电力线载波通信系统

摘要

电力线载波通信是以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体(一般有三相良导体及一或两根架空地线)，所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。这次的课程设计通过电力线在波芯片设计一个电力线载波通信系统。

电力线载波通信具有广阔的应用前景但由于电力线的噪声和干扰对信道的污染很大，严重影响了低压电线载波通信的质量。本文就电力线载波通信的优点缺点及发展现状进行了讨论，并分析了电力信道的噪声分类，特性及对我们信号的影响。以及我们对噪声的滤波耦合等。并且详细的介绍了电力线载波通信的具体实现形式方法和步骤最终形成一个系统达到我们的要求。

课程设计选用青岛东软的SSC1641的电力线载波芯片该芯片具有调制解条，a/d，d/a通信的功能，该芯片直接对信号数字信号处理，极大地提高了通信的可靠性。文中包括了他的外围电路，信号放大，耦合，滤波等最终实现功能。

实现了接收电力线的含有噪声的信号，然后对这个信号滤波模数转换等处理后通过串行通信的方式发送到过单片机，单片机经过数据处理后通过LCD1602显示出来，并且也通过串行通信发送到PC机显示出来。PC机或开关电路输入信号经过SSC1641处理后通过电力线发送。这样一个系统阶完成了接收与发送信号，形成了一个通信系统。

关键字：电力线载波通信系统SSC1641 调制解调

1、绪论

1.1设计任务及要求

电力线载波通信系统设计基本要求：下图一个电力线载波通信模块的结构组成，请看懂，并查阅资料了解电力线载波通信的原理和电力线载波芯片的技术资料。根据系统结构，完成载波芯片外的其他器件选型、配套硬件电路设计（包括原理图、PCB图）、软件设计和仿真调试。系统至少具备以下特性：

1）开关量输入和输出各5路； 2）系统24V供电；

3）具有通信状态指示功能； 4）有232、485或USB有线通信接口；

5）断电继续工作能力； 6）其他自己发挥的功能。

1.2 设计思路

此次课程设计要求基于SSC1641芯片设计一个电力线载波通信系统，能实现双向数据的收发功能，具有有线通信模块，使系统能跟PC的其他设备进行数据传输，具有现实模块，现实系统收发的数据，还具有五路数字信号输入和五路数字信号输出，并具有一定的断点继续工作能力。基于以上功能，我们选用AT89C51作为处理器，选用LCD1602作显示屏，有线通信模块选用RS232，开关量入采用简单的开关电路控制信号的输入，开关量出采用继电器电路，并使用LM78xx作为变压系统将课题提供的24v点转为系统需要的电压，调制解调模块用课题要求的SSC1641芯片，并设计信号耦合于滤波电路对电力线上的信号耦合出来并进行滤波以滤除低频干扰信号，设计了输出放大滤波电路对调制后的模拟信号进行放大，还有过零检测电路，为信号过零点提供依据，作为相位判别。对于单片机一对串行口需要接到两个外接对象的问题时，我们采用74LS153设计了一个硬件电路作为选择器，解决了这个问题。整个系统基本达到了课题设计的要求，实现了所要求的各种功能。

2、系统组成和工作原理

2.1 系统组成和各部分作用

1、处理器AT89C51模块：合理配送输入输出数据，并通过软件配合实现将输入输出信号在LCD显示屏上显示出来。

2、LCD显示屏：对输入输出处理器的数据进行显示。

3、RS232有线通信模块：实现PC等外设对处理器输入信号。

4、信号输入相关处理电路模块：实现五路数字信号的输入。

5、继电器及其驱动转换电路模块：实现五路输出的数字信号来控制其他外接电路的功能。

6、串行通信对象选择电路：此电路实现处理器一个串行口同时连接到RS232与SCC1641上，保证数据传输的通畅。

7、SSC1641模块：对电力线上的模拟信号进行解调并传输到处理器模块，对处理器发送来的数字信号进行调制并输送到电力线上去。

8、输入信号滤波电路：对电力线上的模拟信号进行滤波，滤除低频干扰信号。

9、信号输出放大滤波电路：对调制后的模拟信号进行放大滤波，以便在电力线上传输。

10、过零检测电路：这部分电路的功能是把工频交流电的过零点时刻以脉冲的方式告知载波芯片，从而为分时通信以及相位判别提供依据。

11、降压电路：课题提供的是24v电压，而系统需要的是5v和12v电压，所以需要进行降压处理。

12、储电电路：此模块实现系统断电继续工作能力。

2.2系统工作原理

本电力线载波通信系统由单片机、显示模块、输入输出电路、过零检测电路、载波耦合电路、信号输出放大电路、信号输入滤波电路、电力线载波通信芯片SSC1641等组成，具体电路实现详见硬件设计部分。

发送信号工作原理：

信号输入电路输入信号，每路光耦的输入端发光二级管的正极接＋5V 电压，只要负极为低电平，就会使二极管导通，从而实现输入输出的光电耦合。光耦输出端的发射极接地，集电极通过 4.7KΩ的电阻接＋5V 电压，同时通过模块电路接到单片机的P0.3~P0.7端。LCD 通过P2口接收数据并显示，同时使P0.1输出高电平,P0.2口拉低，控制数据选择器74LS153，让串行数据输出端TXD与SSC1641数据接收端RXD1连通，处理器将信号发送给SSC1641进行调制。，由第7管脚输出到信号放大滤波电路，对输入的信号进行放大，并经过简单的滤波之后，配合过零检测电路检测到工频交流电过零点时刻，将信号耦合电路耦合到电力线上，满足电力传输的要求，从而实现信号发送。

信号接收工作原理：

信号耦合电路从电力线上耦合得到输入信号，输入滤波电路对信号进行滤波从而提高载波信号接收性能，滤波后的信号从第4管脚SSCIN输入后，经过低噪声放大器进行放大，放大后的信号经5管脚输出，进入C59、C53和C52构成的滤波器滤波后，由第6管脚输入，在经过两级可编程增益放大器放大后，进入模数转换器转换成

数字信号。令P0.0口输出低电平，SSC1641串行数据输出端TXD1与单片机数据接收端RXD 连通，将信号发送给单片机，通过软件控制将信号经P2口发送给LCD1602显示，同时由P1口输出信号控制继电器模块输出开关量。

RS232模块通过控制与上位机通信。p0.0=0时，处理器接收RS232接口发送的数据当p0.1=0,p0.2=1时，处理器将信号发送给RS232接口。

电源模块为整个系统提供匹配电源，备用电源模块可以在外部供电与电池供电之间自动切换，实现断电继续工作能力。

3、系统硬件设计

3.1 处理器模块

电路图如下所示：