基于LED照明的電力載波通信研究

王樹煒

【摘 要】通過對LED照明通信技術(shù)和電力載波通信技術(shù)的研究，實現(xiàn)室內(nèi)的電力線通信以及室內(nèi)的光信號覆蓋，構(gòu)建了一個完整的室內(nèi)通信體系，設(shè)計了電力載波通信的硬件電路，并進行了相關(guān)實驗進行系統(tǒng)驗證。

【關(guān)鍵詞】LED照明通信；電力載波通信

0 引言

傳統(tǒng)的家居控制模式，需要拉線、布網(wǎng)，對用戶的室內(nèi)進行改造來實現(xiàn)家電的控制，其經(jīng)濟性和實用性都不高；而現(xiàn)在興起的可見光通信只需借助照明燈就可以進行通信，本文利用已有的電力線和可見光通信相結(jié)合的方式來實現(xiàn)室內(nèi)電器控制與管理，具有極高的應用價值[1]。

1 總體方案

室內(nèi)通信系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)主要利用電力載波通信和可見光照明通信這兩項技術(shù)來實現(xiàn)室內(nèi)的信息傳遞。其工作原理是：利用電力載波技術(shù)將信號調(diào)制到電網(wǎng)上[2]；經(jīng)過接收和解調(diào)的信號被調(diào)制到LED上，形成室內(nèi)的光信號覆蓋；光信號經(jīng)過光電接收裝置的處理即可控制電器，最終達到室內(nèi)通信的目的[3-4]。

2 硬件設(shè)計

2.1 調(diào)制輸出電路原理分析

當經(jīng)過調(diào)制的數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)诫娏€上時，需要通過調(diào)制輸出電路，將信號耦合到電力線上。其電路如圖2所示。該電路采用互補對稱式甲乙類功率放大電路來進行功率放大[5]。Q1為驅(qū)動級三極管，Q2、Q3為性能相近的對管。Q1管作為推動信號接入Q2和Q3的基極，由于 Q2、Q3的極性相反，基極上的輸入電壓對其中一個三極管是正向偏置，另一個是反向偏置。當輸入信號為正半周期時，Q2、Q3基極電壓升高，此時Q2上為正向偏置電壓，處于導通和放大狀態(tài)，而Q3是反向電壓，處于截止狀態(tài)；當輸入信號為負半周期時，兩管狀態(tài)正好相反。Q2、Q3輸出的半周期信號合并后得到一個周期完整的輸出信號。最后經(jīng)過C1電容濾波和瞬時限幅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后，注入到電力線上，信號被耦合到電力線上。

2.2 檢波電路原理分析

檢波電路主要作用是對接收信號進行濾波，來實現(xiàn)從電力線中不失真地檢出調(diào)制信號。其電路圖如圖3所示。

其中：R1是起保護后面載波芯片的作用，防止過壓；L1、C1、L2和C2構(gòu)成帶通無源濾波器。其中L1、C1構(gòu)成低通濾波器，L2、C2構(gòu)成高通濾波器，二極管D1和D2的作用主要利用其正向?qū)ㄐ裕馆斎胄盘栐谝欢ǚ秶鷥?nèi)，防止過電壓通入載波模塊的I/O口。

3 實驗驗證

如圖4所示的波形圖中，通道2采集的是單片機發(fā)送的信號，一共發(fā)送16個數(shù)據(jù)，每次發(fā)送的間隔期為200ms；通道1采集的是經(jīng)過載波芯片調(diào)制后的高頻信號。如圖5所示的波形圖中，通道1采集的是載波通信模塊從電力線上接收，并經(jīng)過檢波電路濾波后得到的輸入載波芯片的信號。通道2采集的是經(jīng)過載波芯片解調(diào)后的信號。對比圖4可知，信號經(jīng)過高頻調(diào)制后在電力線上傳輸，被接收并解調(diào)后，信號基本上保持不變，傳輸質(zhì)量很高。

4 結(jié)論

本文利用電力載波通信和LED照明通信技術(shù)，構(gòu)建了一種新的室內(nèi)通信體系，提出了融合了電力載波和可見光通訊兩種技術(shù)的室內(nèi)通信系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，解決了信號在電力線上傳輸?shù)膯栴}。在研究過程中，信號在傳輸?shù)臅r候受到的干擾比較大，下一步將在電力線入口增加濾波電路，減少干擾以及防止信號污染。

【參考文獻】

[1]任虔英，王娜.物聯(lián)網(wǎng)時代下的智能家庭[J].現(xiàn)代建筑電氣，2012，3（08）：53-58.

[2]歐善科，葉建華，王瑞合.低壓電力線載波通信技術(shù)研究[J]. 低壓電器，2012，（19）：36-41.

[3]黃可.無線光通信在電力系統(tǒng)中應用的分析[J].科技資訊，2010，（06）：121.

[4]張娜，金志民.超長站距光通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用分析[J].電力系統(tǒng)通信，2008，（03）：11-15.

[5]李曉亮.PLC電力線載波通信研究[D].西安電子科技大學，2009.