一种电力线载波通信系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电力线载波通信系统，包括：用户数据收发端装置和用户数据发收端装置，且两者之间通过电力线网络进行连接；其中，用户数据收发端装置包括第一数据调制解调模块和第一单片机模块，用户数据发收端装置包括第二数据调制解调模块和第二单片机模块，其中，第一数据调制解调模块通过所述第一单片机模块连接有第一输入模块、第一显示模块和第一PC机数据存储模块；第二数据调制解调模块通过第二单片机模块连接有第二输入模块、第二显示模块和第二PC机数据存储模块。其具有低成本，体积小，可灵活移植，高通信和稳定的通信质量等优点。
【专利说明】一种电力线载波通信系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力线载波通信系统。
【背景技术】
[0002]电力线载波通信是使用50HZ交流电力线作为通信媒介，进行信息传递的。而50HZ交流电力线具有很高的传输电压和很大的传输电流。在进行电力线载波通信时，首要解决的问题是如何把高频信号安全的耦合到电力线上。采用相地耦合的方法来实现。它由耦合电容器C和结合滤波器F构成一个高通滤波器，它使高频信号顺利通过，达到了将高频信号顺利耦合到电力线的目的。而大大的衰减了 50HZ的信号。防止50HZ信号进入设备，达到了保护人身安全的目的。
[0003]电力线载波通信采用两个不同的线路传输频带，而信号传输是在同一相电力线上进行的，这种通信方式是双频带二线制双向通信。其具体过程为:发送端的发送信号(频率为F)经差接系统，与频率为Fl的载波信号进行调制，并取其上边带，将信号频谱搬移到高频，成为Fl+FkHz的高频信号，通过放大和带通滤波器滤除谐波成分，经结合滤波器F1、耦合电容器Cl送到电力线的锅台相线上。由于阻被器Tl的存在，高频传号沿电力线传输到接收端，再由接收端的耦合电容C2、结合滤波器F2送入接收端载波设备。中心频率为Fl的收信带通滤波器滤出Fl+FkHz的高频信号，放大、解调后得到了发送端的信号。按相同的方式将接收端的信号通过F2+FkHz的高频信号传输到发送端，这样就实现了双向电力线载波通信。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于根据以上原理提供一种电力线载波通信系统。
[0005]本实用新型解决上述技术问题所采取的技术方案如下:
[0006]一种电力线载波通信系统,包括:
[0007]用户数据收发端装置和用户数据发收端装置，且两者之间通过电力线网络进行连接；其中，用户数据收发端装置包括第一数据调制解调模块和第一单片机模块，用户数据发收端装置包括第二数据调制解调模块和第二单片机模块，其中，第一数据调制解调模块通过所述第一单片机模块连接有第一输入模块、第一显示模块和第一 PC机数据存储模块；第二数据调制解调模块通过第二单片机模块连接有第二输入模块、第二显示模块和第二 PC机数据存储模块。
[0008]进一步地，优选的是，所述第一单片机模块和第二单片机模块选取MSP430F149芯片。
[0009]进一步地，优选的是，所述第一数据调制解调模块和第二数据调制解调模块选取的是PL3201芯片。
[0010]进一步地，优选的是，PL3201芯片内集成有载波通信单元。
[0011]进一步地，优选的是，MSP430F149芯片与PL3201芯片通过UARTO接口相通信，且在两者之间设有电平转换电路。
[0012]本实用新型采取了上述方案以后，其具有低成本，体积小，可灵活移植，高通信和稳定的通信质量等优点，可以方便的使用在不同的控制和通信场合。
[0013]本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图对本实用新型进行详细的描述，以使得本实用新型的上述优点更加明确。
[0015]图1是本实用新型电力线载波通信系统的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型电力线载波通信系统的用户数据收发端装置或者用户数据发收端装置的结构示意图；
[0017]图3是本实用新型电力线载波通信系统的用户数据收发端装置或者用户数据发收端装置的正弦波耦合电路的示意图；
[0018]图4是QPSK矢量f目号不意图；
[0019]图5是本实用新型电力线载波通信系统发送程序流程图；
[0020]图6是本实用新型电力线载波通信系统接收程序流程图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本实用新型进行详细地说明。
[0022]具体来说，电力线载波通信是使用50HZ交流电力线作为通信媒介，进行信息传递的。而50HZ交流电力线具有很高的传输电压和很大的传输电流。在进行电力线载波通信时，首要解决的问题是如何把高频信号安全的耦合到电力线上。
[0023]本实施例采用相地耦合的方法来实现。它由耦合电容器C和结合滤波器F构成一个高通滤波器，它使高频信号顺利通过，达到了将高频信号顺利耦合到电力线的目的。而大大的衰减了 50HZ的信号。防止50HZ信号进入设备，达到了保护人身安全的目的。
[0024]电力线载波通信采用两个不同的线路传输频带，而信号传输是在同一相电力线上进行的，这种通信方式是双频带二线制双向通信。
[0025]其具体过程为:
[0026]发送端的发送信号(频率为F)经差接系统，与频率为Fl的载波信号进行调制，并取其上边带，将信号频谱搬移到高频，成为Fl+FkHz的高频信号，通过放大和带通滤波器滤除谐波成分，经结合滤波器F1、耦合电容器Cl送到电力线的锅台相线上。由于阻被器Tl的存在，高频传号沿电力线传输到接收端，再由接收端的耦合电容C2、结合滤波器F2送入接收端载波设备。
[0027]中心频率为Fl的收信带通滤波器滤出Fl+FkHz的高频信号，放大、解调后得到了发送端的信号。按相同的方式将接收端的信号通过F2+FkHz的高频信号传输到发送端，这样就实现了双向电力线载波通信。
[0028]如图1、2所示，本实用新型电力线载波通信系统，包括:用户数据收发端装置和用户数据发收端装置，且两者之间通过电力线网络进行连接；其中，用户数据收发端装置包括第一数据调制解调模块和第一单片机模块，用户数据发收端装置包括第二数据调制解调模块和第二单片机模块，其中，第一数据调制解调模块通过所述第一单片机模块连接有第一输入模块、第一显示模块和第一 PC机数据存储模块；第二数据调制解调模块通过第二单片机模块连接有第二输入模块、第二显示模块和第二 PC机数据存储模块。
[0029]并且，所述第一单片机模块和第二单片机模块选取MSP430F149芯片，其为德州公司新开发的一类具有16位总线的带FLASH的单片机，由于其性价比和集成度高，受到广大技术开发人员的青睐。
[0030]所述第一数据调制解调模块和第二数据调制解调模块选取的是PL3201芯片，其为一款市面上常见的芯片。
[0031]通过PL3201电力载波芯片，完成数据的传输和接收。
[0032]采用MSP430F149单片机作为MCU，完成整个系统各个模块的调度、接收、显示和传输和计算各组数据。将通信的数据信息显示在液晶触摸屏0CMJ8X15B上并传输给PC机。
[0033]具体来说，用户数据收发端装置和用户数据发收端装置的硬件设计由主控制MCU、数据发送/接收编(解)码芯片、高性能信号耦合电路、单片机与PC机的数据通信接口、信息输入和显示部分组成，其中，输入数据通过MCU控制发送到数据编码调制芯片，在输出到高性能耦合电路发送到电力线上，当接收端收到信息并解码出数据信息，显示在液晶触摸屏0CMJ8X15B上并通过串口发送到PC机上，完成整个数据的传输，其中，所述PL3201芯片内集成有载波通信单元。
[0034]如图3所示，是其中包含的正弦波耦合电路的示意图。
[0035]此外，用户数据收发端装置和用户数据发收端装置还包含电源，如在优选实施例中，设计电源由电力线(220V)通过变压、桥式整流，输出12V直流稳压电源，由于PL3201和MSP430F149要求供电分别为5V和3.3V。因此，采用L7805和1117-3.3多稳压芯片构成5V和3.3V电源，用以提供给系统的不同部分。
[0036]进一步地对PL3201芯片进行介绍，其中，在PL3201芯片内集成了载波通信单元，该单元采用QPSK (四相相移键控)调制方式。其载波中心频率为120kHz，伪随机码速率可达到15K和30K。
[0037]由于在实施例中，采用了 QPSK调制技术，在带宽不变的情况下，数据传输速率是BPSK调制方式的一倍，根据伪随机码的速率不同数据速率可达到IKbps和500bps。同时采用了 63位Gold/Kasami序列，从而实现了码分多址，其地址数目最多可达41个，其中33个Gold序列,8个kasami序列，将使台区之间的干扰减小到最小；同时PL3201向下兼容PL3105的通讯方式(BPSK 二相相移键控)，及其15/31位伪随机码模式。此外PL3201的载波调制输出信号可由软件灵活配置成正弦波输出或方波输出模式。
[0038]具体来说，QPSK相移键控方式的基本原理:在2PSK信号的表不式中一个码兀的载波初始相位可以等于O或。将其推广到多进制时，可以去多个可能值。所以，一个MPSK信号码元可以表示为:
[0039]k=l, 2, 3,......，M
[0040]式子中:A为常数；为一组间隔均匀的受调制相位，其值决定于基带码元的取值。所以它可以写为:
[0041]K=Ij 2，3，.........，M
[0042]通常M取2的此幂:
[0043]k=正整数
[0044]当M=4 时，就构成了正交相移键控(Quadraure Phase Shift Keying，QPSK)。他的每一个码元含有2b的信息，釆用ab代表这两个比特。发送码元序列在编码时需要先将每两个比特分成一组，然后用4种相位之一去表示它。两个比特有4种组合，即00、01、10和Ilo他们和相位之间的关系通常都按照格雷码的规律排列(如表一)，其矢量图如图4所示。
[0045]表一:格雷码编码规则表
[0046]
I格雷码I二进制
ο o|q |q|o~q|q|o|q~
—IO0—0.1OOO 一 I
2OO--OO?O
一 3O 一 O ~ I ~ O 一OOII
4__O__I__I__O__O__I__O__O
—5O1—1.1OIO 一 I
6__OI — O__I__O__I__I__O
7OIO ~ OOI 一 II —8 I 1—0.0 I O O 一 O
9 I I O ~ I I O 一 O I 一 10 I 1—1.1 I O I 一 O 11__I__I__I__OI — O__I__I
—ρ|ι|ο|ι|ο|ι |ι|ο|ο 一
[0047]
—13 I I I O I I I I I I I I I O I I
丄 4IOO ~ IIIIQ
IOO — OII 一 II
[0048]由QPSK信号的矢量图(如图4)和格雷码表(如表一)可以看出，米用格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编码使之仅造成一个比特误码的概率最大。通过QPSK信号的编码表(表二)我们可以看出2位格雷码的编码规则，通过格雷码编码表(表一)，我们给出了多位格雷码的编码方法。
[0049]表二:QPSK信号的编码
[0050]
a b Θ k abΘ k
O O 90^ ? O 270^
? ? ο~° ? I 180°
[0051]QPSK的调制方法:QPSK的调制方法有两种，第一种是采用相乘电路，输入基带信号A(t)是二进制不归零双极性码元，它被“串/并交换”电路变成两路码元a和b，变成并行码元a和b以后，其每一个码元的持续时间是输入码元的2倍。这两路并行码元分别用于和两路正交载波相乘。相乘后的结果在相加电路中相加后得到输出矢量S (t)，每个矢量代表2b。第二种产生方法是选择法，输入基带信号经过串/并转换电路变换后用于相位选择电路，按照当时的输入双比特ab，决定选择哪个相位载波输出。
[0052]QPSK的解调方法:由于QPSK信号可以看着是两个正交2PSK信号的叠加，所以用两路正交的相干载波去解调，可以很容易地分离这两路正交的2PSK信号。相干解调后的两路并行码元a和b，经过串/并转换后，成为串行数据输出。
[0053]其中，PL3201与MSP430F149通信接口为UARTO接口，为此，要完成对数据的接收和发送，需要解决好PL3201与主控制器(MSP430F149)之间的通信问题。由于PL3201数据线上电压(5V)与MSP430F149的数据线上电压(3.3V)不匹配，因此，设计采用了 74LV245进行电平转换，通过电平转换与MSP430F149的串口相连接，实现PL3201与MSP430F149的通信。以此达到接口稳定通信的目的。
[0054]在实施例中，还设有AT24C32存储器来实现对收发数据的存储，由于AT24C32提供了 Iic通信接口和3.3V的电压。能很好的与主控制器实现信息的交换。
[0055]其中，在实施例中，采用了 0CMJ8X15B触摸液晶屏来实现对发送和接收的信息进行显示，实现良好的人机交互接口。
[0056]并且，信息输入部分采用了 4*4矩阵键盘，实现信息的输入。
[0057]其中，进一步地对软件部分进行介绍，但需要注意的是，以上结构的设计即为本实用新型的发明创新，而软件部分则仅仅是为了实现某些功能而设计。
[0058]例如，在一个实施例中，MSP430F149的程序设计开发平台采用集成调试开发环境IAR一Embedded Workbench,该编译开发平台支持软硬件结合调试、编译、连接完成后,可以通过JTAG与硬件相连接，通过单步运行程序，通过软件提供的寄存器参看功能，可以查看到程序运行时各寄存器的状态和硬件运行的状态，使调试更容易。通过JTAG调试，程序将下载到片内FLASH中。设计采用C语言进行程序的编写，其中，流程图如图5、6。
[0059]系统发送程序如下:
[0060] sent_byte(uchar data)
{
while((IFGl&UTXIFG0)==0);//判断发送缓冲区是否结束 UOTXBUF=data;
}
系统接收中断程序如下:
—interrupt void UARTO_RX_ISR(void)
{
uchar data=0;//定义接收数据的寄存器
data=UORXBUF;//读取接受到的数据
LCD_PL3201();//把接收到的数据显示到LCD液晶上
}
[0061] 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电力线载波通信系统，其特征在于，包括: 用户数据收发端装置和用户数据发收端装置，且两者之间通过电力线网络进行连接；其中，用户数据收发端装置包括第一数据调制解调模块和第一单片机模块，用户数据发收端装置包括第二数据调制解调模块和第二单片机模块，其中，第一数据调制解调模块通过所述第一单片机模块连接有第一输入模块、第一显示模块和第一 PC机数据存储模块；第二数据调制解调模块通过第二单片机模块连接有第二输入模块、第二显示模块和第二 PC机数据存储模块。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述第一单片机模块和第二单片机模块选取MSP430F149芯片。
3.根据权利要求1或2所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述第一数据调制解调模块和第二数据调制解调模块选取PL3201芯片。
4.根据权利要求3所述的电力线载波通信系统，其特征在于，PL3201芯片内集成有载波通信单元。
5.根据权利要求4所述的电力线载波通信系统，其特征在于，MSP430F149芯片与PL3201芯片通过UARTO接口相通信，且在两者之间设有电平转换电路。
【文档编号】H04B3/54GK203942522SQ201420158291
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】彭 申请人:四川理工学院