一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路及其實現方法與流程
2023-05-31 08:58:06
本發明涉及載波通信技術，具體來說是一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路及其實現方法。
背景技術：
：目前市面上交流載波通信技術較成熟、應用較廣泛，但直流載波通信的應用受到技術的成熟度和實現的複雜度在市面上還沒有大範圍的應用。我們採取的利用差分信號在直流輸電線上的耦合技術實現了直流載波數據通信，該技術其具有電路構造簡單、載波直流電壓範圍寬、耦合方式簡易、抗幹擾能力強、通信穩定、通信帶載節點數多、通信速率高、通信距離遠等特點適合應用於現有的直流輸電線上實現各設備節點間通過直流輸電線進行載波數據通信。故現有技術中直流載波通信存在的技術問題：1、現有直流載波通信中，受限於載波調製的方式導致載波通信速率較低；2、現有直流載波通信中，載波通信適應的直流輸電電壓範圍較小；3、現有直流載波通信中，載波耦合方式較複雜且對直流輸電線供電功率及電壓範圍有限制。技術實現要素：本發明的目的在於克服以上現有技術存在的不足，提供了一種結構簡單、造價便宜、低壓直流載波數據通信、載波通信電壓範圍寬、耦合方式簡易、抗幹擾能力強、通信穩定、通信速率快、通信帶載節點數多、通信距離長的基於差分耦合的低壓直流載波通信電路。本發明的另一目的在於提供一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路的實現方法。為了達到上述目的，本發明採用以下技術方案：一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路，包括依次連接的差分信號耦合電路、差分信號收發晶片和微處理晶片；差分信號耦合電路與直流輸電線連接，差分信號耦合電路與直流輸電線之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊。所述差分信號耦合電路包括d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容，d+端差分信號耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號耦合電容與直流輸電線的負極連接，d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號耦合電容與電阻r1一端、差分信號收發晶片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號負載電感一端連接，d+端差分信號負載電感另一端接地；d-端差分信號耦合電容與電阻r3一端、差分信號收發晶片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號負載電感一端連接，d-端差分信號負載電感另一端接地。所述直流輸電線與d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間設有共模濾波電感t1。所述d+端差分信號負載電感接地端與電阻r1一端之間設有d+端差分信號tvs過壓防護管，d-端差分信號負載電感接地端與電阻r2一端之間設有d-端差分信號tvs過壓防護管。所述d+端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d+端差分信號上拉電阻的一端，d+端差分信號上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d-端差分信號下拉電阻的一端，d-端差分信號下拉電阻的另一端接地。所述電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號負載電感和d-端差分信號負載電感相等。上述的基於差分耦合的低壓直流載波通信電路的實現方法，包括以下步驟：(1)、d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容從直流輸電線上獲取直流電及差分載波信號；(2)、直流電通過寬輸入降壓dc-dc模塊輸出電壓給載波電路供電；(3)、差分信號耦合電路通過直流電中分離耦合差分載波信號分量，隔離直流電分量，同時將差分載波信號耦合輸出至後級；(4)、差分信號收發晶片，將差分載波信號轉換為數位訊號並輸出至後級；(5)、微處理晶片接收差分信號收發晶片輸出的數位訊號並進行解碼，然後輸出使用。所述差分信號耦合電路包括d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容，d+端差分信號耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號耦合電容與直流輸電線的負極連接，d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號耦合電容與電阻r1一端、差分信號收發晶片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號負載電感一端連接，d+端差分信號負載電感另一端接地；d-端差分信號耦合電容與電阻r3一端、差分信號收發晶片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號負載電感一端連接，d-端差分信號負載電感另一端接地；所述直流輸電線與d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間設有共模濾波電感t1；所述d+端差分信號負載電感接地端與電阻r1一端之間設有d+端差分信號tvs過壓防護管，d-端差分信號負載電感接地端與電阻r2一端之間設有d-端差分信號tvs過壓防護管；所述d+端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d+端差分信號上拉電阻的一端，d+端差分信號上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d-端差分信號下拉電阻的一端，d-端差分信號下拉電阻的另一端接地；所述電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號負載電感和d-端差分信號負載電感相等。本發明相對於現有技術，具有如下的優點及效果：1、本發明包括依次連接的差分信號耦合電路、差分信號收發晶片和微處理晶片；差分信號耦合電路與直流輸電線連接，差分信號耦合電路與直流輸電線之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊，具有結構簡單、載波通信電壓範圍寬、耦合方式簡易、抗幹擾能力強、通信穩定、通信速率可達57600bps/s、通信帶載節點數多、通信距離可達600米等特點。2、本發明中電路適合應用於現有的低壓直流輸電線上的各設備節點間通過直流輸電線進行載波數據通信實現節點互聯互通。3、本發明採用差分信號傳輸，其差分載波信號耦合電路簡易、可靠。4、本發明採用了寬壓輸入，自適應7～48v範圍直流輸電線上載波通信。5、本發明載波通信速率範圍廣，通信距離遠，滿足2400～57600bit/s波特率，端到端傳輸距離達600米。6、本發明採用了峰峰值為-5v～+5v差分電壓及2400～57600hz低功率的差分傳輸信號，其對原直流輸電線上其它的用電設備不產生幹擾。7、本發明採用了模塊化接口設計，本直流載波通信電路以模塊化形式可嵌入到其它任何應用裝置中以便於安裝及日常維護。8、本發明採用降壓dc-dc模塊具備高效率特點，同時電路中大部分採用了分立無源器件及低功耗晶片使整體電路具備體積小、功耗低的特點。附圖說明圖1為一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路的電路連接示意圖。圖中標號與名稱如下：1差分信號收發晶片2微處理晶片3寬輸入降壓dc-dc模塊4d+端差分信號耦合電容5d-端差分信號耦合電容6直流輸電線7電阻r18d+端差分信號負載電感9電阻r310d-端差分信號負載電感11共模濾波電感t112d+端差分信號tvs過壓防護管13d-端差分信號tvs過壓防護管14d+端差分信號上拉電阻15d-端差分信號下拉電阻具體實施方式為便於本領域技術人員理解，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例1：如圖1所示，一種基於差分耦合的低壓直流載波通信電路，包括依次連接的差分信號耦合電路、差分信號收發晶片和微處理晶片；差分信號耦合電路與直流輸電線連接，差分信號耦合電路與直流輸電線之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊。本實施例中的差分信號耦合電路包括d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容，d+端差分信號耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號耦合電容與直流輸電線的負極連接，d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間並聯寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號耦合電容與電阻r1一端、差分信號收發晶片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號負載電感一端連接，d+端差分信號負載電感另一端接地；d-端差分信號耦合電容與電阻r3一端、差分信號收發晶片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號負載電感一端連接，d-端差分信號負載電感另一端接地。本實施例中的直流輸電線與d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容之間設有共模濾波電感t1，共模濾波電感t1起到濾除直流輸電線上的共模幹擾信號，將共模幹擾源隔離在共模濾波電感的外側，同時將直流電及差分載波信號輸出至後級。本實施例中的寬輸入降壓dc-dc模塊從共模濾波電感t1後級獲取輸入直流電，並轉換輸出電壓給直流載波電路整體供電，該寬輸入降壓dc-dc模塊具有寬壓輸入，可對7～48v直流輸入電壓進行降壓輸出。本實施例中的d+端差分信號負載電感接地端與電阻r1一端之間設有d+端差分信號tvs過壓防護管，d-端差分信號負載電感接地端與電阻r2一端之間設有d-端差分信號tvs過壓防護管；d+端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d+端差分信號上拉電阻的一端，d+端差分信號上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號tvs過壓防護管與差分信號收發晶片連接處連接d-端差分信號下拉電阻的一端，d-端差分信號下拉電阻的另一端接地。本實施例中的電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號負載電感和d-端差分信號負載電感相等。上述的基於差分耦合的低壓直流載波通信電路的實現方法，包括以下步驟：(1)、d+端差分信號耦合電容和d-端差分信號耦合電容從直流輸電線上獲取直流電及差分載波信號；(2)、直流電通過寬輸入降壓dc-dc模塊輸出電壓給載波電路供電；(3)、差分信號耦合電路通過直流電中分離耦合差分載波信號分量，隔離直流電分量，同時將差分載波信號耦合輸出至後級；(4)、差分信號收發晶片，將差分載波信號轉換為數位訊號並輸出至後級；(5)、微處理晶片接收差分信號收發晶片輸出的數位訊號並進行解碼，然後輸出使用。本實施例中的差分信號耦合電路起到將疊加在直流電上的差分載波信號分離進行分離耦合輸出至後級，同時隔離直流電分量的作用。其中d+端差分信號耦合電容、d-端差分信號耦合電容起到隔離直流分量，耦合差分載波信號分量的作用，其電容數值的大小選擇依據差分載波信號的頻率所對應容抗數值進行選擇，容抗cr計算公式為cr＝1/(2*π*f*c)，其中f為差分載波信號的頻率，反推電容c的數值選擇計算公式為c＝1/(2*π*f*cr)，差分載波信號頻率f應選擇常規帶寬範圍2400～57600。本實施例中容抗cr選擇範圍10～100，可根據實際直流載波信號頻率將以上數值帶入公式可計算出實際的電容數值。電阻r1和d+端差分信號負載電感組成差分信號正極端的阻抗匹配電路，電阻r3和d-端差分信號負載電感組成差分負極端的阻抗匹配電路，電阻r1和電阻r3的數值一致其數值不受具體範圍限制，d+端差分信號負載電感和d-端差分信號負載電感的數值一致。其數值依據公式l＝(2*π*f)/lr，其中l為電感數值，lr為電感感抗，可根據實際的總匹配阻抗值計算出電感量l的數值。d+端差分信號tvs過壓防護管、d-端差分信號tvs過壓防護管為過壓擊穿防護管，起到接口電氣過壓保護。d+端差分信號上拉電阻和d-端差分信號下拉電阻起到差分總線空閒狀態下差分接口信號電平狀態穩定作用，d+端差分信號上拉電阻串接在電源和差分接口正極端起到空閒狀態將差分正極穩定在高電平，d-端差分信號下拉電阻串接在電源地和差分接口負極端起到空閒狀態將差分負極穩定在低電平，這樣可使差分接口空閒狀態下穩定在邏輯「1」狀態，d+端差分信號上拉電阻和d-端差分信號下拉電阻的取值範圍不受具體限制。差分信號收發晶片通過差分接口接收差分信號耦合電路輸出的差分載波信號，並將差分載波信號轉換為數字邏輯信號輸出至後級，這裡的差分信號收發晶片指的是一切差分收發晶片。本實施例中的直流載波信號發送與直流載波信號接收為反方向過程，同時此直流載波為半雙工運行模式(載波接收與載波發送同一時刻只能存在一個工作模式)。上述具體實施方式為本發明的優選實施例，並不能對本發明進行限定，其他的任何未背離本發明的技術方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12