一種應用於數字家庭中的plc總線控制電路的製作方法

2023-05-23 18:02:16 2

專利名稱：一種應用於數字家庭中的plc總線控制電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於數字家庭智能家居技術領域，特別是一種應用於數字家庭中的PLC總線控制電路。
背景技術：
數字家庭是信息產業向消費電子領域發展的一個分支，它為用戶提供產品、消費和娛樂等數位化生活，是產、官、學界一致認定的數字彙流發展中的重要應用領域。其中數字家庭的一個重要體現就是智能家居家居。目前，由於電力線具有不需要重複不線，擴展容易，普及率高的特點，而受到智能家居控制領域的青睞。通過電力線，並結合PLC總線控制技術，不僅可以實現控制信號的安全傳輸問題，更可以節省家庭網絡的投資，實現快速組網。中國專利申請200620164871.8(電力線載波智能控制器及電力線載波控制系統) 公開一種可應用於所有採用電力線載波信號傳輸電路進行數據傳輸和控制的領域，並可通過GPRS網絡的無線傳輸進行遠程控制，可實現電力線路燈控制、路燈檢測、建築景觀燈定時場景控制檢測、家電智能控制的電力線載波智能控制器。整體上它包括載波信號接收單元、載波信號發送單元、微處理器單元，串行通訊單元，其中載波信號接收單元、載波信號發送單元採用電力線耦合技術以及直序擴頻技術，一定程度上解決了現有電力線載波控制裝置無法避免幹擾信號的影響以及生產成本高的問題，但是不適合集成化發展，同時也服務實現載波的有效適配。

發明內容
本發明的目的是提出一種應用於數字家庭中的PLC總線控制電路，它具有結構簡單，能進行有效的載波優化控制，並實現通過電力進行有效的控制信號耦合與傳輸，為各種基於電力線的家庭網絡組建提供基礎的通訊支持。下面對本發明方案做進一步描述—種應用於數字家庭中的PLC總線控制電路，用於為基於電力線的設備控制實現提供控制指令的輸出，包括MCU模塊、電力線載波通訊模塊和電力線接入模塊，電力線載波通訊模塊將來自MCU模塊的控制指令轉換成適合電力線傳輸的指令並通過電力線接入模塊耦合於電力線，其特徵在於，電力線載波通訊模塊至少具有兩個模擬信號接收端的差分輸入端和兩個數字功放的半橋輸出端；電力線接入模塊包括電力線耦合電路、電力線載波發送電路和電力線載波接收電路；電力線耦合電路的信號耦合變壓器兩邊分別並聯一個雙極型瞬態抑制二極體以避免線路上高電壓脈衝衝擊，信號耦合變壓器與電力線接入的一邊至少並聯一用以過壓保護的壓敏電阻；電力線載波通訊模塊的兩個數字功放的半橋輸出端分別通過一 LC帶通濾波器後與電力線耦合電路相連形成電力線載波發送電路；
電力線載波通訊模塊的兩個模擬信號接收端的差分輸入端連接一 LC諧振電路， 並分別經由一電阻和電容後與兩個數字功放的半橋輸出端實現並接，並形成電力線載波接收電路。進一步，所述的電力線載波通訊模塊具有MI200E電力線載波晶片，MI200E電力線載波晶片與MCU模塊通過SPI接口連接。更進一步，所述的電力線載波通訊模塊的兩個模擬信號接收端的差分輸入端連接的LC諧振電路參數根據載波頻率而改變以使該諧振電路對該載波頻率附近範圍頻帶的阻抗最大。


圖1是本發明控制系統的結構框圖；圖2是MI200E電力線載波晶片引腳分布圖；圖3是電力線耦合電路原理圖；圖4是電力線載波發送電路原理圖；圖5是電力線載波接收電路原理圖；圖6是MCU模塊與電力線載波通訊模塊的SPI接口電路原理圖。
具體實施例方式如圖1，本發明的PLC總線控制電路由MCU模塊、電力線載波通訊模塊和電力線接入模塊組成，而在數字家庭智能控制中應用還包括有電力線和受控設備部分。圖中，電力線載波通訊模塊將來自MCU模塊的控制指令轉換成適合電力線傳輸的指令並通過電力線接入模塊耦合於電力線，然後經過電力線傳輸至受控設備。參考圖2，為電力線載波通訊模塊所採用的MI200E電力線載波晶片引腳分布圖。 MI200E電力線載波晶片是一款專門針對低壓電力線進行優化設計的高集成度、高性能的電力線載波通訊晶片。它是一個可工作於碼分多址(CDMA)方式的半雙工調製解調晶片，並且提供載波偵聽和有效幀指示信號，可方便地實現基於共享信道的網絡接入協議。作為電力線載波通訊模塊的核心，MI200E電力線載波晶片具有兩個模擬信號接收端的差分輸入端 (RAI+.RAI-)和兩個數字功放的半橋輸出端(PA、PB)。參考圖3至5，電力線接入模塊由電力線耦合電路、電力線載波發送電路和電力線載波接收電路三部分組成。其中如圖2所示，電力線耦合電路的信號耦合變壓器Tl兩邊分別並聯一個雙極型瞬態抑制二極體VD1、VD2用以避免線路上有高電壓脈衝衝擊時損壞後端器件，為第二級保護電路，而信號耦合變壓器與電力線接入的一邊並聯一用壓敏電阻R35 以保護後繼電路免受過電壓的損害。變壓器Tl的實現載波信號與電力線的傳遞耦合，並實現低壓直流收發電路與220V交流電力線的隔離。如圖4所示，為電力線載波發送電路。待發信號由MI200E的PA、PB引腳輸出至發送濾波器，再經電力線耦合電路耦合至電力線上。發送濾波器由一級簡單的LC帶通濾波器組成，如圖中的C29、L4、C3(1、L12。L、C參數根據所選的載波頻率決定。MI200E的載波頻率有 57. 6kH ζ、76. 8kH ζ和115. 2kHz共3種可供選擇。這裡可以使用76. 8kH ζ。如圖5所示，電力線載波接收電路。接收引腳RAI+和RAI-之間接有LC諧振電路，如圖中的L2、C27。同樣，對於不同的載波頻率，電路參數也需要作相應的調整，這裡選擇載波頻率為76. SkHz0該並聯諧振電路是一個帶阻濾波器，在理想情況下，諧振電路對頻率 76. 8kH ζ附近小範圍頻帶的阻抗是無窮大，而對其他頻率的信號阻抗很小，這樣使RAI+、 RAI-引腳得以接收載波信號。過零信號輸入端VAC+、VAC-和電阻R3(i、R31、I 82、R83組成過零檢測電路，晶片內部電路根據VAC+、VAC-的輸入可自動檢測電力線過零及負載特性。
如圖6所示，為MCU模塊與電力線載波通訊模塊的SPI接口電路原理圖。作為從器件的M I200E，其數據讀寫時的同步時鐘信號必須由主控MCU控制。引腳SCK是串行同步時鐘線，SDI是標準SPI接口中的MOS I即主機輸出/從機輸入數據線，SDO是標準SPI中的M ISO即主機輸入/從機輸出數據線。CS是片選信號線，用於選擇從設備。Rl R5是匹配電阻，一般為33，其作用是防止串擾，提高數據傳輸可靠性。RST是復位信號。電容C6 可以消除可能的尖峰脈衝的幹擾，防止電路受電壓抖動的影響而產生誤動作。M I200E需要保持大約Is的低電平，才能使其完全復位，且在上電初始化或復位後需要延時約50ms，才能再進行SPI讀或寫操作。
權利要求
1.一種應用於數字家庭中的PLC總線控制電路，用於為基於電力線的設備控制實現提供控制指令的輸出，包括MCU模塊、電力線載波通訊模塊和電力線接入模塊，電力線載波通訊模塊將來自MCU模塊的控制指令轉換成適合電力線傳輸的指令並通過電力線接入模塊耦合於電力線，其特徵在於，電力線載波通訊模塊至少具有兩個模擬信號接收端的差分輸入端和兩個數字功放的半橋輸出端；電力線接入模塊包括電力線耦合電路、電力線載波發送電路和電力線載波接收電路；電力線耦合電路的信號耦合變壓器兩邊分別並聯一個雙極型瞬態抑制二極體以避免線路上高電壓脈衝衝擊，信號耦合變壓器與電力線接入的一邊至少並聯一用以過壓保護的壓敏電阻；電力線載波通訊模塊的兩個數字功放的半橋輸出端分別通過一 LC帶通濾波器後與電力線耦合電路相連形成電力線載波發送電路；電力線載波通訊模塊的兩個模擬信號接收端的差分輸入端連接一 LC諧振電路，並分別經由一電阻和電容後與兩個數字功放的半橋輸出端實現並接，並形成電力線載波接收電路。
2.如權利要求1所述的PLC總線控制電路，其特徵在於，所述的電力線載波通訊模塊具有MI200E電力線載波晶片，MI200E電力線載波晶片與MCU模塊通過SPI接口連接。
3.如權利要求2所述的PLC總線控制電路，其特徵在於，所述的電力線載波通訊模塊的兩個模擬信號接收端的差分輸入端連接的LC諧振電路參數根據載波頻率而改變以使該諧振電路對該載波頻率附近範圍頻帶的阻抗最大。
全文摘要
本發明屬於數字家庭智能家居技術領域，提出一種應用於數字家庭中的PLC總線控制電路，用於為基於電力線的設備控制實現提供控制指令的輸出，包括MCU模塊、電力線載波通訊模塊和電力線接入模塊，其特徵在於，電力線耦合電路的信號耦合變壓器兩邊分別並聯一個雙極型瞬態抑制二極體以避免線路上高電壓脈衝衝擊，信號耦合變壓器與電力線接入的一邊至少並聯一用以過壓保護的壓敏電阻；電力線載波通訊模塊的兩個數字功放的半橋輸出端分別通過一LC帶通濾波器後與電力線耦合電路相連形成電力線載波發送電路；電力線載波通訊模塊的兩個模擬信號接收端的差分輸入端連接一LC諧振電路，並分別經由一電阻和電容後與兩個數字功放的半橋輸出端實現並接，並形成電力線載波接收電路。
文檔編號G05B19/05GK102331735SQ20111020161
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者盧林發, 葉燦才, 黃家祺 申請人:中山愛科數字家庭產業孵化基地有限公司