王樹(shù)煒

【摘 要】通過(guò)對(duì)LED照明通信技術(shù)和電力載波通信技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的電力線通信以及室內(nèi)的光信號(hào)覆蓋，構(gòu)建了一個(gè)完整的室內(nèi)通信體系，設(shè)計(jì)了電力載波通信的硬件電路，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】LED照明通信；電力載波通信

0 引言

傳統(tǒng)的家居控制模式，需要拉線、布網(wǎng)，對(duì)用戶的室內(nèi)進(jìn)行改造來(lái)實(shí)現(xiàn)家電的控制，其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都不高；而現(xiàn)在興起的可見(jiàn)光通信只需借助照明燈就可以進(jìn)行通信，本文利用已有的電力線和可見(jiàn)光通信相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)電器控制與管理，具有極高的應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 總體方案

室內(nèi)通信系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)主要利用電力載波通信和可見(jiàn)光照明通信這兩項(xiàng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的信息傳遞。其工作原理是：利用電力載波技術(shù)將信號(hào)調(diào)制到電網(wǎng)上[2]；經(jīng)過(guò)接收和解調(diào)的信號(hào)被調(diào)制到LED上，形成室內(nèi)的光信號(hào)覆蓋；光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電接收裝置的處理即可控制電器，最終達(dá)到室內(nèi)通信的目的[3-4]。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 調(diào)制輸出電路原理分析

當(dāng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)诫娏€上時(shí)，需要通過(guò)調(diào)制輸出電路，將信號(hào)耦合到電力線上。其電路如圖2所示。該電路采用互補(bǔ)對(duì)稱式甲乙類功率放大電路來(lái)進(jìn)行功率放大[5]。Q1為驅(qū)動(dòng)級(jí)三極管，Q2、Q3為性能相近的對(duì)管。Q1管作為推動(dòng)信號(hào)接入Q2和Q3的基極，由于 Q2、Q3的極性相反，基極上的輸入電壓對(duì)其中一個(gè)三極管是正向偏置，另一個(gè)是反向偏置。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周期時(shí)，Q2、Q3基極電壓升高，此時(shí)Q2上為正向偏置電壓，處于導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而Q3是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周期時(shí)，兩管狀態(tài)正好相反。Q2、Q3輸出的半周期信號(hào)合并后得到一個(gè)周期完整的輸出信號(hào)。最后經(jīng)過(guò)C1電容濾波和瞬時(shí)限幅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后，注入到電力線上，信號(hào)被耦合到電力線上。

2.2 檢波電路原理分析

檢波電路主要作用是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行濾波，來(lái)實(shí)現(xiàn)從電力線中不失真地檢出調(diào)制信號(hào)。其電路圖如圖3所示。

其中：R1是起保護(hù)后面載波芯片的作用，防止過(guò)壓；L1、C1、L2和C2構(gòu)成帶通無(wú)源濾波器。其中L1、C1構(gòu)成低通濾波器，L2、C2構(gòu)成高通濾波器，二極管D1和D2的作用主要利用其正向?qū)ㄐ?，使輸入信?hào)在一定范圍內(nèi)，防止過(guò)電壓通入載波模塊的I/O口。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

如圖4所示的波形圖中，通道2采集的是單片機(jī)發(fā)送的信號(hào)，一共發(fā)送16個(gè)數(shù)據(jù)，每次發(fā)送的間隔期為200ms；通道1采集的是經(jīng)過(guò)載波芯片調(diào)制后的高頻信號(hào)。如圖5所示的波形圖中，通道1采集的是載波通信模塊從電力線上接收，并經(jīng)過(guò)檢波電路濾波后得到的輸入載波芯片的信號(hào)。通道2采集的是經(jīng)過(guò)載波芯片解調(diào)后的信號(hào)。對(duì)比圖4可知，信號(hào)經(jīng)過(guò)高頻調(diào)制后在電力線上傳輸，被接收并解調(diào)后，信號(hào)基本上保持不變，傳輸質(zhì)量很高。

4 結(jié)論

本文利用電力載波通信和LED照明通信技術(shù)，構(gòu)建了一種新的室內(nèi)通信體系，提出了融合了電力載波和可見(jiàn)光通訊兩種技術(shù)的室內(nèi)通信系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，解決了信號(hào)在電力線上傳輸?shù)膯?wèn)題。在研究過(guò)程中，信號(hào)在傳輸?shù)臅r(shí)候受到的干擾比較大，下一步將在電力線入口增加濾波電路，減少干擾以及防止信號(hào)污染。

【參考文獻(xiàn)】

[1]任虔英，王娜.物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的智能家庭[J].現(xiàn)代建筑電氣，2012，3（08）：53-58.

[2]歐善科，葉建華，王瑞合.低壓電力線載波通信技術(shù)研究[J]. 低壓電器，2012，（19）：36-41.

[3]黃可.無(wú)線光通信在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的分析[J].科技資訊，2010，（06）：121.

[4]張娜，金志民.超長(zhǎng)站距光通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電力系統(tǒng)通信，2008，（03）：11-15.

[5]李曉亮.PLC電力線載波通信研究[D].西安電子科技大學(xué)，2009.