本發(fā)明涉及載波通信技術(shù)，具體來說是一種基于差分耦合的低壓直流載波通信電路及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
：目前市面上交流載波通信技術(shù)較成熟、應(yīng)用較廣泛，但直流載波通信的應(yīng)用受到技術(shù)的成熟度和實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度在市面上還沒有大范圍的應(yīng)用。我們采取的利用差分信號(hào)在直流輸電線上的耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了直流載波數(shù)據(jù)通信，該技術(shù)其具有電路構(gòu)造簡單、載波直流電壓范圍寬、耦合方式簡易、抗干擾能力強(qiáng)、通信穩(wěn)定、通信帶載節(jié)點(diǎn)數(shù)多、通信速率高、通信距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)適合應(yīng)用于現(xiàn)有的直流輸電線上實(shí)現(xiàn)各設(shè)備節(jié)點(diǎn)間通過直流輸電線進(jìn)行載波數(shù)據(jù)通信。故現(xiàn)有技術(shù)中直流載波通信存在的技術(shù)問題：1、現(xiàn)有直流載波通信中，受限于載波調(diào)制的方式導(dǎo)致載波通信速率較低；2、現(xiàn)有直流載波通信中，載波通信適應(yīng)的直流輸電電壓范圍較?。?、現(xiàn)有直流載波通信中，載波耦合方式較復(fù)雜且對(duì)直流輸電線供電功率及電壓范圍有限制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜、低壓直流載波數(shù)據(jù)通信、載波通信電壓范圍寬、耦合方式簡易、抗干擾能力強(qiáng)、通信穩(wěn)定、通信速率快、通信帶載節(jié)點(diǎn)數(shù)多、通信距離長的基于差分耦合的低壓直流載波通信電路。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于差分耦合的低壓直流載波通信電路的實(shí)現(xiàn)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于差分耦合的低壓直流載波通信電路，包括依次連接的差分信號(hào)耦合電路、差分信號(hào)收發(fā)芯片和微處理芯片；差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線連接，差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊。所述差分信號(hào)耦合電路包括d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容，d+端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的負(fù)極連接，d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號(hào)耦合電容與電阻r1一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地；d-端差分信號(hào)耦合電容與電阻r3一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地。所述直流輸電線與d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間設(shè)有共模濾波電感t1。所述d+端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r1一端之間設(shè)有d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r2一端之間設(shè)有d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管。所述d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d+端差分信號(hào)上拉電阻的一端，d+端差分信號(hào)上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d-端差分信號(hào)下拉電阻的一端，d-端差分信號(hào)下拉電阻的另一端接地。所述電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感和d-端差分信號(hào)負(fù)載電感相等。上述的基于差分耦合的低壓直流載波通信電路的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：(1)、d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容從直流輸電線上獲取直流電及差分載波信號(hào)；(2)、直流電通過寬輸入降壓dc-dc模塊輸出電壓給載波電路供電；(3)、差分信號(hào)耦合電路通過直流電中分離耦合差分載波信號(hào)分量，隔離直流電分量，同時(shí)將差分載波信號(hào)耦合輸出至后級(jí)；(4)、差分信號(hào)收發(fā)芯片，將差分載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出至后級(jí)；(5)、微處理芯片接收差分信號(hào)收發(fā)芯片輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行解碼，然后輸出使用。所述差分信號(hào)耦合電路包括d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容，d+端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的負(fù)極連接，d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號(hào)耦合電容與電阻r1一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地；d-端差分信號(hào)耦合電容與電阻r3一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地；所述直流輸電線與d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間設(shè)有共模濾波電感t1；所述d+端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r1一端之間設(shè)有d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r2一端之間設(shè)有d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管；所述d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d+端差分信號(hào)上拉電阻的一端，d+端差分信號(hào)上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d-端差分信號(hào)下拉電阻的一端，d-端差分信號(hào)下拉電阻的另一端接地；所述電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感和d-端差分信號(hào)負(fù)載電感相等。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：1、本發(fā)明包括依次連接的差分信號(hào)耦合電路、差分信號(hào)收發(fā)芯片和微處理芯片；差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線連接，差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊，具有結(jié)構(gòu)簡單、載波通信電壓范圍寬、耦合方式簡易、抗干擾能力強(qiáng)、通信穩(wěn)定、通信速率可達(dá)57600bps/s、通信帶載節(jié)點(diǎn)數(shù)多、通信距離可達(dá)600米等特點(diǎn)。2、本發(fā)明中電路適合應(yīng)用于現(xiàn)有的低壓直流輸電線上的各設(shè)備節(jié)點(diǎn)間通過直流輸電線進(jìn)行載波數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)互通。3、本發(fā)明采用差分信號(hào)傳輸，其差分載波信號(hào)耦合電路簡易、可靠。4、本發(fā)明采用了寬壓輸入，自適應(yīng)7～48v范圍直流輸電線上載波通信。5、本發(fā)明載波通信速率范圍廣，通信距離遠(yuǎn)，滿足2400～57600bit/s波特率，端到端傳輸距離達(dá)600米。6、本發(fā)明采用了峰峰值為-5v～+5v差分電壓及2400～57600hz低功率的差分傳輸信號(hào)，其對(duì)原直流輸電線上其它的用電設(shè)備不產(chǎn)生干擾。7、本發(fā)明采用了模塊化接口設(shè)計(jì)，本直流載波通信電路以模塊化形式可嵌入到其它任何應(yīng)用裝置中以便于安裝及日常維護(hù)。8、本發(fā)明采用降壓dc-dc模塊具備高效率特點(diǎn)，同時(shí)電路中大部分采用了分立無源器件及低功耗芯片使整體電路具備體積小、功耗低的特點(diǎn)。附圖說明圖1為一種基于差分耦合的低壓直流載波通信電路的電路連接示意圖。圖中標(biāo)號(hào)與名稱如下：1差分信號(hào)收發(fā)芯片2微處理芯片3寬輸入降壓dc-dc模塊4d+端差分信號(hào)耦合電容5d-端差分信號(hào)耦合電容6直流輸電線7電阻r18d+端差分信號(hào)負(fù)載電感9電阻r310d-端差分信號(hào)負(fù)載電感11共模濾波電感t112d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管13d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管14d+端差分信號(hào)上拉電阻15d-端差分信號(hào)下拉電阻具體實(shí)施方式為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例1：如圖1所示，一種基于差分耦合的低壓直流載波通信電路，包括依次連接的差分信號(hào)耦合電路、差分信號(hào)收發(fā)芯片和微處理芯片；差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線連接，差分信號(hào)耦合電路與直流輸電線之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊。本實(shí)施例中的差分信號(hào)耦合電路包括d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容，d+端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的正極連接，d-端差分信號(hào)耦合電容與直流輸電線的負(fù)極連接，d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間并聯(lián)寬輸入降壓dc-dc模塊；d+端差分信號(hào)耦合電容與電阻r1一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r1另一端與d+端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地；d-端差分信號(hào)耦合電容與電阻r3一端、差分信號(hào)收發(fā)芯片連接，電阻r3另一端與d-端差分信號(hào)負(fù)載電感一端連接，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感另一端接地。本實(shí)施例中的直流輸電線與d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容之間設(shè)有共模濾波電感t1，共模濾波電感t1起到濾除直流輸電線上的共模干擾信號(hào)，將共模干擾源隔離在共模濾波電感的外側(cè)，同時(shí)將直流電及差分載波信號(hào)輸出至后級(jí)。本實(shí)施例中的寬輸入降壓dc-dc模塊從共模濾波電感t1后級(jí)獲取輸入直流電，并轉(zhuǎn)換輸出電壓給直流載波電路整體供電，該寬輸入降壓dc-dc模塊具有寬壓輸入，可對(duì)7～48v直流輸入電壓進(jìn)行降壓輸出。本實(shí)施例中的d+端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r1一端之間設(shè)有d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管，d-端差分信號(hào)負(fù)載電感接地端與電阻r2一端之間設(shè)有d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管；d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d+端差分信號(hào)上拉電阻的一端，d+端差分信號(hào)上拉電阻的另一端接電源+5v；d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管與差分信號(hào)收發(fā)芯片連接處連接d-端差分信號(hào)下拉電阻的一端，d-端差分信號(hào)下拉電阻的另一端接地。本實(shí)施例中的電阻r1和電阻r3阻值相等，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感和d-端差分信號(hào)負(fù)載電感相等。上述的基于差分耦合的低壓直流載波通信電路的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：(1)、d+端差分信號(hào)耦合電容和d-端差分信號(hào)耦合電容從直流輸電線上獲取直流電及差分載波信號(hào)；(2)、直流電通過寬輸入降壓dc-dc模塊輸出電壓給載波電路供電；(3)、差分信號(hào)耦合電路通過直流電中分離耦合差分載波信號(hào)分量，隔離直流電分量，同時(shí)將差分載波信號(hào)耦合輸出至后級(jí)；(4)、差分信號(hào)收發(fā)芯片，將差分載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出至后級(jí)；(5)、微處理芯片接收差分信號(hào)收發(fā)芯片輸出的數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行解碼，然后輸出使用。本實(shí)施例中的差分信號(hào)耦合電路起到將疊加在直流電上的差分載波信號(hào)分離進(jìn)行分離耦合輸出至后級(jí)，同時(shí)隔離直流電分量的作用。其中d+端差分信號(hào)耦合電容、d-端差分信號(hào)耦合電容起到隔離直流分量，耦合差分載波信號(hào)分量的作用，其電容數(shù)值的大小選擇依據(jù)差分載波信號(hào)的頻率所對(duì)應(yīng)容抗數(shù)值進(jìn)行選擇，容抗cr計(jì)算公式為cr＝1/(2*π*f*c)，其中f為差分載波信號(hào)的頻率，反推電容c的數(shù)值選擇計(jì)算公式為c＝1/(2*π*f*cr)，差分載波信號(hào)頻率f應(yīng)選擇常規(guī)帶寬范圍2400～57600。本實(shí)施例中容抗cr選擇范圍10～100，可根據(jù)實(shí)際直流載波信號(hào)頻率將以上數(shù)值帶入公式可計(jì)算出實(shí)際的電容數(shù)值。電阻r1和d+端差分信號(hào)負(fù)載電感組成差分信號(hào)正極端的阻抗匹配電路，電阻r3和d-端差分信號(hào)負(fù)載電感組成差分負(fù)極端的阻抗匹配電路，電阻r1和電阻r3的數(shù)值一致其數(shù)值不受具體范圍限制，d+端差分信號(hào)負(fù)載電感和d-端差分信號(hào)負(fù)載電感的數(shù)值一致。其數(shù)值依據(jù)公式l＝(2*π*f)/lr，其中l(wèi)為電感數(shù)值，lr為電感感抗，可根據(jù)實(shí)際的總匹配阻抗值計(jì)算出電感量l的數(shù)值。d+端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管、d-端差分信號(hào)tvs過壓防護(hù)管為過壓擊穿防護(hù)管，起到接口電氣過壓保護(hù)。d+端差分信號(hào)上拉電阻和d-端差分信號(hào)下拉電阻起到差分總線空閑狀態(tài)下差分接口信號(hào)電平狀態(tài)穩(wěn)定作用，d+端差分信號(hào)上拉電阻串接在電源和差分接口正極端起到空閑狀態(tài)將差分正極穩(wěn)定在高電平，d-端差分信號(hào)下拉電阻串接在電源地和差分接口負(fù)極端起到空閑狀態(tài)將差分負(fù)極穩(wěn)定在低電平，這樣可使差分接口空閑狀態(tài)下穩(wěn)定在邏輯“1”狀態(tài)，d+端差分信號(hào)上拉電阻和d-端差分信號(hào)下拉電阻的取值范圍不受具體限制。差分信號(hào)收發(fā)芯片通過差分接口接收差分信號(hào)耦合電路輸出的差分載波信號(hào)，并將差分載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字邏輯信號(hào)輸出至后級(jí)，這里的差分信號(hào)收發(fā)芯片指的是一切差分收發(fā)芯片。本實(shí)施例中的直流載波信號(hào)發(fā)送與直流載波信號(hào)接收為反方向過程，同時(shí)此直流載波為半雙工運(yùn)行模式(載波接收與載波發(fā)送同一時(shí)刻只能存在一個(gè)工作模式)。上述具體實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12