基于LED照明的電力載波通信研究

王樹煒

【摘 要】通過對LED照明通信技術和電力載波通信技術的研究，實現室內的電力線通信以及室內的光信號覆蓋，構建了一個完整的室內通信體系，設計了電力載波通信的硬件電路，并進行了相關實驗進行系統驗證。

【關鍵詞】LED照明通信；電力載波通信

0 引言

傳統的家居控制模式，需要拉線、布網，對用戶的室內進行改造來實現家電的控制，其經濟性和實用性都不高；而現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合的方式來實現室內電器控制與管理，具有極高的應用價值[1]。

1 總體方案

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

2 硬件設計

2.1 調制輸出電路原理分析

當經過調制的數據需要傳輸到電力線上時，需要通過調制輸出電路，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，而Q3是反向電壓，處于截止狀態；當輸入信號為負半周期時，兩管狀態正好相反。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。最后經過C1電容濾波和瞬時限幅穩壓管穩壓后，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，來實現從電力線中不失真地檢出調制信號。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構成帶通無源濾波器。其中L1、C1構成低通濾波器，L2、C2構成高通濾波器，二極管D1和D2的作用主要利用其正向導通性，使輸入信號在一定范圍內，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采集的是單片機發送的信號，一共發送16個數據，每次發送的間隔期為200ms；通道1采集的是經過載波芯片調制后的高頻信號。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采集的是經過載波芯片解調后的信號。對比圖4可知，信號經過高頻調制后在電力線上傳輸，被接收并解調后，信號基本上保持不變，傳輸質量很高。

4 結論

本文利用電力載波通信和LED照明通信技術，構建了一種新的室內通信體系，提出了融合了電力載波和可見光通訊兩種技術的室內通信系統框架結構，解決了信號在電力線上傳輸的問題。在研究過程中，信號在傳輸的時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.物聯網時代下的智能家庭[J].現代建筑電氣，2012，3（08）：53-58.

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[4]張娜，金志民.超長站距光通信技術在電力系統中的應用分析[J].電力系統通信，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.