消费总线电力线接口电路设计.docx

消费总线电力线接口电路设计摘要：在介绍消费总线层技术参数的基础上给出了p89c51rd2单片机与p300/p111构成的电力线扫频载波通讯模块的设计方案重点论述了通讯模块电力线接口电路设计中所涉及的滤波电路、放大电路、耦合电路及其保护措施。关键词：电力线载波消费总线智能家庭要求家用电器经网络（总线）实现互联、互操总线协议是其精髓所在。目前国际上占主导地位的家庭网络标准有：美国的x10、消费总线（cebus）、日本的家庭总线（homebus）、欧洲的安装总线(eib)。消费总线使用五种类型的介质(电力线、无线、红外、双绞线和同轴电缆)其中以电力线的应用最为广泛。消费总线得到ibm、hownywell、microsoft、intellon、lucent、philips、siements等大公司的支持1992年成为美国电力工业协会的标准（eia600、eia721）。1997年eia600成为美国ansi标准；2000年6月微软和cebus委员会共同宣布支持cebus的简单控制协议scp。scp是未来微中upnp协议的子集。1cebus电力线层鉴于家庭中电力线载波通讯的特殊性cebus采用价格低廉、简单易行的线性调频（chirp）扩频调制技术。摒弃了传统电力线载波通常应用的直接序列扩频、调频扩频、跳时扩频等设备复杂、价格昂贵的扩频调制技术。图2通用通讯模块的原理图消费总线的层有四种码分别是:“0”、“1”、“eof”和“eop”。均为扫频信号正弦信号载波从203khz经过19个周期线性地变为400khz再经过1个周期变为100khz然后在5个周期中变为203khz整个过程用时100μs也就是1个ust(unitsymbletime在消费总线中用多少个ust来度量时间)。其波形如图1所示。chirps扫频载波需经过放大耦合到电力线上放大后的幅度应适中。幅度太低给接收电路带来困难；幅度太大又会对电力线上的设备产生干扰。cebus的规定如表1所示。表1不同条件下的载波幅度值设备工作电压最小幅值最大幅值负载范围～120v2.5vpp7vpp10Ω～2kΩ～240v5vpp14vpp39Ω～8.2kΩ表2不同条件下的设备输入阻抗值设备工作电压设备输入阻抗（在频率20khz～50000khz）载波幅值～120v>150Ω6vpp～240v>300Ω12vpp同时也规定了电器设备对信号的阻抗。如果阻抗很小就会将信号吸收从而无法传送国。规定如表2所示。线性调频技术实现宽带低功率密度传输从而大大提高抗干扰性能和传输距离。同时chirps具有很强的自相关性和自同步性。这种自相关决定了所有连接在网络上的设备可以同时识别从网上任意设备发出的这种特殊波形。2通讯模块的设计根据p89c51rd2和p300的芯片手册[7]设计的通用通讯模块的原理图如图2所示。p89c51rd2和p300之间采用spi接口通讯用模拟的i2c总线和串行eeprom通讯。这样中断口、串口和有足够的i/o口可以用于实际设备的设计。3通讯模块电力线接口电路的设计从p300输出的信号幅度小、驱动能力弱而且还有高次谐波因此必须经过滤波和放大然后才能通过耦合电路将信号调制到电力线上。耦合电路将高压和低压隔离开防止高压击穿通讯电路。另一方面从电力线来的载波信号又要由p300接收而电力线上的干扰很大也很不确定所以需要一个带通滤波器通过100khz～400khz之间的信号再送到p300的接收端。电路的方框图如图3所示。其中左边的3根线来自p300ts是数字信号控制收发转换。实际上p300的收发类似半双工方式因为当它在“发送”劣态的时候实际上并没有输出信号。因此这个时候它可以处于接收状态如果接收到了优态就表示发生了竞争。3.1滤波电路输入滤波器电路如图4所示。这个滤波器有6阶对高频干扰有很好的抑制图5是它的频率响应曲线。在高频段400khz处衰减为3db。高于400khz的平均衰减为3db高于400khz的平均衰减为128db/dec可以有效地过滤干扰信号。p300输出的信号包含丰富的高次谐波为了减小对电网的干扰先经过带通滤波器再进行放大。滤波器也采用无源电路原理与上面类似这里不再多述。3.2放大电路p300的输出信号经过滤波之后其内阻很大没有驱动能力而且电压幅度不符合消费总线的要求必须放大后才能够驱动电力线。放大电路不仅要有强有力的输出能力还需有禁止输出功能这样