基于ST7538和ATmega88V的电力线载波通信模块的设计

图3 电力线接口电路

发送电路部分，电容C11、电感LC12、电感L4和等效感性阻抗LC的值一般是事先给定的,需要通过计算确定的是电容C13和CR9的值。在选定C11、LC12、L4和LC的值时要注意变压器的漏电感、晶体二极管的电容和串联器件(C13、LC12、T1、L4、C11)的等效串联电阻ESR(100mΩ～1Ω) ,所以尽可能地选用电阻性器件。变压器选用1:1的隔离变压器。模拟电力线的阻抗条件,即给滤波器的输出端加上一个感性负载,令其阻抗特性为2LC = 100μH。电路中的感性器件的ESR要与其电感值成比例,且感性器件的ESR要尽可能地小。电感选用LBC（大线轴带绕磁心）,电感值尽可能小,所以LC12的值选为10μH，L4的值选为22μH。C11的作用是将变压器与电力线隔离,过滤电力线上的50/60Hz的信号,阻止低频信号进入电路而使某些高频信号通过,选取X2型电容，这种电容具有短路保护功能，所以C11的值一般选为33nF/400V。根据极点频率公式，计算得出C13的值为220nF,CR9的值为100nF。

接收电路部分选用无源滤波器要优于有源滤波器,这是因为有源滤波器会产生一个与接收信号相当的白噪声。采用并联谐振电路, 选用二阶无源带通滤波器(C36、L7、R11)。接收滤波器的频率主要由电容C36,电感L7和电阻R11的值决定。中心频率可设置为132.5kHz。滤波器性能好坏的一个重要因素是品质因数Q，Q值选为2～3。选用允许误差为5%的聚丙烯电容和允许误差为10%的BC(线轴带绕磁芯)电感。为了不影响发送部分,并减少通过变压器初级线圈的直流电流, R11的值要尽可能得大, 但R11值若过大,会产生一个较高的白噪声,所以R11的值取为750Ω。令R11的值不变，根据中心频率和品质因数的选取不同可以得出不同的C36和L7的值。

在保护电路部分中,一般采用一个双向稳压管,当电压值不小于稳压管电压时,稳压管就会短接到地,从而保护接口电路的器件不会被烧坏。火线与零线间的干扰为差模干扰，火线与地线，零线与地线间的为共模干扰。采用一个双向稳压管只对差模尖峰信号起作用而对共模尖峰信号没作用，当出现共模尖峰信号时就会对电路造成损坏，所以这里采用三个二极管(D16和D15为P6KE6V8，D17为SM6T6V8A)，将它们连成星状结构。对于差模尖峰信号，D16和D15构成一个双向稳压管，对于共模尖峰信号,这种星状结构就相当于两个双向稳压管(D15和D17,D16和D17)。

软件设计
当系统启动时，程序完成初始化后便自动进入从电力线接收数据的状态，开始检测载波信号的有无及正确与否。如果检测到载波信号且正确，则系统进入载波接收中断程序，开始接收从电力线上传来的数据；如果一开始没有载波信号，则系统开始检测串口，判断串口是否有数据传送过来，若目前有串口数据则系统进入串口数据接收状态，确定串口数据接收完成后就马上进入载波发送中断程序，完成数据调制并发送。如果电力线及串口都无数据传送发生，则系统重新进入检测状态，重新开始检测电力线，进入新一轮循环。流程图如图4所示。为了避免串口同时处于接收与发送状态，造成数据冲突，程序中是以状态字的查询以及中断的设置来完成。

图4 电力载波通信系统程序流程

结束语
本文介绍的基于ATmega88V与 ST7538低压电力线载波通信模块的电路设计方案具有结构简单、成本低、工作方式灵活可靠、抗干扰能力强等特点。经过实验观察，设备运行良好，数据传输稳定可靠，遇故障可自动重启，可以实现无人守候，为复杂的工业环境下的工业控制和数据传输提供了一套参考方案。