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消费总线电力线接口电路的设计
摘要:在介绍消费总线物理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[1]、消费总线(CEBus)[2]、日本的家庭总线(HOME BUS)[3]、欧洲的安装总线(EIB)[4]。
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。
1 CEBus电力线物理层
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
消费总线的物理层有四种码,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(Unit symble time,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[5]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[1] [2] [3]
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