專利名稱：嵌入式電力線載波通信調制解調器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及通過電力配電線傳輸信息的裝置，尤其涉及一種嵌入式電力線載波通信調制解調器。
背景技術：
電力線網絡作為一個”公共網絡”，越來越多地被當作數據傳輸通道來應用。比如自動抄表，路燈監控，家庭自動化，智能小區，工業過程控制，通風及空調控制，指示牌及信息顯示系統，消防、供電管理等多種中低速數據網絡系統，都可以用低壓電力線作為數據傳輸通道，使其具有最低的綜合成本。近十年來，國外專業的芯片公司先后推出了一系列的電力線載波芯片，比如LM1893/2893，ST7536/7537，P200/300等。然而，由于電力線的”隨參特性”和”高電壓”環境，以及設計人員不能深入理解上述芯片的原理功能，這樣就使設計制造的產品不能可靠地進行電力線載波通信。這個問題長時間制約著電力線載波通信技術的發展。而在實際應用上，市場需要一種可以嵌入到各種各樣電力線載波通信系統中，作為用戶設備和電力線之間載波通信的接口板。用戶在設計實施系統時，將這種接口板一端接用戶設備的通訊口，另一端接到電力線上即可實現與另外一處有相同設置的用戶通信。現有技術已有將高速模擬/數字轉換器(ADC)、數字/模擬轉換器(DAC)、數字信號處理器(DSP)、可編程邏輯器件(PLC)和8位單片機(MCU)等多個部件組合，用其開發一種電力線載波通訊的器件，該器件與用戶的通訊方式有RS232、RS485、并口和CAN總線。例如申請號00133476.X的中國發明專利申請，公開的名為“運用軟件無線電技術的低壓電力線載波通訊核心集成電路”技術方案就是如此。但是目前USB總線接口在各種設備上的應用日益廣泛，現有技術和上述專利申請都未涉及USB接口技術。
發明內容
本實用新型要解決的技術問題是避免現有技術的不足而提出一種嵌入式電力線載波通信調制解調器，該調制解調器是一種可以嵌入到各種各樣電力線載波通信系統當中，作為用戶設備和電力線之間載波通信的嵌入式接口板，用戶在實施系統時，將該接口板一端接用戶設備的通訊口，另一端接到電力線上即可與該電力線上另一有相同設置的用戶通訊。而且該調制解調器除了可以連接用戶設備的RS232、RS485、TTL電平接口之外，還能以USB接口方式連接。
本實用新型解決上述技術問題可以通過采用以下技術方案來實現設計制造一種嵌入式電力線載波通信調制解調器，包括線路板、微處理器、載波芯片、直流電源電路、電力線耦合電路、電力線接插件、RS232電平轉換電路及TTL電平接口電路、通訊口接插件和跳線端子；尤其是還包括USB接口管理芯片和USB接插件；所述微處理器、載波芯片、直流電源電路、電力線耦合電路及接插件、RS232接口電路及TTL電平接口電路接插件都安裝在線路板之上；所述USB接口管理芯片和USB接插件也安裝在線路板之上；所述電力線接插件連接變壓器的初級；所述通訊口接插件連接RS232電平轉換電路和TTL電平接口電路；所述USB接插件第2腳和第3腳接USB接口管理芯片的D+和D-引腳。
所述USB接口管理芯片的D0～D7引腳接微處理器的P0.0～P0.7，USB接口管理芯片的ALE接微處理器的ALE，USB接口管理芯片的RD、WR接微處理器的RD、WR，USB接口管理芯片的片選端CS接微處理器的一個I/O口。
所述載波芯片的第6腳直接接微處理器的中斷1，然后通過一反相器接微處理器的中斷0。
所述USB接口管理芯片的INTRQ引腳接微處理器的一個I/O口。
所述微處理器的一個I/O口引腳接跳線端子的中間引腳第2腳，跳線端子的其他兩個引腳，一個接高電平Vcc，另一個接GND。
與現有技術相比較，本實用新型是一個獨立的嵌入式電力線載波通信調制解調器，它可以方便地和具有RS-232/485接口的產品連接，還可以和具有USB接口的設備連接，在220/110V，50/60Hz電力線上實現局域通信，并根據應用場合不同，可以選擇不同的傳輸速率。
圖1是本實用新型嵌入式電力線載波通信調制解調器的原理方框圖；圖2是所述調制解調器的電原理圖；圖3是所述調制解調器的線路板布置圖；圖4是所述調制解調器的RS485通訊電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳盡的說明。如圖1～圖3所示設計制造一種嵌入式電力線載波通信調制解調器，包括線路板30、微處理器U1、載波芯片U2、直流電源電路、電力線耦合電路、接插件CON2、RS232電平轉換電路及TTL電平接口電路、接插件CON1和跳線端子JP2；尤其是還包括USB接口管理芯片U7和USB接插件CON3；所述微處理器U1、載波芯片U2、直流電源電路、電力線耦合電路接口接插件CON2、RS232接口電路及TTL電平接口電路接插件CON1都安裝在線路板30之上；所述USB接口管理芯片U7和USB接插件CON3也安裝在線路板30之上；所述接插件CON2連接變壓器BT1的初級；所述接插件CON1連接RS232電平轉換電路和TTL電平接口電路；所述接插件CON3第2腳和第3腳接USB接口管理芯片U7的D+和D-引腳。
所述USB接口管理芯片U7的D0～D7接微處理器U1的P0.0～P0.7，USB接口管理芯片U7的ALE接微處理器U1的ALE，USB接口管理芯片U7的RD、WR接微處理器U1的RD、WR，USB接口管理芯片U7的CS接微處理器U1的P2.7。
所述載波芯片U2的第6腳直接接微處理器U1的第13腳INT1，然后通過一反相器U6B接微處理器U1的第12腳INT0。
所述USB接口管理芯片U7的INTRQ接微處理器U1的P2.6。
所述微處理器U1的第7腳P1.6接跳線端子JP2的中間引腳第2腳，跳線端子JP2的其他兩個引腳，一個接高電平Vcc，另一個接GND。
由圖1可以得知本實用新型的構成原理，本實用新型由微處理器及數據緩沖器、數據接口，電力線耦合及抗浪涌電路等部分組成，核心的部分是微處理器。
微處理器及數據緩沖器實際上是一個性能優良的單片機，其主要作用有數據編碼，校驗，數據流控制，數字濾波，收發轉換控制等。它帶有128字節的數據存儲器，我們用其作為數據緩沖器。
在平常狀態下，數據接口端(RS232/485或USB)和電力線接口端都處于監聽狀態，任何一端有數據到來，單片機立即根據數據來源，控制數據流向和通信過程。下面對工作過程加以描述
當數據接口端有數據到來，單片機自動啟動RS232/485或USB數據接收，首先將數據存入數據存儲器，再加載校驗碼，偽碼，電力線載波識別碼后，形成一個數據流發向電力線調制電路。調制電路將編碼后的數據調制成載波信號，再經放大，耦合至電力線。
當電力線接口端有數據到來，電力線解調電路首先將載波信號解調成數據流，存入數據存儲器，再由單片機按照協議將數據流還原成有效數據，發向數據接口。
在圖2中僅示出RS232通信接口部分，RS485通信接口在另一實施例中出示，PC機需要標準的RS232電平，而單片機通常需要TTL電平，因此，數據接口電路提供了兩種電平，通信速率(波特率)包括300、600、1200、2400、4800bps。
單片機U1可以直接通過USB接口管理芯片U7收發數據，先將數據暫存在數據存儲器之中，然后再決定數據流動方向。
電力線調制解調分為調制和解調兩大部分，分別實現數據的調制發送和解調接收。
如圖1所示調制部分由數據發送，數字調制，載波信號放大，輸出電路組成。”數據發送”和”數據調制”共同實現將數據流(0，1代碼)調制成82KHz左右的正弦波信號，比如”0”調制成82.35KHz，”1”調制成81.75KHz。”載波信號放大”和”輸出電路”實際是實現載波信號的功率放大，將載波信號放大到120～134dBμV(根據線路阻抗不同而變化)。
解調部分由輸入電路，濾波，數字解調，數據接收等組成。輸入和濾波電路主要是將來自于電力線的微弱信號從噪聲中(電力線噪聲是很大的，通常情況下，信號都被淹沒在噪聲中)分離出來并進行放大，比如82KHz左右的正玄波信號，使其幅度達到幾十毫伏，供數字解調器使用。
電力線接口主要由耦合和抗浪涌電路組成.耦合電路是在隔離工頻的情況下實現載波信號雙向耦合，抗浪涌電路主要是防止電力線上浪涌電壓沖擊調制解調器。
本實用新型描述了以下幾種實施例，一是如圖2所示的單相型RS232或USB嵌入式電力線載波通信調制解調器；用以實現單相電力線上RS232或USB通信。該實施例只要將變壓器BT1置換為三相的變壓器及添加一些相關器件，即可成為三相型RS232或USB嵌入式電力線載波通信調制解調器；用以實現三相電力線上RS232或USB通信。
再就是是單相型RS485或USB嵌入式電力線載波通信調制解調器；用以實現單相電力線上RS485或USB通信。
圖4是一種RS485通信方案該電路一端接單片機U1的串行通訊口RXD和TXD，另一端接RS485通訊線。
關鍵元器件明細表
實踐證明，本實用新型可以方便地和具有RS-232/485或USB接口的產品連接，提供雙向半工的通信功能，可以在220/110V，50/60Hz電力線上實現局域通信，根據應用場合不同，可以選擇不同的傳輸速率。它與用戶的設備或系統之間的通信協議無關，系統中的任意兩點之間都是透明的，多個設備可連接在同一電力線上。如果用戶想在一個變壓器范圍內建立多個相互獨立的系統，只需選擇不同頻段的產品即可。
權利要求1.一種嵌入式電力線載波通信調制解調器，包括線路板(30)、微處理器U1、載波芯片U2、直流電源電路、電力線耦合電路、接插件CON2、RS232電平轉換電路及TTL電平接口電路、接插件CON1和跳線端子JP2；其特征在于還包括USB接口管理芯片U7和USB接插件CON3；所述微處理器U1、載波芯片U2、直流電源電路、電力線耦合電路接口接插件CON2、RS232接口電路及TTL電平接口電路接插件CON1都安裝在線路板(30)之上；所述USB接口管理芯片U7和USB接插件CON3也安裝在線路板(30)之上；所述接插件CON2連接變壓器BT1的初級；所述接插件CON1連接RS232電平轉換電路和TTL電平接口電路；所述接插件CON3第2腳和第3腳接USB接口管理芯片U7的D+和D-引腳。
2.根據權利要求1所述的嵌入式電力線載波通信調制解調器，其特征在于所述USB接口管理芯片U7的D0～D7接微處理器U1的P0.0～P0.7，USB接口管理芯片U7的ALE接微處理器U1的ALE，USB接口管理芯片U7的RD、WR接微處理器U1的RD、WR，USB接口管理芯片U7的CS接微處理器U1的P2.7。
3.根據權利要求1所述的嵌入式電力線載波通信調制解調器，其特征在于所述載波芯片U2的第6腳直接接微處理器U1的第13腳INT1，然后通過一反相器U6B接微處理器U1的第12腳INT0。
4.根據權利要求1所述的嵌入式電力線載波通信調制解調器，其特征在于所述USB接口管理芯片U7的INTRQ接微處理器U1的P2.6。
5.根據權利要求1所述的嵌入式電力線載波通信調制解調器，其特征在于所述微處理器U1的第7腳P1.6接跳線端子JP2的中間引腳第2腳，跳線端子JP2的其他兩個引腳，一個接高電平Vcc，另一個接GND。
專利摘要一種嵌入式電力線載波通信調制解調器，包括線路板(30)、微處理器U1、載波芯片U2、直流電源電路、電力線耦合電路、接插件CON2、RS232電平轉換電路及TTL電平接口電路、接插件CON1和跳線端子JP2；尤其是還包括USB接口管理芯片U7和USB接插件CON3；上述各器件都安裝在線路板(30)之上，所述接插件CON2連接變壓器BT1的初級，所述接插件CON1連接RS232電平轉換電路和TTL電平接口電路，所述接插件CON3第2腳和第3腳接USB接口管理芯片U7的D+和D－引腳，構成一獨立的利用電力線作通信網絡的通信接口板，應用于各種載波通信系統之中。
文檔編號H04M11/06GK2638337SQ03267309
公開日2004年9月1日 申請日期2003年7月3日 優先權日2003年7月3日
發明者趙蘭普, 田震, 舒玉杰, 張延濤 申請人:亞奇寶通電子技術(深圳)有限公司