专利名称：便携式电力线载波通讯环境仿真仪的制作方法
技术领域：
便携式电力线载波通讯环境仿真仪[0001]技术领域[0002]本实用新型涉及一种便携式电力线载波通信环境的模拟仿真仪。[0003]背景技术[0004]低压电力线信道的阻抗特性、噪声干扰特性、传输衰减特性具有时变性和区域性， 建立相应的模拟仿真仪，对于电力线载波通信产品的开发和载波通信理论的研究和评价有着重要的作用；目前利用计算机串口传输信号给微控器，再由微控器控制继电器实现电力线信道拓扑结构和负载接入的模拟、噪声波形数据，再由计算机处理后传输给噪声发生器注入电力线信道，此系统由计算机、净化电源、控制器、噪声发生器四个单独装置组合构成， 体积庞大、操作复杂，只适合在实验室应用，无法携带在现场实际检测操作。[0005]发明内容[0006]本实用新型的目的是提供一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪，它是利用电路等效原理，采用微型高集成器件与微型单片机连接来显示、控制网络通信及定时设置功能于一体的仪器，它利用一组功能键来控制实现电力线信道阻抗特性、衰减特性和噪声特性的模拟。[0007]上述的目的通过以下的技术方案实现[0008]一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其组成包括面板和壳体，所述的壳体内具有微控制器，所述的微控制器通过所述的面板与显示屏和一组控制键连接，所述的微控制器与所述壳体内的电源转换电路、净化电源电路、电力线信道模拟电路、继电器控制电路、噪声模拟电路、数据通讯电路及时钟电路连接，所述的微控器与USB 口连接。[0009]所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的净化电源电路与所述的电力线信道模拟电路和所述的噪声模拟电路连接，所述的净化电源电路采用多抽头可变电压供电，通过单片机控制继电器；在净化电源和供电电源之间插入射频低通滤波器，并在电源进线处连接50O /50 Zf H+5 D V型人工电源，变压器容量选定在2KW。[0010]所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的数据通信电路包括网控制器和 RS-232接口，所述的RS-232接口与所述的微控制器和GPRS通信器连接，所述的时钟电路与调整器连接，所述的数据通信电路采用中兴公司生产的MC52I模块，内置TCP/IP协议栈，支持900/1800MHZ双频，以太网控制器采用DM9000E。[0011]所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的继电器控制电路连接拓扑结构变换电路、电力传输线模拟电路、负载变换电路，所述的时钟电路连接精度调整电路，所述的继电器控制电路连接键盘，所述的继电器采用JQC-3F型直流电磁继电器，经光电耦合器与单片机I/O相连接。[0012]所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的电源转换电路采用电源变压器、压敏电阻、整流桥、滤波器、TVS瞬变抑制二极管、AMSl117系列电源转换芯片及滤波电容，将交流220V电源转换为直流+3. 3V、+5V和±12V电压。[0013]所述的便携式 电力线载波通讯环境仿真仪，所述的噪声模拟电路包括电力耦合器、功率放大器、幅值程控器、多路开关、高速D/A及FLASH存储器，所述的多路开关、所述的高速D/A及所述的FLASH存储器分别连接所述的微控制器；所述的高速D/A连接功率放大器，所述的功率放大器连接所述的电力耦合器，所述的净化电源器与所述的电源转换器都和220V电源连接；所述的噪声模拟电路采用PIC16F923单片机和FPGA芯片、FPGA芯片 XC4VSX35实现DDS硬件算法，波形信息由FPGA内部RAM存储；典型常用的噪声波形数据使用Data Flash存储器AT45DB321D来存储，采用14位、最高工作频率为500MSPS的高精度高速D/A芯片MAX5887实现数模转换；功率放大采用TDA7265双通道输出放大器，实现双路噪声信号输出，来模拟电力线的背景噪声、窄频带噪声、周期脉冲噪声和随机脉冲噪声，噪声通过耦合器注入电力线信道。[0014]所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的时钟电路采用RX8025芯片，采用TCN75设计测温电路，设置RX8025的精度调整寄存器。[0015]有益效果1.本实用新型利用电路等效原理和高集成度器件，实现低压电力线载波通信信道阻抗特性、衰减特性和噪声特性的有效模拟。用于与电网隔离的净化电源采用50 Ω 30 P H+3 O V型人工电源，为模拟仿真仪提供稳定阻抗网络，并在净化电源和供电电源之间插入射频低通滤波器，以消除来自电网干扰信号的影响；电力传输线模拟电路采用传输线近似集总参数模型的方法，以电阻、电感、电容等无源元件的连接模拟一定长度的传输线，负载变换采用各种电器设备的等效电阻、电感、电容组合电路模拟，通过构建串联谐振和并联谐振电路来模拟电力线信道的阻抗特性；继电器控制电路根据接收的控制命令，由微控制器控制相应端口的固态继电器动作，改变线路长度、负载形式以及电力线拓扑结构变换，实现信道衰减特性的模拟；噪声模拟电路采用单片机和FPGA芯片作为控制核心，结合高速高精度D/A转换器和功率放大器，实现双通道的噪声信号输出，来模拟电力线的背景噪声、窄频带噪声、周期脉冲噪声和随机脉冲噪声等。[0017]本实用新型的各电路在机箱内部通过标准接口相连，通过面板上的功能键和数字键的组合命令，由单片机实现阻抗、衰减及噪声的设置，液晶显示器实时显示信道状态和参数变化。利用GPRS无线通信模块或以太网接口模块实现远程命令的传输、数据的回传以及噪声波形数据的更新，便于与实验中心或设计中心的载波通信分析系统相连接。利用时钟电路实现信道自动变换功能，如自动改变噪声的持续时间或负载接入的时间间隔。本实用新型集显示、控制、网络通信和定时设置功能于一体，具有使用方便、操作灵活、功能丰富的特点，能模拟电力线载波通信信道变化状况。[0018].本实用新型采用的微控器，是当前最先进的微控器，它控制相应端口的固态继电器动作，改变线路长度、负载形式以及电力线拓扑结构变换，实现信道衰减特性的模拟；结合高速D/A信息转换器和功率放大器，实现双通道的噪声信号输出，来模拟电力线的背景噪声、窄频带噪声、周期脉冲噪声和随机脉冲噪声。[0019]..本实用新型采用的电源转换器是利用电源变压器、压敏电阻、整流桥、滤波器、 瞬变抑制二极管、电源转换芯片及滤波电容等，将交流220V电源转换为直流电压，为仪器提供稳定可靠的直流供电电源。[0020]本实用新型采用的净化电源器，就是在供电电源之间插入射颅低通滤波器，以消除来自电网干扰信号的影响；并在电源进线处连接50 O /50 ^ H+o O V型人工电源，为模拟仿真仪提供稳定阻抗网络和纯净电源。[0021]本实用新型采用的通讯器功耗低，数据传输准确，连接可靠，最高速率达到 100Mbps。[0022]本实用新型采用的时钟与调整器连接后，日计时误差小于O. 5s/d，同时利用时钟电路能实现信道自动变换功能，如自动改变噪声的持续时间或负载接入的时间间隔等。[0023]本实用新型外形美观大方，方便携带，功能性强，应用广泛，值得推广。[0024]
[0025]附图1是本使用新型的结构示意图。[0026]附图2是附图1的内部结构示意图。[0027]具体实施方式
[0028]实施例1 :[0029]一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其组成包括面板I和壳体，所述的壳体内具有微控制器12，所述的微控制器通过所述的面板与显示屏3和一组控制键4连接，所述的微控制器与所述壳体内的电源转换电路11、净化电源电路10、电力线信道模拟电路5、继电器控制电路6、噪声模拟电路7、数据通讯电路9及时钟电路8连接，所述的微控器与USB 口 2连接。[0030]实施例2 [0031]实施例1所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的噪声模拟电路包括与所述的净化电源连接的电力线耦合器、功率放大器、幅值程控、多路开关、高速D/A及FLASH 存储器，所述的多路开关、高速D/A及FLASH存储器电路分别连接微控制器电路；所述的网络通信电路包括与所述的微控制器电路相连接的以太网控制器和RS-232接口，RS-232接口与GPRS通信模块相连；所述的继电器控制电路连接拓扑结构变换电路、电力传输线模拟电路、负载变换电路。所述的时钟电路连接精度调整电路。[0032]实施例3 [0033]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的电源转换电路采用电源变压器、压敏电阻、整流桥、滤波器、TVS瞬变抑制二极管、AMSl117系列电源转换芯片及滤波电容等，将交流220V电源转换为直流+3. 3V、+5V和±12V电压，为仪器提供稳定可靠的直流供电电源。[0034]实施例4 [0035]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的净化电源电路采用多抽头可变电压供电，通过单片机控制继电器实现电压欠压、过压、瞬时掉电、跌落及浪涌的模拟；在净化电源和供电电源之间插入射频低通滤波器，以消除来自电网干扰信号的影响；并在电源进线处连接50 Ω /οΟ β Η+5 Ω V型人工电源，为模拟仿真仪提供稳定阻抗网络和纯净电源，变压器容量选定在2K W。[0036]实施例5 [0037]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的电力传输线模拟电路采用传输线近似集总参数模型的方法。由于低压电力线载波传输的是高频信号，使得电力线的等效电感、电容对其信道频率特性产生影响，负载的变化更是形成阻抗特性的主要原因，因此电力传输线模拟电路由一定长度电力线的集中参数电路(设计中选用50米BV-500铜线)和由各种电器设备的等效电阻、电感、电容组合电路模拟，通过构建串联谐振电路模拟低阻抗区，并联谐振电路来模拟高阻抗区，实现电力线信道的阻抗特性的变换。[0038]实施例6 [0039]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的继电器控制电路根据键盘或通信网络设置接收的控制命令，由PIC16F923单片机控制相应端口的固态继电器动作，改变线路长度、负载形式以及电力线拓扑结构变换，实现信道衰减特性的模拟。继电器采用JQC-3F型直流电磁继电器，通过光电耦合器与单片机I/O相连接，以防止继电器触点动作产生干扰信号进入PIC单片机。通过继电器的开闭排列组合组建总线型、环形、星型和树型拓扑网络结构变换。线路长度可选50米到3000米的范围组合，负载等效电路则可以模拟组合如白炽灯、电视机、空调、电视机、计算机、可控硅、电机等多种电器设备。[0040]实施例7 [0041]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的噪声模拟电路采用PIC16F923单片机和FPGA芯片作为控制核心，应用直接数字合成DDS原理；FPGA芯片 XC4VSX35来实现DDS硬件算法，波形信息由FPGA内部RAM存储；典型常用的噪声波形数据使用Data Flash存储器AT45DB321D来存储，波形数据也可由通信网络设置更新；采用14 位、最高工作频率为500MSPS的高精度高速D/A芯片MAX5887实现数模转换；功率放大采用 TDA7265双通道输出放大器，实现双路噪声信号输出，来模拟电力线的背景噪声、窄频带噪声、周期脉冲噪声和随机脉冲噪声等，噪声通过耦合器注入电力线信道。[0042]实施例8 [0043]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的网络通信电路采用中兴公司生产的MC52I模块，内置TCP/IP协议栈，支持900/1800MHZ双频，模块外观小巧， 功耗低，GPRS数据连接可靠；以太网控制器采用DM9000E，最高速率达到100Mbps。利用GPRS 无线通信模块或以太网接口模块实现远程命令的传输、数据的回传以及噪声波形数据的更新，便于与实验中心或设计中心的载波通信分析系统相连接。[0044]实施例9 [0045]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的时钟电路采用 RX8025芯片，日计时误差彡O. 5s/d。温度的变化影响时钟芯片精度，为此采用TCN75设计测温电路，测出实时温度带入偏差调整公式求出调整数据，再设置RX8025的精度调整寄存器即可，计时精度调整分辨率±3PPm，调整范围±189PPm。利用时钟电路实现信道自动变换功能，如自动改变噪声的持续时间或负载接入的时间间隔。[0046]实施例10 [0047]上述实施例所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，所述的键盘和数码显示电路分别采用薄膜按键和液晶显示器组成，它们互相配合，实现功能的设置、参数的修改及相应结果的显示等。[0048]所述的微控制器电路主要完成如下四项工作， 其一是处理键盘操作，实现继电器控制拓扑结构和负载形式的变换；其二是实现FPGA的时序组合控制产生噪声信号；其三是实现网络通信接口控制，实现远程命令的传输、数据的回传以及噪声波形数据的更新；其四是实现对液晶显示电路的操作。
权利要求1.一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其组成包括面板和壳体，其特征是所述的壳体内具有微控制器，所述的微控制器通过所述的面板与显示屏和一组控制键连接，所述的微控制器与所述壳体内的电源转换电路、净化电源电路、电力线信道模拟电路、继电器控制电路、噪声模拟电路、数据通讯电路及时钟电路连接，所述的微控器与USB 口连接。
2.根据权利要求1所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的净化电源电路与所述的电力线信道模拟电路和所述的噪声模拟电路连接，所述的净化电源电路采用多抽头可变电压供电，通过微控制器控制继电器；在净化电源和供电电源之间插入射频低通滤波器，并在电源进线处连接50fi /50 H+5 O V型人工电源，变压器容量选定在2KW。
3.根据权利要求1或2所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的数据通信电路包括网控制器和RS-232接口，所述的RS-232接口与所述的微控制器和GPRS通信器连接，所述的时钟电路与调整器连接，所述的数据通信电路采用中兴公司生产的MC52I模块，内置TCP/IP协议栈，支持900/1800MHZ双频，以太网控制器采用DM9000E。
4.根据权利要求1或2所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的继电器控制电路连接拓扑结构变换电路、电力传输线模拟电路、负载变换电路，所述的时钟电路连接精度调整电路，所述的继电器控制电路连接控制键盘，所述的继电器采用JQC-3F型直流电磁继电器，经光电耦合器与单片机I/O相连接。
5.根据权利要求1或2所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的电源转换电路采用电源变压器、压敏电阻、整流桥、滤波器、TVS瞬变抑制二极管、AMS1117系列电源转换芯片及滤波电容，将交流220V电源转换为直流+3. 3V、+5V和±12V电压。
6.根据权利要求1或2所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的噪声模拟电路包括电力耦合器、功率放大器、幅值程控器、多路开关、高速D/A及FLASH存储器，所述的多路开关、所述的高速D/A及所述的FLASH存储器分别连接所述的微控制器；所述的高速D/A连接功率放大器，所述的功率放大器连接所述的电力耦合器，所述的净化电源器与所述的电源转换器都和220V电源连接；所述的噪声模拟电路采用PIC16F923单片机和FPGA芯片、FPGA芯片XC4VSX35实现DDS硬件算法，波形信息由FPGA内部RAM存储；典型常用的噪声波形数据使用Data Flash存储器AT45DB321D来存储，采用14位、最高工作频率为500MSPS的高精度高速D/A芯片MAX5887实现数模转换；功率放大采用TDA7265双通道输出放大器，实现双路噪声信号输出，噪声通过耦合器注入电力线信道。
7.根据权利要求1或2所述的便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其特征是所述的时钟电路采用RX8025芯片，采用TCN75设计测温电路，设置RX8025的精度调整寄存器。
专利摘要一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪。目前利用计算机串口传输信号给微控器，再由微控器控制继电器实现电力线信道拓扑结构和负载接入的模拟、噪声波形数据，再由计算机处理后传输给噪声发生器注入电力线信道，此系统体积庞大。一种便携式电力线载波通讯环境仿真仪，其组成包括面板(1)和壳体，所述的壳体内具有微控制器(12)，所述的微控制器通过所述的面板与显示屏(3)和一组控制键(4)连接，所述的微控制器与所述壳体内的电源转换电路(11)、净化电源电路(10)、电力线信道模拟电路(5)、继电器控制电路(6)、噪声模拟电路(7)、数据通讯电路(9)及时钟电路(8)连接，所述的微控器与USB口(2)连接。本实用新型用于电力领域。
文档编号H04B3/54GK202872800SQ201220605150
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者张旭辉, 林海军, 杜中良 申请人:哈尔滨理工大学