消費(fèi)總線電力線接口電路的設(shè)計(jì)

摘要：在介紹消費(fèi)總線物理層技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，給出了P89C51RD2單片機(jī)與P300/P111構(gòu)成的電力線掃頻載波通訊模塊的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)論述了通訊模塊電力線接口電路設(shè)計(jì)中所涉及的濾波電路、放大電路、耦合電路及其保護(hù)措施。

智能家庭要求家用電器經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（總線）實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互操，總線協(xié)議是其精髓所在。目前，國際上占主導(dǎo)地位的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有：美國的X10[1]、消費(fèi)總線（CEBus）[2]、日本的家庭總線（HOME BUS）[3]、歐洲的安裝總線(EIB)[4]。

消費(fèi)總線使用五種類型的介質(zhì)(電力線、無線、紅外、雙絞線和同軸電纜)，其中以電力線的應(yīng)用最為廣泛。消費(fèi)總線得到IBM、Hownywell、Microsoft、Intellon、Lucent、Philips、Siements等大公司的支持，1992年成為美國電力工業(yè)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)（EIA600、EIA721）。1997年，EIA600成為美國ANSI標(biāo)準(zhǔn)；2000年6月，微軟和CEBus委員會(huì)共同宣布支持CEBus的簡(jiǎn)單控制協(xié)議SCP。SCP是未來微中UPNP協(xié)議的子集。

1 CEBus電力線物理層

鑒于家庭中電力線載波通訊的特殊性，CEBus采用價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易行的線性調(diào)頻（chirp）擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。摒棄了傳統(tǒng)電力線載波通常應(yīng)用的直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻擴(kuò)頻、跳時(shí)擴(kuò)頻等設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴的擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。

圖2 通用通訊模塊的原理圖

消費(fèi)總線的物理層有四種碼，分別是:“0”、“1”、“EOF”和“EOP”。均為掃頻信號(hào)，正弦信號(hào)載波，從203kHz經(jīng)過19個(gè)周期線性地變?yōu)?00kHz，再經(jīng)過1個(gè)周期變?yōu)?00kHz，然后在5個(gè)周期中變?yōu)?03kHz，整個(gè)過程用時(shí)100μs，也就是1個(gè)UST(Unit symble time，在消費(fèi)總線中用多少個(gè)UST來度量時(shí)間)。其波形如圖1所示。

chirps掃頻載波需經(jīng)過放大耦合到電力線上，放大后的幅度應(yīng)適中。幅度太低，給接收電路帶來困難；幅度太大，又會(huì)對(duì)電力線上的設(shè)備產(chǎn)生干擾。CEBus的規(guī)定如表1[5]所示。

表1 不同條件下的載波幅度值

設(shè)備工作電壓最小幅值最大幅值負(fù)載范圍～120V2.5Vpp7Vpp10Ω～2kΩ～240V5Vpp14Vpp39Ω～8.2kΩ

表2 不同條件下的設(shè)備輸入阻抗值

設(shè)備工作電壓設(shè)備輸入阻抗（在頻率20kHz～50000kHz）載波幅值～120V

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