電力線載波（PLC）通信是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行傳輸的技術。然而，以下缺點導致PLC的主要應用——“電力上網”未能大規模應用。技術問題未來有可能被克服，但是從目前國內寬帶網建設的情況來看，留給PLC的時間和空間并不寬裕。家庭智能系統的研究給PLC帶來了新的機遇。該系統以PC為核心實現家電的智能控制。因為數據僅在家庭范圍傳輸，束縛PLC應用的五大困擾將不復存在，遠程對家電的控制我們也能通過傳統網絡先連接到PC然后再控制家電方式實現。該系統中要求家電與PC通過電力線通信終端連接完成數據傳輸功能，該終端技術上要求能夠在電力線環境下穩定傳輸數據，具有較強抗干擾能力。

　　本文所介紹的系統通過擴頻通信技術來克服干擾，采用SC1128設計電力載波通信控制終端，載波頻率為250kHz，帶寬為100kHz，4周波調相，數據速率1kb/s，可實現低壓電力線的通信功能。

　　系統硬件設計

　　本系統硬件結構主要包括電力線耦合部分、信號接收電路部分、信號發射電路部分、電力線信號調制/解調部分、單片機控制部分及數字信號接口部分（包括鍵控接口和串行通信接口）。硬件結構框圖和電路圖如圖所示。

　　圖2 電力載波通信控制終端硬件電路圖

　　耦合電路部分設計

　　耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路，并起隔離220V/50Hz工頻的作用。該電路設計時需考慮電力線路側的阻抗特性，圖2中T5為信號耦合變壓器，電力線路側阻抗一般取3～30Ω。然后確定線圈初次級的匝數比或阻抗比，本設計取12/21，最后設計功率放大器的輸出匹配電阻。輸入通道接一個浪涌保護二極管TVS，經電阻隔離后接二極管鉗位電路輸出給接收電路部分的前級濾波器。變壓器T5實現了高壓與低壓的隔離。因為載波的頻率比較高（100～400kHz），遠遠大于電網的頻率，這樣就使載波信號暢通無阻，而能夠隔斷高壓。電容C8阻斷低頻高壓，阻止變壓器飽和；電阻R5取值可稍大些，本設計中取1MΩ，作用是在離線時使電容放電，防止在設備插頭的兩端出現高壓。TVS是瞬變抑制二極管，它可以有效地避免后面電路被高壓擊穿。D1、 D2也是為防止高壓擊穿放大電路而設計的。電力線上的設備接入或者是斷開，都有可能引起尖峰脈沖，并導致收發電路的永久損壞。所以高壓保護措施是至關重要的。除了電力線上會產生高壓脈沖破壞器件以外，當設備剛剛接上電源時，如果電力線剛好處于電壓的最大值，而此時電容上的電壓為0，會有300V（220V 有效值，最大值311V）的高壓直接加在變壓器兩端，引起很大的電流，從而在次級產生尖峰脈沖。這個脈沖的電流相當大，可達幾十安培到上百安培，采用一般的穩壓管無法消除這個脈沖。壓敏電阻的響應比較緩慢，在出現脈沖的1μs之內仍然有幾十伏的電源，足以燒壞放大電路。實驗表明，這種剛剛接入電路時的瞬態脈沖所產生的破壞力相當大。但是它的電流雖然很大，能量卻不是很大。采用瞬變抑制二極管1.5KE6.8CA響應時間是5ns，能夠吸收200A電流，瞬態功率可達1500W。可以簡單地把它看作一個具有強大吸收電流能力的穩壓二極管，但它的動態電阻比較大，所以還需要D1和D2這兩個肖特基二極管進一步把電壓鉗位在電源電壓左右。

　　信號接收部分電路設計

　　信號接收部分設計包括前級濾波器設計與增益放大器設計。濾波器為帶通濾波器。其作用一方面將帶外雜波濾除，另一方面保證前后級之間的阻抗匹配，以達到順利傳遞信號的目的。由于主晶振的工作頻率不同，載頻也不同；調制周波數和數據傳輸速率不同，帶寬也不同。因此，濾波器的參數在主晶振頻率不同時也將有所變化的。這部分電路設計值與本終端適應，數據速率1kb/s、四周波調制、250kHz載頻，帶寬為100kHz（200～300kHz）。這部分增益放大的目的是將濾波后的信號不失真的放大75倍以上，以達到本級增益30dB以上的要求。需特別注意小信號的不失真。

　　信號發射電路部分設計

　　信號發射部分主要為功率放大電路設計。此級功率放大是將SC1128第24腳的高壓開漏輸出轉換成功率輸出。該腳輸出時應接一個不小于1kΩ的上拉電阻，其灌入電流不要超過4mA，并有不低于3V峰-峰的信號電壓輸出。功率放大器本身工作在開關狀態。由于正常地發射時間很短，所以在選擇三極管參數時應該注意其功率參數（測試時應注意工作時間不能太長，以避免損壞功率放大器的輸出三極管，整板測試時可以串一個電阻，不過此時輸出波形和功率將受影響）。

　　SC1128與微控制器接口

　　系統微控制器采用W77E58，它是中國臺灣的華幫電子公司（WinBond）推出的高速、高集成、增強型MCS-51系列高性能單片機，是一個快速、高性能、功能豐富、高集成度的8位8051兼容微控制器，適合各種智能控制系統開發。SC1128的第28腳為電路二分之一主晶振輸出（其峰-峰值約為 4V），近似正弦波，該系統中主晶振為16MHz，且單片機晶振由28腳引入，即單片機晶振頻率8MHz；32腳為電壓監測端，該端需接5kΩ上拉電阻與 5V電源相接；33腳為看門狗輸入端，正常工作時應該在768ms內產生一次高低電位變化；34腳為看門狗輸出端，與33腳配合，正常時輸出低電平，否則輸出1/3占空比的復位脈沖；35腳為電源報警輸出端，與32腳電源監測輸入端配合使用，當電源監測輸入端監測到的電源信號低于監測值時，輸出為低電平。當電源監測輸入端監測到的電源信號高于監測值時，輸出為高電平；36腳為收發控制端，0為接收，1為發射；37腳在發射和接受同步后產生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化；38腳發送和接收數據；39腳為設置數據及狀態的輸入輸出端；40腳為同步設置時鐘輸入端，使SC1128芯片與單片機信號同步；41腳為片選輸入端，低電平芯片使能，為保證芯片正常工作，在設計中將其接5.1kΩ上拉電阻。數據收發流程如下：發射狀態時，單片機將SR 端（36腳）置高，SCl128芯片發出同步頭（37腳），單片機通過TX端（38腳）同步發送數據；接收狀態時，單片機將SR端（36腳）置低，SCl128芯片若接收到數據，則產生同步頭，通過TX端（38腳）將數據同步發送到單片機。SC1128與W77E58的連接如圖3所示。

　　圖3 SC1128與W77E58連接圖