电力载波数据通信 设计报告

1、四川航天职业技术学院电力载波数据通信设计专业名称： G13电子信息工程技术 课程名称： 模拟电子技术 课题名称： 电力载波通讯设计 设计人员： 王丽丹 指导教师： 王婷婷 2014年6月15日1课程设计报告书评阅页课题名称：电力载波通信设计班 级：G13电子信息工程技术2班姓 名： 2014年 月 日 指导师评语：考核成绩： 指导教师签名： 2014年 月 日模拟电路电路课程设计任务书一、课题名称：模拟电路载波数据通信的设计二、技术指标：1. 无需架设专门的通讯电缆，安装方便，实现低压220V电线中传输信号2. 低功耗、可实现单发多接收，也可实现半双工通讯。 3采用模糊算法，抗干扰能力强，通信

2、 距离远，非常适合国内复杂多变的电网环境。三、要求：1. 画出电路原理图（或仿真电路） 2. 元器件及参数选择 3. 电路仿真与调试 指导教师:学 生:电子工程系 摘要低压电力线载波通信技术是利用现有的电力线作为信号传输信道来实现一对一、一对多或多对多的通信技术。在本设计中主要实现主从通信，为交通信号灯系统进行相关数据的传送。本设计采用HLPLCS520来设计电力线载波模块。在本设计中，采用的发送与接收双独立键盘控制信号灯传输信号。本设计是基于HLPLCS520的电力线载波模块，其硬件部分包括载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路

3、）等。在完成本设计硬件部分的理论分析后，进行相关的测试，并对测试结果做进一步的分析。关键字: AT89C52、载波、通信、目录第一章、设计目的5第二章、设计方案51 设计指标52. 设计要求53. 编写设计报告5第三章、控制模块6第四章、载波模块71载波芯片72电源电路103 发送功放电路104 接收滤波电路105 过零检测电路106 载波信号耦合11第五章、程序设计11第六章、问题分析13第七章、小结14第八章、 附录151元器件清单152 电力载波原理图153 电力载波PCB图17第一章、 设计目的低压电力线载波通信是利用低压配电线（220V 用户线）作为信息传输媒介，通过载波方式将模拟或

4、数字信号进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。电力网作为电能输送的专用网络，是国家基础网络之一。其网络的建设质量、机械强度、安全经济技术指标等都是经过反复论证合理优化的。它的覆盖面之广、容量之大是任何网络都不能相比的。因此，电力网是一种优质的不可多得的资源。第二章、设计方案1 设计指标1. 无需架设专门的通讯电缆，安装方便，实现低压220V电线中传输信号2. 低功耗、可实现单发多接收 3采用模糊算法，抗干扰能力强，通信 距离远，非常适合国内复杂多变的电网环境。2. 设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；3. 编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和

5、图纸，心得体会。第三章、控制模块随着单片机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，单片机的通信功能越来越显得重要。单片机通信是指单片机与计算机或者单片机之间的信息交流。 通信有并行和串行两种，在单片机系统以及现代单片机测试系统中，信息多是采用串行通信方式，串行通信也是单片机与外界信息交流的最基础的通信方式。单片机异步串行半双工通信能进行远距离传送，但如果在传输过程中不对数据进行处理的话，那么数据信息会因为外界因素干扰而导致信息丢失，这时电力载波通信就是一种可行的方法，通过电力载波模块的作用，可以将单片机的数据信息耦合到电力线上去进行较远的距离传送。一般采用扩频编码的方式，抗干扰能力强，数据传输可

6、靠，这样就克服单片机串行通信的缺点。9脚 复位电路 ， 18、19脚 晶振电路 ， P0口脚 信号灯 P2口独立键盘，RXD/TXD串行口发送/接收第四章、载波模块HL-PLC 载波通讯模块，采用FSK 通讯方式，软件采用超级模糊算法，即使传输信号被干扰或丢失达40%，也能准确还原出原载波信号，通讯稳定，抗干扰能力超强。载波中心频率110K，模块可以在过零发送模式和正常发送模式间自由切换。正常模式发送：载波线上有效数据速率可达8Kbit/（800Byte/s）过零模式发送：载波线上数据速率为100Byte/s无论过零还是正常发送模式，载波实际数据速率都远超目前国内大部分载波厂家的通讯模块。正常

7、模式速度快，但是抗干扰能力弱，适合负载轻干扰少的线路环境；过零模式速度稍慢，抗干扰能力强，适合绝大部分线路环境。串口通讯速率1200、2400、4800、9600 可选。1载波芯片HLPLCS520F 是一颗专为电力线载波通讯设计的，高集成度的FSK 调制与解调芯片。芯片内部集成高速数字信号处理器（DSP）和FSK 调制解调器，解调器具有较低的灵敏度和强的抗干扰性能，可适应各种复杂的电力线信道环境。广泛应用于各类交流、直流载波模块和通讯线直连的通讯模块中。芯片采用TSSOP20超小封装设计，配合简单的外围电路，可设计出高性能、超小体积的载波通讯模块。可设计出高性能、超小体积的载波通讯模块。芯片

8、工作温度-40到85，工作电压3.3V 到5.5V。芯片串口格式为：波特率1200、2400、4800、9600bit/s 可选,1 个起始位，8 个数据位，1 个停止位，偶校验、无校验可选。FSK 调制信号为110KHz 方波，带宽20KHz，可在正常发送模式和过零发送模式之间自由切换。正常发送模式下载波有效数据速率为800Byte/s,过零发送模式下载波有效数据速率为100Byte/s。框图：引脚及描述：芯片电路：2电源电路主要采用整流桥、MC7805和MC7812稳压电源1脚输入，2脚公共端，3脚输出端3 发送功放电路功率放大电路采用一颗P+N 沟道的复合Mos 管US6M2TR 作为放

9、大驱动芯片，芯片将5V 的方波FSK_OUT 信号提升到VPLC 电压的方波信号，然后经过L1 和C2 组成的滤波器将方波转换成正弦波信号。R4、R5 为Mos 管过流保护电阻，在变压器供电，发送功率不大的情况下可省略。TS1 是P 沟道Mos 管反向保护二极管，应选用低导通电压的肖特基二极管。4 接收滤波电路接收滤波电路前端采用RLC 带通滤波器设计，后经2 级三极管放大，再进过一个三极管整形，将正弦小信号放大整形成方波信号给载波芯片解析。5 过零检测电路过零检测电路，将220V 交流信号进行全波整流后驱动光耦产生过零信号，芯片过零检测为下降沿有效。6 载波信号耦合载波信号耦合变压器采用1m

10、H：1mH 的耦合线圈，安规电容C10的容量应>0.1uF,耐压不小于275V。第五章、程序设计/发送程序/#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint temp;void keyscan();void send(uint k);void delay(uint x)uint i,j;for(i=x;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void init()TMOD=0X20;/定时器1 波特率9600/TH1=0XFD;TL0=0XFD;TR1=1;

11、REN=1;SM0=0; SM1=1;EA=1;ES=1;void send(uint k) SBUF=k;while(!TI);TI=0;void main()init();while(1)keyscan();void keyscan()temp=P2;if(temp!=0xff)delay(10);if(temp!=0xff)temp=P2;switch(temp)case 0xfe:send(temp);break;case 0xfd:send(temp);break;case 0xfb: send(temp);break;case 0xf7:send(temp);break;case

12、0xef:send(temp);break;case 0xdf:send(temp);break;case 0xbf:send(temp);break; case 0x7f: send(temp);break; while(temp!=0xff);void ser() interrupt 4uchar a;RI=0;a=SBUF;P0=a;第六章、问题分析模块上电（复位）时S1、S2 会同时闪烁，如不闪烁应确认Vplc 电源是否正确接入，电压是否符合要求（6.5-20V 直流电），复位端RST 是否为高电平。模块串口速率和发送模式都是可以通过外接端口设置的，在测试前因确认串口的通讯格式和模块的

13、发送模式，正确选择串口格式和模块的发送模式。模块的设置端在线路板上有高、低电平短接点，可直接在线路板上短接设置，或者连接CPU 进行设置，串口格式只在上电（复位）时设置有效，模块的发送模式在工作中可以任意切换。模块默认串口9600、偶校验、8 数据位、1 停止为，正常发送模式。模块正常工作后。如果发送数据时S1 不闪烁，需检查RXD、TXD 和用户的收发端是否接反；如果模块工作在过零模式下，还应确认交流220V 信号是否正确接入。如果模块接收不到数据，可以直接将两只通讯模块L 和N 对接，不接入220V网络，发送选择正常模式测试模块的收发，确认模块的收发功能是否正常。收发正常后再接入220V

14、线路测试。第七章、小结在电力载波模块这方面还不是特别理想，仍然还是有时候会有点小问题，但是基本上已经实现了要求的功能。在双机通信这方面，本报告设计较为成功，完全实现了双机通信所要求的全部功能，两片单片机之间能够完全按照人的意志进行通信，并且很完美，没有错误，所要求的功能全部实现了。总之通过这次电力载波模块通信设计，在长时间的翻书和查阅资料之中，加深了单片机C语言程序设计的理解，特别是在单片机串行通信方面，更是受益颇深。在实现双机通信之后，继续实现电力载波通信一直是一个大问题，在买到模块之后查阅各种资料，尝试各种方案都未能成功，最后网上通过询问最终解决问题，尽管走了不少弯路，但是我们最后还是成功

15、了，心里还是蛮高兴的。总之听过这次电力载波设计，在这次的学习之中学到了不少更是体验到学习单片机的乐趣，锻炼了团队合作能力和个人的思考问题的方式和方法。第八章、 附录1元器件清单元件标号数量制造商贴片电容100nF-0805-5%(X7R)C2,C52三星贴片电容100nF-0805-10%(X7R)C1, C3, C4, C9,C145三星贴片电容18pF-0805-5%(COG)C6, C82三星贴片电容22nF-0805-5%(X7R)C7, C16, C17,C11, C125三星贴片电容4.7nF-0805-5%(X7R)C13, C152三星贴片钽电容47uF/10V（B型）E11A

16、VX贴片电阻100-0805-1%R1, R3, R7, R18, R22, R246厚声贴片电阻10k-0805-1%R2, R16, R173厚声贴片电阻0.5-0805-1%R4, R52厚声贴片电阻5.1k-0805-1%R6, R21, R233厚声贴片电阻1.2k-0805-1%R8, R9, R12, R14, R195厚声贴片电阻20k-0805-1%R11, R132厚声贴片电阻68k-0805-1%R151厚声贴片电阻470-0805-1%R201厚声TDK贴片电感100uH-1210-10%L31TDKTDK贴片电感470uH-1210-10%L41TDK贴片三极管S80

17、50Q1, Q2, Q33长电贴片二极管SS14TS11TOS贴片TVS管P6KE22CATVS11VISHAY贴片MOS管US6M2TRV11ROHM稳压器7805ST贴片光耦P2501 PS2501L-1-F3-U21RENESAS贴片功率电感22uH-CD54-10%L11国产贴片整流桥MB6SD11SEP芯片HLPLCS520FU11插件电阻220K-1WR101国产插件晶振16M-49SG11国产传输变压器1mH:1mHT11按规电容0.1u/275VC101TC稳压电源1N4007直插4国产2200uF电容16V2200直插10X201国产2 电力载波原理图3 电力载波PCB图参考文献: 1 张志科.电源技术的发展与现状J.忻州师范学院学报,2004, 20(2):82-84. 2 刘锐.交流宽带净化电源电路及其它J.电声技术,2003(2):74-75.3 魏永静.电力线扩频载波技术在抄表中的应用J.自动化与仪 器仪表,2005(6):50-51. 4 程菊花.基于单片机的电力线载波通