新型低压电力线载波通信模块的开发及应用

摘要

低压电力线载波通信是利用现有的低压电力网作为信道，实现数据传递和信息交换。具有不用布线、覆盖范围广、连接方便等显著优势，自动集中抄表系统的开发是其技术的主要应用。 本课题设计开发的载波通信模块是自动集中抄表系统中的核心通信芯片。它是采用高速流水线结构，兼容8051的CIP-51微控制器内核混合信号微控制器C8051F300和窄带调频接收芯片MC3361 为主芯片，配合外围电路、接口模块组成系统，自主设计开发的，具有完全知识产权的窄带调频载波通信模块。 在本课题研究过程中，本人完成了以下工作： （1）研究了目前自动抄表领域中所使用的主流载波芯片，分析了低压电力线载波通信信道特性，比较电力线载波通信调制技术各自的优缺点。着重研究了2FSK和OFDM系统的基本原理、性能特点，以及关键技术，并利用SystemView软件对2FSK和OFDM进行了建模仿真分析。 （2）结合窄带调频理论，引入完全集成的混合信号系统级的MCU芯片C8051F300，提出软件分频思想。利用其高速（可达25MIPS）特性，编写软件实现分频，产生FSK调制所需要的载波高频、载波低频及MC3361的本振信号。通过借鉴收音机中频变压器，组成信号输入的双回路谐振电路，对接收信号进行选频，完成对输入信号放大、解调、信号整形等电路的设计。设计简单DSP算法，编写信号数字采样的软件，实现接收信号的还原。同时，在PCB布板设计中，考虑了消减电磁干扰等因素，缩短连线，在电源部分去耦增加了滤波处理，以提高稳定性。 （3）在完成相关软件的编写，并进行在线仿真后，对模块进行了测试。根据载波模块通信质量各功能的测试原理，搭建了测试架构，并编写了相应的载波模块性能的测试软件，得出了载波模块通信性能的技术指标。在载波模块的应用方面，配合外围电源和电平转换电路，实现了智能型载波调制解调器的功能，并在生产和现场调试中得到应用。