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消费总线电力线接口电路的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  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(HOMEBUS)[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。
  
  1CEBus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(Unitsymbletime,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~120V>150Ω6Vpp~240V>300Ω12Vpp
  同时也规定了电器设备对信号的阻抗。如果阻抗很小,就会将信号吸收从而无法传送国。规定如表2[5]所示。
  
  线性调频技术实现宽带低功率密度传输,从而大大提高抗干扰性能和传输距离。同时,chirps具有很强的自相关性和自同步性。这种自相关决定了所有连接在网络上的设备可以同时识别从网上任意设备发出的这种特殊波形。
  
  2通讯模块的设计
  
  根据P89C51RD2和P300的芯片手册[6][7],设计的通用通讯模块的原理图如图2所示。P89C51RD2和P300之间采用SPI接口通讯,用模拟的I2C总线和串行

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