一种电力线载波信道分析模块的制作方法

1.本实用新型属于高速电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种电力线载波信道分析模块。


背景技术：

2.电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。
3.电力线载波通信是一种使用电力线作为物理通信介质的通信方式，利用电力线等媒体传输数据信息，可以降低运营成本，减少构建新的通信网络的支出，而相比窄带载波，高速载波具有速率高，抗干扰能力强等优点，可以应用于用电信息采集，智慧能源等多场景，作为解决最后一公里问题的有效传输模式，是组成电网信息物理系统的基础底层网络构件。但与传统通信介质相比，电力线上各类电力负载的接入及其接入的变化就造成了复杂多变的电力线信道特性，影响电 线信道信质量的特性有线路阻抗，噪声等，其中，噪声是影响低压电力 线载波通信质量的重要因素。
4.当前载波通信领域正在研究各种抗噪声方法以提高抗噪声干扰能力，传统抗噪声研究的一般流程为现场采集，实验室仿真，最后进行现场测试，该方式在实验室难以还原现场复杂的噪声环境，而在现场验证费时费力，覆盖噪声场景有限，难以应对大规模高速电力线载波现场调试运维需求。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种电力线载波信道分析模块，其可实现噪声采集、噪声分析、数据存储、信道测试等功能，并且可在实验室模拟真实现场环境，本信道分析模块基于现场可编程门阵列和模拟前端芯片实现，成本相对较低，便于携带，解决了高速电力线载波通信中噪声研究和现场运维测试的难题。
6.本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
7.一种电力线载波信道分析模块，包含模拟信号处理单元、数字信号处理单元、muc控制单元、led单元、tf存储卡、spi-flash单元、sdram存储器、通信接口、电力线耦合接口和ac-dc电源模块，所述电力线耦合接口通过模拟信号处理单元连接数字信号处理单元，所述数字信号处理单元与muc控制单元连接，所述led单元、tf存储卡和通信接口分别与muc控制单元连接，所述spi-flash单元、sdram存储器分别与数字信号处理单元连接，所述ac-dc电源模块分别与模拟信号处理单元、数字信号处理单元、muc控制单元、led单元、tf存储卡、spi-flash单元、sdram存储器、通信接口、电力线耦合接口连接，用于提供所需电能；
8.其中，模拟信号处理单元，用于将来自电力线的模拟信号放大后转换为数字信号；
9.数字信号处理单元，用于将接收的数字信号转换为模拟信号；
10.sdram存储器，用于实现采样数据缓存；
11.muc控制单元控制器，用于实现对数字信号处理单元的控制及文件系统处理；
12.spi-flash单元，用于保存数字信号处理单元的配置文件；
13.tf存储卡，用于噪声数据文件的存储。
14.作为本实用新型一种电力线载波信道分析模块的进一步优选方案，所述ac-dc电源模块包含包含芯片u1、第一电阻r10、第二电阻r11、第三电阻r12、第一二极管d4、第二二极管d5、第三二极管d6、第一电容c5、第二电容c6、第三电容c7、第四电容c8、第五电容c9、第六电容c10、第七电容c11、第一电感l4、第二电感l5；
15.其中，第一电阻r10的一端与火线l连接，第一电阻r10的另一端与第一二极管d4的正极连接，第一二极管d4的负极分别与第一电容c5的一端、第一电感l4的一端连接，第一电感l4的另一端分别与第二电容c6的一端、芯片u1的drn脚连接，第一电容c5的另一端分别与第二电容c6的另一端、第二二极管d5的正极、第六电容c10的一端、第七电容c11的一端、零线n连接并接地，第三电容c7的一端与芯片u1的v脚连接，第三电容c7的另一端分别与芯片u1的src脚、芯片u1的sre脚、第四电容c8的一端、第二电阻r11的一端、第二电感l5的一端连接，第四电容c8的另一端分别与芯片u1的fb脚、第二电阻r11的另一端、第三电阻r12的一端连接，第三电阻r12的另一端分别与第五电容c9的一端、第三二极管d6的负极连接，第五电容c9的另一端与第二二极管d5的负极连接，第三二极管d6的正极分别与第二电感l5的另一端、第六电容c10的另一端、第七电容c11的另一端以及a5v端连接。
16.作为本实用新型一种电力线载波信道分析模块的进一步优选方案，所述数字信号处理单元包含主控制器模块、sdram控制模块、spi接口控制模块、afe控制模块、fft分析模块、噪声信号发声模块，所述sdram控制模块、spi接口控制模块、afe控制模块、fft分析模块、噪声信号发声模块分别与主控制器模块的相应端口连接；
17.其中，主控制器模块，用于协同各个逻辑模块正常工作，根据不同的工作状态控制数据的接收机发送模块；
18.sdram控制模块，用于控制外部sdram存储器，实现数据存储、读取及刷新逻辑；
19.spi接口控制模块，用于作为控制命令及数据交互通道，对外接口符合spi接口标准；
20.afe控制模块，用于控制ad9866芯片实现模数及数模转换,实现模拟信号的接收及发送；
21.fft分析模块，用于实时分析采集到的信号频谱信息，用于噪声实时分析及信道衰减测试；
22.噪声信号发声模块，用于控制可编程噪声信号数字激励的生成，用于波形发生功能。
23.作为本实用新型一种电力线载波信道分析模块的进一步优选方案，所述模拟信号处理单元基于afe芯片ad9866搭建，采样率为50ms/s，采样位宽为12bit，可采集并重建覆盖高速载波通信频段的噪声信号。
24.作为本实用新型一种电力线载波信道分析模块的进一步优选方案，所述数字信号处理单元采用fpga数字信号处理单元。
25.本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
26.本实用新型一种电力线载波信道分析模块，其可实现噪声采集、噪声分析、数据存
储、信道测试等功能，并且可在实验室模拟真实现场环境，本信道分析模块基于现场可编程门阵列和模拟前端芯片实现，成本相对较低，便于携带，解决了高速电力线载波通信中噪声研究和现场运维测试的难题。
附图说明
27.图1是本实用新型电力线载波信道分析模块的结构原理图；
28.图2是本实用新型数字信号处理单元的结构原理图；
29.图3是本实用新型ac-dc电源模块的电路图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
31.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
32.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
33.一种电力线载波信道分析模块，如图1所示，包含模拟信号处理单元、数字信号处理单元、muc控制单元、led单元、tf存储卡、spi-flash单元、sdram存储器、通信接口、电力线耦合接口和ac-dc电源模块，所述电力线耦合接口通过模拟信号处理单元连接数字信号处理单元，所述数字信号处理单元与muc控制单元连接，所述led单元、tf存储卡和通信接口分别与muc控制单元连接，所述spi-flash单元、sdram存储器分别与数字信号处理单元连接，所述ac-dc电源模块分别与模拟信号处理单元、数字信号处理单元、muc控制单元、led单元、tf存储卡、spi-flash单元、sdram存储器、通信接口、电力线耦合接口连接，用于提供所需电能；
34.本实用新型信道分析模块架构分为模拟信号处理、数字信号处理和主控制器三部分；模 拟信号处理电路基于afe芯片ad9866搭建，采样率为50ms/s，采样位宽为12bit，可采集并重建覆盖高速载波通信频段的噪声信号。数字信号处理和主控制器基于fpga及mcu设计，两 者采用spi总线互联，实现模拟信号的高速采样、fft分析与回放功能。fpga与 mcu协同工 作，由 fpga硬件逻辑处理高速数据的采集及缓冲，mcu负责对fpga的控制及文件系统处理。
35.本实用新型可实现噪声采集、噪声分析、数据存储、信道测试等功能，并且可在实验室模拟真实现场环境，本信道分析模块基于现场可编程门阵列和模拟前端芯片实现，成本相对较低，便于携带，解决了高速电力线载波通信中噪声研究和现场运维测试的难题。
36.模拟信号处理电路将来自电力线的模拟信号放大后转换为数字信号，经由fpga进
行处理，进行处理，并且可将fpga输出的数字信号转换为模拟型号，注入电力线进行发送。
37.其中，模拟信号处理单元，用于将来自电力线的模拟信号放大后转换为数字信号；数字信号处理单元，用于将接收的数字信号转换为模拟信号；sdram存储器，用于实现采样数据缓存；muc控制单元控制器，用于实现对数字信号处理单元的控制及文件系统处理；spi-flash单元，用于保存数字信号处理单元的配置文件；tf存储卡，用于噪声数据文件的存储。
38.如图2所示，所述数字信号处理单元包含主控制器模块、sdram控制模块、spi接口控制模块、afe控制模块、fft分析模块、噪声信号发声模块，所述sdram控制模块、spi接口控制模块、afe控制模块、fft分析模块、噪声信号发声模块分别与主控制器模块的相应端口连接；
39.其中，主控制器模块，用于协同各个逻辑模块正常工作，根据不同的工作状态控制数据的接收机发送模块；
40.sdram控制模块，用于控制外部sdram存储器，实现数据存储、读取及刷新逻辑；
41.spi接口控制模块，用于作为控制命令及数据交互通道，对外接口符合spi接口标准；
42.afe控制模块，用于控制ad9866芯片实现模数及数模转换,实现模拟信号的接收及发送；
43.fft分析模块，用于实时分析采集到的信号频谱信息，用于噪声实时分析及信道衰减测试；
44.噪声信号发声模块，用于控制可编程噪声信号数字激励的生成，用于波形发生功能。
45.所述数字信号处理单元采用fpga数字信号处理单元。
46.如图3所示，所述ac-dc电源模块包含包含芯片u1、第一电阻r10、第二电阻r11、第三电阻r12、第一二极管d4、第二二极管d5、第三二极管d6、第一电容c5、第二电容c6、第三电容c7、第四电容c8、第五电容c9、第六电容c10、第七电容c11、第一电感l4、第二电感l5；
47.其中，第一电阻r10的一端与火线l连接，第一电阻r10的另一端与第一二极管d4的正极连接，第一二极管d4的负极分别与第一电容c5的一端、第一电感l4的一端连接，第一电感l4的另一端分别与第二电容c6的一端、芯片u1的drn脚连接，第一电容c5的另一端分别与第二电容c6的另一端、第二二极管d5的正极、第六电容c10的一端、第七电容c11的一端、零线n连接并接地，第三电容c7的一端与芯片u1的v脚连接，第三电容c7的另一端分别与芯片u1的src脚、芯片u1的sre脚、第四电容c8的一端、第二电阻r11的一端、第二电感l5的一端连接，第四电容c8的另一端分别与芯片u1的fb脚、第二电阻r11的另一端、第三电阻r12的一端连接，第三电阻r12的另一端分别与第五电容c9的一端、第三二极管d6的负极连接，第五电容c9的另一端与第二二极管d5的负极连接，第三二极管d6的正极分别与第二电感l5的另一端、第六电容c10的另一端、第七电容c11的另一端以及a5v端连接。
48.本实用新型可以提供5v、200ma的非隔离式电源，用于供电，可以实现精确的恒压调节功能；其通过自激隔离式电源供电，强电区通过非隔离式电源供电，避免了220v交流电窜入弱电区 ，增加系统的可靠性。
49.以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于
本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。