一种电力线载波通信装置的制作方法

本实用新型涉及载波通信领域，特别是涉及一种电力线载波通信装置。

背景技术：

目前，由于低压电力线上负载情况复杂、输入阻抗、噪声等的影响因素，使得低压电力线载波通信技术的推广受到的限制较大。

低压电力线载波通信技术指的是利用电力线作为信号传输信道，实现一对一、一对多或多对多的通信技术。利用低压电力线进行数据传输，不需要重新布线，且覆盖范围广，即能节约资源，也使得信号不会受到建筑物墙壁的影响。低压电力线载波技术的广泛应用能产生较大的经济效益，例如，对于供电部门抄表系统来说，低压电力线载波技术能够提高运行可靠性。此外，低压电力线载波通信技术还可以应用于可见光通信技术中，更具体地，其可以应用于智能终端辅助的LED室内定位光源网络系统。

低压电力线载波通信技术一般通过电力线载波通信装置体现，而现有的电力线载波通信装置在传输过程中，由于电网中不稳定的电涌或者其他影响因素，容易造成信号传输异常，最终导致信号失真。基于上述情况，如何提高电力线载波通信装置的信号保真率是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电力线载波通信装置，目的在于解决现有技术中电力线载波通信装置的信号保真率较低的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电力线载波通信装置，该装置包括：

调制解调芯片、与所述调制解调芯片相连的发送功率放大电路、与所述调制解调芯片相连的接收滤波放大电路、与所述发送功率放大电路以及所述接收滤波放大电路均相连的信号耦合电路、与所述调制解调芯片相连且用于校验接收信号是否失真的微控制器以及与所述调制解调芯片相连的过零检测电路。

可选地，所述过零检测电路包括用于产生过零信号的光耦元件、第一电容、第一二极管、第一电阻以及第二电阻；

其中，所述第一电容一端与所述光耦元件相连，另一端接地；所述第一电阻一端与所述光耦元件相连，另一端接地；所述第一二极管的第一端以及第二端均与所述光耦元件相连；所述第二电阻一端分别与所述光耦元件以及所述第一二极管的第二端相连。

可选地，所述接收滤波放大电路包括用于放大所述接收信号的运算放大器。

可选地，所述调制解调芯片内的电力线载波芯片具体为HLPLCS521F芯片，其中，所述HLPLCS521F芯片有多路短路点，将所述短路点进行自由组合，以选择所述电力线载波通信装置的发送模式、通信速率以及校验与否。

可选地，还包括与所述调制解调芯片相连的指示灯电路，用于根据所述调制解调芯片的工作状态，显示不同的指示灯。

可选地，还包括与所述调制解调芯片相连的过流保护电路，所述过流保护电路包括第二电容，所述第二电容一端与电源相连，另一端接地。

可选地，还包括一端与电源相连，另一端与所述微控制器以及所述调制解调芯片均相连的电源稳压电路，用于为所述微控制器以及所述调制解调芯片提供稳定电压。

本实用新型提供的一种电力线载波通信装置，该装置包括调制解调芯片、与上述调制解调芯片相连的发送功率放大电路、与上述调制解调芯片相连的接收滤波放大电路、与上述发送功率放大电路以及上述接收滤波放大电路均相连的信号耦合电路、与上述调制解调芯片相连且用于校验接收信号是否失真的微控制器以及与上述调制解调芯片相连的过零检测电路。通过具有校验功能的微控制器，对接收信号进行校验，判断其在传输过程中是否失真，使得信号的保真率较高。且利用过零检测电路进行过零检测，进一步提高信号的保真率。可见，本申请有利于提高电力线载波通信装置的信号保真率。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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所提供的电力线载波通信装置的结构示意框图；

图2为本实用新型实施例所提供的包含HLPLCS521F芯片的调制解调芯片示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的发送功率放大电路的一种具体实施方式的电路图；

图4为本实用新型实施例所提供的信号耦合电路的一种具体实施方式的电路图；

图5为本实用新型实施例所提供的接收滤波放大电路的一种具体实施方式的电路图；

图6为本实用新型实施例所提供的过零检测电路的一种具体实施方式的电路图；

图7为本实用新型所提供的指示灯电路的一种具体实施方式的电路图；

图8为本实用新型实施例所提供的过流保护电路的一种具体实施方式的电路图；

图9为本实用新型实施例所提供的电源稳压电路的一种具体实施方式的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，图1为本实用新型实施例所提供的电力线载波通信装置的结构示意框图，该装置可以包括：

调制解调芯片11、与上述调制解调芯片相连的发送功率放大电路12、与上述调制解调芯片相连的接收滤波放大电路13、与上述发送功率放大电路以及上述接收滤波放大电路均相连的信号耦合电路14、与上述调制解调芯片相连且用于校验接收信号是否失真的微控制器15以及与上述调制解调芯片相连的过零检测电路16。

需要说明的是，上述调制解调芯片包括调制解调芯片以及一些必要的电路，其主要起调制解调作用，即可以对所需发送的信号进行调制，接收到的信号进行解调。而调制解调芯片的调制方式可以为移频键控调制(FSK调制)，当然，也可以为其它的调制方式。

上述调制解调芯片可以具体表现为HLPLCS521F芯片，也可以具体为ST7538芯片，当然，也可以为其它具有类似功能的芯片，在此不作限定。

优选地，上述调制解调芯片可以为HLPLCS521F芯片，该芯片的结构可以参见图2，图2为本实用新型实施例所提供的包含HLPLCS521F芯片的调制解调芯片示意图。此时，由于该芯片提供有多路短路点，故可以利用将多路短路点进行自由组合，以选择电力线载波通信装置的发送模式、通信速率以及校验与否。即利用短路点，用户可以选择控制电力线载波通信装置处于过零发送模式或者正常发送模式，还可以选择电力线载波通信装置的串口通讯速率，以及进行偶校验还是无校验。同时，可以利用该芯片自带的模糊算法来还原失真的信号，以提高信号的保真率。

一般地，HLPLCS521F芯片提供4对短路点，用户可以通过使用不同的短路点设置对应引脚的高低电平，以达到配置的目的。

例如，利用其中的任意两对短路点进行配置，即设置两个引脚的高低电平，达到所需的效果。可以用1表示引脚处于高电平，用0表示引脚处于低电平。利用一对短路点来设置电力线载波通信装置的串口是使用偶校验，还是无校验，具体地，引脚接GND(即0)表示串口无校验，接VCC(即1)则表示串口使用偶校验。另一对短路点用于设置发送模式，具体地，引脚接GND(即0)表示电力线载波通信装置使用过零发送模式，而接VCC(即1)则表示电力线载波通信装置使用正常发送模式。同时利用两对短路点设置串口通讯速率，具体地，可以用00表示通讯速率为1200，01表示通讯速率为2400，10表示通讯速率为4800，11表示通讯速率为9600。

上述微控制器用于校验信号是否失真，即微控制器内烧录有校验算法，微控制器可以根据该校验算法，对接收到的信号进行校验，判断信号是否失真。其具体可以表现为STC15W408单片机，也可以表现为其它类型的微控制器，在此不作限定。

而校验算法主要基于循环冗余校验法(Cyclic Redundancy Check，CRC)，其通过在需要传输的k比特数据D后添加(n-k)比特冗余位F形成n比特的传输帧T，即在所需发送的数据D后添加帧检验序列(Frame Check Sequence，FCS)形成传输帧，再将T发送出去。该传输帧的格式如下所示：

特别地，循环冗余校验提供一个预先设定的(n-k+1)比特整数P，并且要求添加的(n-k)比特F满足：T mod P＝＝0，T＝2^n-kD+F。故发送方和接收方可以在通信前，需要约定好预设整数P。且发送方在发送信号前可以通过T mod P＝＝0，T＝2^n-kD+F确定并填充F，形成相应的传输帧。更具体地，F可以通过模二运算或二进制系数多项式来确定。而接收方在接收到信号后，进行result＝T mod P运算，当且仅当result＝0时，接收方才认为所接收到的信号没有失真。

考虑到当数据帧长度在8bits-128bits范围内时，CRC-8能够减少额外比特的开销，且有更好的性能表现，故可以基于CRC-8进行检验算法的设计。

基于CRC-8的检验算法的具体过程可以如下：微控制器发送一个数据给发送端模块，然后微控制器再发送一个由前一个数据经CRC-8校验得到的8位校验码给发送端模块，发送端模块通过电力线将前一个数据和8位校验码先后发送出去。

可以理解的是，由于控制器每发送一个数据，都要计算一个对应的8位校验码，而当发送数据量较多时，则会略显繁琐，故可以先计算好所有8位的数据对应的校验码，并存储起来，这样使用时直接调用数据对应的校验码即可。此时，发送端的代码实现思路可以为：确定使用的多项式I；包含对应多项式的所有8位数据的校验码的数组T[]；确定一个发送数据A；从数组中找出A对应的校验码B；发送数据A；发送数据B。

而对于接收端来说，接收端模块先后接收到两个数据，接收端模块可以将这两个数据发送给微控制器。微控制器对将这个数据进行计算，如果两个数据经CRC-8校验所得到的结果为0，即可判断接收到的数据没有失真。此时，接收端的代码实现思路可以为：接收数据A；接收数据B；将数据A和B进行校验，计算出所得值C；IF C＝＝0，则可判断数据未失真；否则判断数据已失真。

显而易见地，微控制器的校验算法不限于上文提及的校验算法，还可以为其它类型的校验算法，即可以为微控制器增加校验功能均落入本实用新型实施例的保护范围。

可以看出，通过上述校验算法，使得微控制器可以对所接收到的信号进行校验，判断是否失真，以提高信号的保真率。

上述发送功率放大电路主要用于将发送功率进行放大，具体的电路图可以参见图3，图3为本实用新型实施例所提供的发送功率放大电路的一种具体实施方式的电路图。

如图3所示，发送功率放大电路采用一颗P沟道Mos管和一颗N沟道Mos管组合作为放大驱动芯片，利用L4和C13组成滤波器。R14、R15为Mos管过流保护电阻，D2为P沟道Mos管反向保护二极管。

上述信号耦合电路主要用于耦合信号，其具体的电路图可以参见图4，图4为本实用新型实施例所提供的信号耦合电路的一种具体实施方式的电路图。

如图4所示，载波信号耦合变压器采用1mH：1mH，安规电容C6为0.22uF/275V和L1电感22uH，L1和C6组成LC选频网络。

上述接收滤波放大电路主要用于将接收到的信号进行滤波放大，其可以利用运算放大器对信号进行放大。具体的电路图可以参见图5，图5为本实用新型实施例所提供的接收滤波放大电路的一种具体实施方式的电路图。

如图5所示，接收滤波电路前端采用RLC带通滤波器设计，D3是两只二极管的复合管，将两只二极管方向并接连到GND限制信号幅度，保护后端放大短路。信号经过带通滤波器后进入到运放op37进行放大，将正弦小信号放大整形成方波信号给载波芯片解析。R12为运放匹配电阻，C10为耦合电容。R16、R18、C14以及R13为运放输入端提供合适的偏置，R8和R10为设置运放放大倍数，将信号放大到截止和饱和，成为方波信号给载波信号解析。op37有着很高的转换率，17V/u S的转换率，能完美的放大信号且信号不失真。

需要说明的是，现有的接收滤波放大电路一般是有独立的元器件构成的，使得其规模较大。而本实用新型提供的接收滤波放大电路利用集成电路，使得其电路规模较小，信号稳定且精度较高。

上述过零检测电路主要用于过零检测，优选地，上述过零检测电路包括用于产生过零信号的光耦元件、第一电容、第一二极管、第一电阻以及第二电阻；其中，所述第一电容一端与所述光耦元件相连，另一端接地；所述第一电阻一端与所述光耦元件相连，另一端接地；所述第一二极管的第一端以及第二端均与所述光耦元件相连；所述第二电阻一端分别与所述光耦元件以及所述第一二极管的第二端相连。

上述光耦元件可以具体为光耦P2501，也可以为其它类似的光耦，在此不作限定。

更具体的过零检测电路图可以参见图6，图6为本实用新型实施例所提供的过零检测电路的一种具体实施方式的电路图。

如图6所示，220V交流信号驱动光耦P2501产生过零信号，且芯片过零检测为上升沿和下降沿有效。

需要说明的是，利用光耦元件来组成过零检测电路，相较于现有的过零检测电路，其元器件简单，电路规模较小。

更进一步地，电力线载波通信装置还可以包括与上述调制解调芯片相连的指示灯电路，用于根据所述调制解调芯片的工作状态，显示不同的指示灯。即利用指示灯的亮灭以及颜色，来区分电力线载波通信装置的工作状态。例如，可以利用两个不同颜色的LED灯来表示不同的工作状态，即利用两个LED灯同时亮，表示电力线载波通信装置上电正常；利用某一个LED灯亮，表示电力线载波通信装置正在发送数据；利用另一个LED灯亮，表示电力线载波通信装置正在接收数据。具体的电路图可以参见图7，图7为本实用新型所提供的指示灯电路的一种具体实施方式的电路图。

可以理解的是，通过闪烁的LED灯的颜色即判断出电力线载波通信装置的工作状态，且可以通过观察上电时两个灯是否同时亮判断出是否上电正常。

优选地，电力线载波通信装置还可以包括与上述调制解调芯片相连的过流保护电路，上述过流保护电路包括第二电容，所述第二电容一端与电源相连，另一端接地。

显而易见地，由于电力线载波通信装置发送数据时的瞬时电流较大，上述第二电容可以是指电容较大的电容，以起到保护作用。而更具体的电路图可以参见图8，图8为本实用新型实施例所提供的过流保护电路的一种具体实施方式的电路图。

优选地，电力线载波通信装置还可以包括一端与电源相连，另一端与上述微控制器以及上述调制解调芯片均相连的电源稳压电路，用于为上述微控制器以及上述调制解调芯片提供稳定电压。

电源稳压电路可以将输入的VPLC电压转化为稳定的电压，同时也可为微控制器提供稳定的电压，使其正常工作。电源稳压电路的具体电路可以参见图9，图9为本实用新型实施例所提供的电源稳压电路的一种具体实施方式的电路图。

需要说明的是，电力线载波通信装置可以既不接入交流电源线，也不接入直流电源线。此时，可以将电力线载波通信装置的载波通讯口(即L/N)直接对接即可进行数据传输，故该装置可以直接替代485以及232等通讯方式。同时，本实用新型所提供的电力线载波通信装置的载波通讯口接有安规电容等器件构成的电路，可直接抵御静电、群脉冲和浪涌的冲击。

上文提及的电力线载波通信装置可以具体应用于LED室内定位光源网络系统中。其具体过程可以如下：发送端将需要发送的含特殊信息的编码(即带有“目标机器标号”和“该目标经修改之后应执行的命令编号”这两个信息的编码)，以及经过校验算法计算得出的CRC码，通过电力线载波通信装置发送至低压电力线上。接收端通过校验算法对接收到的信号进行校验，若未失真则可对第一个信号(即带有特殊信息的编码)进行解释意义，此时，被选中的目标机器(一种根据原先设定的序列进行闪烁的LED，该闪烁序列带有位置信息)便开始按照编码所要求执行的命令编号(即闪烁序列)进行改变，从而该目标机器闪烁序列变化了，位置信息也就得以变化。通过以上操作，可以进行将任意目标机器的闪烁序列改变为所想设定的闪烁序列，从而改变机器的位置信息，实现了一个智能的可见光室内融合定位系统。当然，上述电力线载波通信装置还可以具体应用于其它的应用场景，在此不作限定。

本实用新型实施例提供的电力线载波通信装置，该装置包括调制解调芯片、与上述调制解调芯片相连的发送功率放大电路、与上述调制解调芯片相连的接收滤波放大电路、与上述发送功率放大电路以及上述接收滤波放大电路均相连的信号耦合电路、与上述调制解调芯片相连且用于校验接收信号是否失真的微控制器以及与上述调制解调芯片相连的过零检测电路。通过具有校验功能的微控制器，对接收信号进行校验，判断其在传输过程中是否失真，使得信号的保真率较高。且利用过零检测电路进行过零检测，进一步提高信号的保真率。可以看出，该装置有利于提高电力线载波通信装置的信号保真率。

以上对本实用新型所提供的一种电力线载波通信装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。