“煤改电”政策、电能替代、电采暖的优惠政策。

现有的电采暖设备的用电信息采集终端一般都是安装在每户家庭外墙的配电箱旁，但该采集终端不能直接获得户内的温湿度信息。如果要通过通信线缆的方式连接到户内的温湿度传感器，需要重新布线，不仅给用户带来不便，也增加了改造成本。在北方电采暖方式取代煤供暖方式试点工作的全面开展下，研发面向煤改电室内温湿度数据采集的新型通信模块已成为必然。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可以面向煤改电室内温湿度数据采集的窄带载波通信模块。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种窄带载波通信模块，包括：通信处理器、分别与所述通信处理器相连的温湿度采集单元和载波发送/接收电路、为所述通信处理器及载波发送/接收电路供电的电源模块；所述通信处理器为集成了单片机和电力线载波通信模块的芯片，所述通信处理器的VDD引脚接3.3V电压端，VDD引脚同时经第一电容接地；CREG管脚经并联的第二电容和第三电容后接地；OSCI引脚和OSCO引脚分别经第四电容和第五电容后接地，OSCI引脚和OSCO引脚之间连接有晶振；GND引脚接地；RST引脚经第六电容后接地；RXD引脚、TXD引脚、INTO引脚及TO引脚与仿真器相连；INT1引脚为测试引脚；P0.5、P0.6引脚与所述温湿度采集单元相连；VOUT引脚和VINCOM引脚与所述载波发送/接收电路相连；P0.0引脚经第七电容与P0.1引脚相连；RSSI引脚经第八电容接信号地，AGND引脚接信号地，VCOM引脚经第九电容接信号地，AVDD引脚经第一电感接3.3V电压端，并同时经第十电容接信号地；所述载波发送/接收电路包括接收滤波电路和发送放大电路，所述接收滤波电路和所述发送放大电路均分别通过电力线耦合电路与电力线相连，电力线上的载波信号由所述电力线耦合电路耦合后，经所述接收滤波电路输入所述通信处理器的VINCOM引脚，调制后的载波信号由所述通信处理器的VOUT引脚输出至所述发送放大电路，再经与所述发送放大电路相连的电力线耦合电路将信号注入到电力线中。

更具体的，所述通信处理器为中颖公司的型号为SH99F01的集成芯片。

更具体的，所述通信处理器的T1引脚和T2引脚为LED灯的控制输出引脚，分别与一LED灯相连。

更具体的，所述电力线耦合电路包括压敏电阻、第十一电容、耦合变压器以及瞬变二极管；电力线的火线和零线分别与耦合变压器高压侧的两个引脚相连，耦合变压器低压侧的一个引脚接信号地，另一个引脚与接收滤波电路的输入端或发送放大电路的输出端相连；所述第十一电容串接于电力线的零线N与耦合变压器高压侧的引脚之间；所述压敏电阻的一端与电力线的火线相连、另一端与零线相连；所述瞬变二极管并接于所述耦合变压器低压侧的两个引脚之间。

更具体的，所述接收滤波电路包括第一电阻、第十二电容、第十三电容、第二电感、第三电感、第十四电容、第十五电容、第一二极管、第二二极管及第十六电容；所述第一电阻的一端与所述电力线耦合电路的输出端相连、另一端经并联的第十二电容和第十三电容后与所述第二电感相连；所述第二电感的另一端与第十六电容相连，所述第十六电容的另一端与所述通信处理器的VINCOM引脚相连；所述第三电感、第十四电容、第十五电容的一端及所述第一二极管的负极、第二二极管的正极均接于所述第二电感和所述第十六电容之间，所述第三电感、第十四电容、第十五电容的另一端及所述第一二极管的正极、第二二极管的负极均接地。

更具体的，所述发送放大电路包括第二电阻、第三电阻、第一三极管、第四电阻、第二三极管、第五电阻、第六电阻、第三二极管、第四二极管、第七电阻、第三三极管及第十七电容；所述第二电阻的一端与所述通信处理器的VONT引脚相连、另一端与第一三极管的基极相连，所述第一三极管的发射极经第四电阻接信号地、集电极与第三二极管的负极相连；所述第三电阻的一端与所述第一三极管的基极相连、另一端接信号地；所述第二三极管的基极与所述第一二极管的集电极相连、集电极接信号地、发射极与所述第五电阻相连；所述第五电阻的另一端与所述第六电阻相连，所述第六电阻的另一端与所述第三三极管的发射极相连；所述第三二极管的正极与所述第四二极管的负极相连，所述第四二极管的正极与所述第七电阻相连，所述第七电阻的另一端接12V电压端；所述第三三极管的基极与所述第四二极管的正极相连、集电极接12V电压端；所述第十七电容的一端接于所述第五电阻和第六电阻之间，另一端与电力线耦合电路的输入端相连。

更具体的，所述第一三极管和第三三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

更具体的，所述电源模块包括降压芯片、第十八电容、第五二极管、第八电阻、第九电阻、第十九电容、第二十电容和第二十一电容；所述降压芯片的VOUT引脚接并联的第二十电容和第二十一电容后接地，所述第二十一电容的接地端同时与地测试点相连；所述降压芯片的VOUT引脚与所述第二十电容之间接3.3V电压测试点；所述降压芯片的GND引脚接地，VIN引脚与所述第五二极管的负极相连，所述第五二极管的正极与VDD端相连；所述第八电阻与所述第五二极管并联；所述第十八电容、第九电阻、第十九电容的一端均接于所述第五二极管的负极与所述降压芯片的Vin引脚之间，另一端均接地；所述降压芯片的VIN引脚与所述第十九电容之间接12V电压测试点。

更具体的，所述温湿度采集单元采用Sensirion公司的型号为SHT20的温湿度采集芯片。

更具体的，所述通信处理器、电源模块、载波发送/接收电路以及温湿度采集单元在同一个印制板中按区域进行隔离布局。

由以上技术方案可知，本实用新型的窄带载波通信模块具有温湿度采集单元，能通过电力线传输数据将室内的温湿度信息传送到室外的用电信息终端，由于载波信号可通过高压或低压电力线将有效信息进行传输，不需要重复布线就能实现安装，通信可靠性高，容易扩展、普及方便，可在空间环境复杂条件中保证通信的稳定性。并且本实用新型的通信处理器采用集成式芯片，封装尺寸小，大大减少布板成本以及布板面积，同时该集成芯片的输出引脚可直接输出正弦波，与通信处理器相连的载波接收/发送电路中的发送电路无需再设置方波向正弦波转换的电路，即可节约BOM成本，还增加了信号的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的框图；

图2为本实用新型实施例通信处理器的电路图；

图3为本实用新型实施例电力线耦合电路的电路图；

图4为本实用新型实施例接收滤波电路的电路图；

图5为本实用新型实施例发送放大电路的电路图；

图6为本实用新型实施例电源模块的电路图；

图7为本实用新型实施例LED灯电路的电路图；

图8为本实用新型实施例电路板布局图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的窄带载波通信模块，包括通信处理器、温湿度采集单元、电源模块以及载波发送/接收电路。通信处理器分别与温湿度采集单元和载波发送/接收电路相连，电源模块为通信处理器及载波发送/接收电路供电。

本实施例的通信处理器采用中颖公司的型号为SH99F01的集成芯片，如图2所示，通信处理器的VDD引脚接3.3V电压端，VDD引脚同时经第一电容C44接地；CREG管脚经并联的第二电容C46和第三电容C47后接地；OSCI引脚和OSCO引脚分别经第四电容C2和第五电容C3后接地，晶振XL1的一端与OSCI引脚相连、另一端与OSCO引脚相连；GND引脚接地，RST引脚经第六电容C43后接地；RXD引脚、TXD引脚、INTO引脚及TO引脚为调试烧录引脚，分别以插针孔形式引出，与仿真器相连，可以进行烧录程序以及仿真调试；INT1引脚为测试引脚，与测试点TP24相连，TP24为生产过程中为通信模块设地址时将INT1引脚拉低处理的测试点，T1引脚和T2引脚为LED灯的控制输出引脚，分别与一LED灯相连，当有数据传输时(发送或接收)，可点亮相应的LED灯(图7)；T2EX引脚、P0.7引脚、P0.4引脚、P0.3引脚和VIN引脚为空脚；P0.5、P0.6引脚为模拟IIC输出引脚，与温湿度采集单元相连，以获取温湿度采集单元采集的数据；VOUT引脚和VINCOM引脚分别作为载波的发送引脚和接收引脚，与载波发送/接收电路相连，与电力线载波进行通讯；P0.0引脚经第七电容C7与P0.1引脚相连；RSSI引脚经第八电容C6接信号地，AGND引脚接信号地，VCOM引脚经第九电容C5接信号地，AVDD引脚经第一电感L7接3.3V电压端，AVDD引脚同时经第十电容C39接信号地。

本实施例所采用的通信处理器集成了增强型8051兼容单片机和电力线载波通信模块，调制方式可分为扩频调制和窄带BPSK调制，封装尺寸为9x6mm，小于传统的载波芯片的封装尺寸，且输出引脚可直接输出正弦波，载波发送电路中不用再设置将方波转为正弦波的转换电路，既节约了BOM成本，还可以增加信号的稳定性。

载波发送/接收电路包括接收滤波电路和发送放大电路，接收滤波电路和发送放大电路均分别通过电力线耦合电路与电力线相连。电力线耦合电路与电力线相连，电力线上的载波信号由电力线耦合电路耦合后，经接收滤波电路输入通信处理器的VINCOM引脚，由通信处理器进行载波原始信号的解调以及处理，信号载波扩频调制后由通信处理器的VOUT引脚输出至发送放大电路，发送放大电路将信号功率放大后，通过与其相连的电力线耦合电路将信号耦合注入到电力线中，完成电力线上载波信号的传输。

与接收滤波电路相连的电力线耦合电路和与发送放大电路相连的电力线耦合电路的结构相同。如图3所示，电力线耦合电路包括压敏电阻MOV1、第十一电容C9、耦合变压器T2和瞬变二极管V15。电力线的火线L和零线N分别与耦合变压器T2高压侧的两个引脚(1、3)相连，在电力线的零线N与耦合变压器T2的引脚之间串接有第十一电容C9。压敏电阻MOV的一端与电力线的火线L相连、另一端与零线N相连。耦合变压器T2低压侧的两个引脚中，一个引脚(6)接信号地，另一个引脚(4)与接收滤波电路的输入端或发送放大电路的输出端相连，瞬变二极管V15并接于耦合变压器T2低压侧的两个引脚(4、6)之间。耦合变压器T2是强弱电之间信号互通的桥梁，其与第十一电容C9组成高通滤波器，可以滤除220v交流上的低频信号。

如图4所示，接收滤波电路包括第一电阻R3、第十二电容C13、第十三电容C14、第二电感L2、第三电感L1、第十四电容C12、第十五电容C11、第一二极管V14、第二二极管V13及第十六电容C10。第一电阻R3的一端与电力线耦合电路的输出端(耦合变压器T2的引脚4)相连、另一端经并联的第十二电容C13和第十三电容C14后与第二电感L2相连，第二电感L2的另一端与第十六电容C10相连，第十六电容C10的另一端与通信处理器的VINCOM引脚相连。第三电感L1、第十四电容C12、第十五电容C11的一端以及第一二极管V14的负极、第二二极管V13的正极均接于第二电感L2和第十六电容C10之间，第三电感L1、第十四电容C12、第十五电容C11的另一端以及第一二极管V14的正极、第二二极管V13的负极接地。

发送放大电路的输入端与通信处理器的VONT引脚相连。如图5所示，发送放大电路包括第二电阻R24、第三电阻R28、第一三极管V8、第四电阻R29、第二三极管V7、第五电阻R27、第六电阻R26、第三二极管V10、第四二极管V11、第七电阻R25、第三三极管V12及第十七电容C8。其中，第一三极管V8和第三三极管V12为NPN型三极管，第二三极管V7为PNP型三极管。第二电阻R24的一端与通信处理器的VONT引脚相连、另一端与第一三极管V8的基极相连，第一三极管V8的发射极经第四电阻R29接信号地，集电极与第三二极管V10的负极相连。第三电阻R28的一端与第一三极管V8的基极相连、另一端接信号地。第二三极管V7的基极与第一二极管V8的集电极相连，集电极接信号地，发射极与第五电阻R27相连，第五电阻R27的另一端与第六电阻R26相连，第六电阻R26的另一端与第三三极管V12的发射极相连。第三二极管V10的正极与第四二极管V11的负极相连，第四二极管V11的正极与第七电阻R5相连，第七电阻R25的另一端接12V电压端。第三三极管V12的基极与第四二极管V11的正极相连，集电极接12V电压端。第十七电容C8的一端接于第五电阻R27和第六电阻R26之间，另一端与电力线耦合电路的输入端相连(耦合变压器T2的引脚4)。

本实施例的电源模块将220V市电转换输出稳定的3.3V电压和12V电压，3.3V电压供通信处理器工作，12V电压供给载波发送/接收电路进行功率控制以及信号传输。如图6所示，电源模块包括降压芯片U10(WL2852K)、第十八电容C45、第五二极管V16、第八电阻R35、第九电阻R34、第十九电容C41、第二十电容C40和第二十一电容C42。降压芯片U10的VOUT引脚接并联的第二十电容C40和第二十一电容C42后接地，第二十一电容C42的接地端同时与地测试点TP13相连，降压芯片U10的VOUT引脚与第二十电容C40之间接3.3V电压测试点TP19。降压芯片U10的GND引脚接地，VIN引脚与第五二极管V16的负极相连，第五二极管V16的正极与VDD端(220V转12V)相连，第八电阻R35与第五二极管V16并联。第十八电容C45、第九电阻R34、第十九电容C41的一端均接于第五二极管V16的负极与降压芯片U10的Vin引脚之间，另一端均接地。降压芯片U10的VIN引脚与第十九电容C41之间接12V电压测试点TP25。

本实施例的温湿度采集单元采用Sensirion公司生产的型号为SHT20的温湿度采集芯片，温湿度采集芯片将采集到的室内温湿度数据传输给通信处理器，完成温湿度的采集。本实用新型的窄带载波通信模块外壳结构基于QGDW10646-2016智能插座技术规范设计，尺寸大小与室内墙体插座尺寸一致，便于安装。

如图7所示，本实用新型将通信处理器、电源模块、载波发送/接收电路以及温湿度采集单元在同一个印制板中按区域进行隔离布局，实现了产品的小型化，同时也在有限的空间内最大限度避免相互间电磁EMC干扰，保证了窄带载波通信的发送电平126dBuV、最大衰减后的通信电平19dBuV，以达到行业标准中常规性能参数要求。

本实用新型的窄带载波通信模块，由温湿度采集单元采集室内温湿度数据，并传输给通信处理器，经通信处理器处理后再发送到电力线上来完成数据采集以及信号的传输。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。