王树炜

【摘 要】通过对LED照明通信技术和电力载波通信技术的研究，实现室内的电力线通信以及室内的光信号覆盖，构建了一个完整的室内通信体系，设计了电力载波通信的硬件电路，并进行了相关实验进行系统验证。

【关键词】LED照明通信；电力载波通信

0 引言

传统的家居控制模式，需要拉线、布网，对用户的室内进行改造来实现家电的控制，其经济性和实用性都不高；而现在兴起的可见光通信只需借助照明灯就可以进行通信，本文利用已有的电力线和可见光通信相结合的方式来实现室内电器控制与管理，具有极高的应用价值[1]。

1 总体方案

室内通信系统如图1所示。系统主要利用電力载波通信和可见光照明通信这两项技术来实现室内的信息传递。其工作原理是：利用电力载波技术将信号调制到电网上[2]；经过接收和解调的信号被调制到LED上，形成室内的光信号覆盖；光信号经过光电接收装置的处理即可控制电器，最终达到室内通信的目的[3-4]。

2 硬件设计

2.1 调制输出电路原理分析

当经过调制的数据需要传输到电力线上时，需要通过调制输出电路，将信号耦合到电力线上。其电路如图2所示。该电路采用互补对称式甲乙类功率放大电路来进行功率放大[5]。Q1为驱动级三极管，Q2、Q3为性能相近的对管。Q1管作为推动信号接入Q2和Q3的基极，由于 Q2、Q3的极性相反，基极上的输入电压对其中一个三极管是正向偏置，另一个是反向偏置。当输入信号为正半周期时，Q2、Q3基极电压升高，此时Q2上为正向偏置电压，处于导通和放大状态，而Q3是反向电压，处于截止状态；当输入信号为负半周期时，两管状态正好相反。Q2、Q3输出的半周期信号合并后得到一个周期完整的输出信号。最后经过C1电容滤波和瞬时限幅稳压管稳压后，注入到电力线上，信号被耦合到电力线上。

2.2 检波电路原理分析

检波电路主要作用是对接收信号进行滤波，来实现从电力线中不失真地检出调制信号。其电路图如图3所示。

其中：R1是起保护后面载波芯片的作用，防止过压；L1、C1、L2和C2构成带通无源滤波器。其中L1、C1构成低通滤波器，L2、C2构成高通滤波器，二极管D1和D2的作用主要利用其正向导通性，使输入信号在一定范围内，防止过电压通入载波模块的I/O口。

3 实验验证

如图4所示的波形图中，通道2采集的是单片机发送的信号，一共发送16个数据，每次发送的间隔期为200ms；通道1采集的是经过载波芯片调制后的高频信号。如图5所示的波形图中，通道1采集的是载波通信模块从电力线上接收，并经过检波电路滤波后得到的输入载波芯片的信号。通道2采集的是经过载波芯片解调后的信号。对比图4可知，信号经过高频调制后在电力线上传输，被接收并解调后，信号基本上保持不变，传输质量很高。

4 结论

本文利用电力载波通信和LED照明通信技术，构建了一种新的室内通信体系，提出了融合了电力载波和可见光通讯两种技术的室内通信系统框架结构，解决了信号在电力线上传输的问题。在研究过程中，信号在传输的时候受到的干扰比较大，下一步将在电力线入口增加滤波电路，减少干扰以及防止信号污染。

【参考文献】

[1]任虔英，王娜.物联网时代下的智能家庭[J].现代建筑电气，2012，3（08）：53-58.

[2]欧善科，叶建华，王瑞合.低压电力线载波通信技术研究[J]. 低压电器，2012，（19）：36-41.

[3]黄可.无线光通信在电力系统中应用的分析[J].科技资讯，2010，（06）：121.

[4]张娜，金志民.超长站距光通信技术在电力系统中的应用分析[J].电力系统通信，2008，（03）：11-15.

[5]李晓亮.PLC电力线载波通信研究[D].西安电子科技大学，2009.