根據低壓電力線的智能載波模塊的設計

??? 圖中，N 點接220V 交流電的零線，A 點接220V 交流電的火線，同時作為系統的模擬 地COM 端。R3 和R4 通過串聯接法構成通路，由分壓公式可知，B 點的電壓為6V。即電 壓比較器U3A 的反向輸入端被鉗位于6V，N 點和A 點通過電阻R1，R2 和電容C1 也形成 回路，由電路原理可知，在電壓比較器U3A 的同向輸入端處形成和工頻交流電同頻率但幅 值降低的正弦交流電，當電壓比較器U3A 的同向輸入端電壓高于反向輸入端電壓6V 時， 電壓比較器U3A 的輸出端輸出10V 的高電平信號，當電壓比較器U3A 的同向輸入端電壓 低于反向輸入端電壓6V 時，電壓比較器U3A 的輸出端輸出0V 的低電平信號。因此，得到一定占空比的方波信號，作為P89LPC932 的外部中斷輸入信號。經計算可知，方波信號高 電平持續(xù)的時間為12ms，低電平持續(xù)的時間為8ms。
??? 2.3.2 信號調制電路的設計
??? 信號調制電路的功能主要是在 P89LPC932 接受到外部中斷輸入信號后，完成微控制器 所發(fā)送數據在低壓電力線上的調制工作，從而實現數據在電力線上的傳送。信號調制電路 硬件原理圖如圖3 所示。

??? 圖中，E 點是P89LPC932 進行信號調制的數據輸入端，在傳輸一位數據“0”時，E 點 一直為幅值為10V 的高電平信號，此時，電壓比較器U2C 的兩個輸入端為高電平狀態(tài)，輸 出端為低電平狀態(tài)，大功率三極管T 的基極和發(fā)射極之間沒有電壓差，T 不導通，因而沒 有零脈沖信號調制到低壓電力線上；在傳輸一位數據“1”時，E 點出現一個持續(xù)時間很短 的低電平信號，（這個低電平信號的脈寬由R7、C4 和數據調制程序共同決定）。由于電容 C4 兩端的電壓不能突變，電壓比較器U2C 的兩個輸入端出現一個零脈沖信號，輸出端出現 一個脈寬相等幅值為10V 的脈沖信號，三極管T 基極和發(fā)射極之間出現電壓差，三極管T 導通，從而使正弦交流電的火線和零線瞬時導通，在電力線上出現一個零脈沖信號。
??? 2.3.2 信號解調電路的設計
??? 信號解調電路的功能主要是把低壓電力線上調制的信號從電力線上解調出來，發(fā)送給P89LPC932，供微控制器進行相應的處理。其硬件原理圖如圖4 所示：

??? 圖中，N 點為低壓電力線的零線。電容C5 起到低頻濾波的作用。電力線上調制的信號從N 進入解調電路。電阻R8、R9 構成分壓電路，可知F 點電壓直流分量為：

??? 設計中，選取適當的電阻值，取 3.7 FV = V 。電容C5 和電阻R9 也構成分壓電路，使R9 兩端的正弦交流電電壓幅值小于3.7V。保證電力線上傳輸一位數據“0”時電壓比較器U3B 同向輸入端電壓一直高于反向輸入端電壓，G 點的輸出一直為零。當電力線上傳輸一位數據“1”時，在正弦交流電6V 相位處出現零脈沖信號，因此在電壓比較器U3B 同向輸入端 將會瞬時產生一個幅值低于信號地的電壓脈沖，使得電壓比較器U3B 輸出端產生一個脈沖 信號，經與非門的反向在G 點產生一個幅值為10V 的脈沖信號，經過光耦的隔離作用輸入 給微控制器。

??? 本軟件采用模塊化,結構化設計方案。主程序負責各功能寄存器初始化、等待發(fā)送數據 等功能。中斷處理程序負責接受外部輸入的數據、通過電力線發(fā)送和接受數據等功能。
??? 3.1 改進的Modbus協議介紹
??? 軟件設計的一個重點是低壓電力線智能載波模塊通訊協議的制定。在本設計中，采用 改進的Modbus協議。其是由Modbus協議的ASCII傳輸模式和RTU傳輸模式融合改進而來。 此協議實現主載波模塊對從載波模塊的讀和寫操作。其幀格式分別如下：
??? 3.1 載波數據發(fā)送和接收的軟件設計
??? 載波數據的發(fā)送和接收是在在微控制器P89LPC932外部中斷子程序中實現的。其程序流程圖如5所示：

??? 圖5 載波數據發(fā)送和接收子程序流程圖

?? 本文詳細的介紹了一款自主研究與設計的基于低壓電力線的智能載波模塊，通過數字示波器的實際測試及實驗室內的現場調試，本設計能夠可靠的通過低壓電力線傳送數據，傳輸距離1000m 左右，傳送距離遠，抗干擾能力強，可以廣泛的運用于電力線抄表、路燈控制、樓宇自動化等多種場合