二线制电源线传输控制设计报告

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1、“两线制”电源线控制器设计（ByW00DSTOCK）摘要：本系统以在传输线中调制矩形脉冲为主体设计框架，以两块TI的低功耗单片机MSP430F1611为控制端和接收端的主控制器，控制串联在传输线中的两个开关管产生矩形脉冲，两端单片机通过检测脉冲个数实现不同信号的双向传输和识别，从而达到信号加载在供电线上传输的目的。同时系统具有多等级调灯泡亮度、界面显示反馈信息的功能，且整个系统具有低功耗、高效率的特点。关键词：电源；两线制；脉冲调制；MSP430；高效率一、系统方案论证1.信号传输方案论证方案一：耦

2、合调制直流信号图表1.1电容耦合式直流信号调制结构图如图表1.1所示，通过电容C1将前端MCU产生的不同信号耦合到传输线中，后端通过电容C2将被耦合进传输线的信号选择出来，后端MCU通过判断调制信号的频率来判断对不同信号的识别，从而对灯泡工作状态进行调整，同样的方法，后端MCU也可以将信息传回前端MCU。该方案的优点：电路设计思路明确易懂，所需器件较少；缺点：耦合信号容易被干扰，电路的调试和对器件（如耦合电容）的选择比较麻烦方案二：并联开关管方法调制图表1.2并联开关法调制结构图如图表1.2所示，M

3、CU通过控制并联在传输线上的开关管，来控制R1与R2或R3串联分压，从而对传输线中的电压进行扰动，实现信号的调制传输。MCU通过检测扰动脉冲的个数或频率来识别信号所对应的信息，然后对灯泡的工作状态做出调整，或对反馈信息进行相应处理。该方案的优点是：电压波动范围可设定在灯泡均能正常工作的范围，信号抗干扰能力较强；缺点：开关管、后级处理器、灯泡之间均是并联关系，而其整体又与R1串联，R1、R2、R3之间的匹配关系难以确定，而且R1串联在主电路中耗能，影响整体系统的效率。方案三：串联开关管方法调制图表1.

4、3串联型开关管调制结构图如图表1.3所示，MCU通过控制串联在传输线中的开关管的开关，使传输线处于通、断状态的快速切换，从而实现信号的调制和传输。MCU通过检测传输线中的电压矩形脉冲或电流矩形脉冲，来识别不同的信号，从而做出相应的处理动作。该方案的优点：信号调制方式简单、传输信号抗干扰能力强，整体系统工作效率高；缺点：后级电路需要较大的电容来维持信号传输过程中的供电，而且反馈信号采集方式相对比较麻烦。综合比较，基于对信号传输的可靠性和整机的工作效率的考虑，我们选择方案三。1.MCU选择方案论证方案一

5、：51系列51系列的单片机具有价格便宜、技术成熟、可参考资料多的优点；但是51单片机内部资源少，处理速度相对较慢。方案二：TI低功耗MSP430单片机TI公司的16单片机MSP430系列具有处理速度较快、内部资源丰富，低功耗等特点；但是430系列单片机抗干扰能力较差。综合比较，基于节省硬件开销、确保系统工作稳定以及高效率的角度的考虑，选择方案二。一、理论分析与计算1.信号传输电路的分析及计算根据题目设计要求，系统供电来自于直流稳压电源，由于实测发现直流稳压电压纹波较大，自身相当于一个干扰源，而且传输

6、线设定的是5米以上，信号在长距离传输时也会衰减，所以如何使信号更加稳定、准确地传输是系统设计的关键。当开关管在串联在传输线中时，在信号传输过程中，脉冲信号的低电平幅值近乎为0，幅值较大的波动有利于提高传输信号可靠性。信号的传输延迟由传输线分布参数中的串联电感和并联电容来决定，单位长度传输线上的传输延迟dT表示为：Td(s/in)=[(L/in)(C/in)]1/2脉冲信号在传输线上的整体传输情况如图表4所示，其中Zs为源端阻抗，Zo为传输线阻抗，Zl为负载阻抗。图表2.1脉冲信号在传输线的特点图表2

7、.1中Hx（w）表示信号通过传输线的衰减函数；A(w)和R1(w)表示传输线源端的输入接收函数和反射函数；T(w)和R2(w)表示传输线终端的传输函数和反射函数，表达式分别如下：由以上表达式可知如果传输线特性阻抗与源端阻抗和终端负载不匹配时，传输信号会在阻抗不连续处产生反射，反射信号会在终端和源端往返多次，直至衰减为零。信号的叠加就引起了传输信号的失真和振铃。但是为了使有用功率尽量高，电路前后两端很难做到阻抗匹配，所以信号传输过程中会有明显损失，为减少系统对不同信号加载信息的识别误差，不同信号的区分

8、应该很明显，而且在接收端，MCU对信号的有效检测范围应该适当地增加。为了减少负载电路对信号传输的干扰，后级负载可以用二极管做隔离（图表1.3中二极管），使得两端开关管之间的干扰源尽量的少。另外，传输线同时承担着为后级电路供电的责任，在考虑信号传输稳定性的同时也应考虑到信号线上的功率，后级负载灯泡额定工作电流0.8A，两个灯泡同时工作在最亮状态时，传输线上的电流大于1.6A，所以开关管需要选用大功率三极管或者场效应管。从整个系统的工作效率来考虑，场效应管导通内阻小，对传