电力线载波（PLC）通信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传输的技术。然而，若干固有缺点导致 PLC 的主要应用——“电力上网”未能大规模应用：技术问题未来有可能被克服，但从目前国内宽带网建设的情况来看，留给 PLC 的时间和空间并不宽裕。家庭智能系统的研究给 PLC 带来了新的机遇，该系统以 PC 为核心实现家电的智能控制；因为数据仅在家庭范围传输，束缚 PLC 应用的困扰将不复存在，远程对家电的控制也可以通过传统网络先连接到 PC、再控制家电的方式实现。该系统中要求家电与 PC 通过电力线通信终端连接完成数据传输功能，该终端在技术上要求能够在电力线环境下稳定传输数据、具有较强抗干扰能力。
本文所介绍的系统通过扩频通信技术来克服干扰，采用 SC1128 设计电力载波通信控制终端，载波频率为 250kHz、带宽为 100kHz，4 周波调制，数据速率 1kb/s，可实现低压电力线的通信功能。
系统硬件设计
本系统硬件结构主要包括电力线耦合部分、信号接收电路部分、信号发射电路部分、电力线信号调制／解调部分、单片机控制部分及数字信号接口部分（包括键控接口和串行通信接口），硬件结构框图和电路图如图所示。
图 2 电力载波通信控制终端硬件电路图
耦合电路部分设计
耦合电路是载波信号的输出和输入通路，并起隔离 220V/50Hz 工频的作用。该电路设计时需考虑电力线路侧的阻抗特性：图 2 中 T5 为信号耦合变压器，电力线路侧阻抗一般取 3～30Ω；然后确定线圈初次级的匝数比或阻抗比，本设计取 12/21；最后设计功率放大器的输出匹配电阻。输入通道接一个浪涌保护二极管 TVS，经电阻隔离后接二极管钳位电路，输出给接收电路部分的前级滤波器。变压器 T5 实现了高压与低压的隔离：因为载波频率比较高（100～400kHz），远大于电网频率，这样可使载波信号畅通无阻而隔断高压。电容 C8 阻断低频高压、阻止变压器饱和；电阻 R5 取值可稍大些，本设计中取 1MΩ，作用是在离线时使电容放电，防止在设备插头两端出现高压。TVS 是瞬变抑制二极管，可以有效地避免后面电路被高压击穿；D1、D2 也是为防止高压击穿放大电路而设计的。
电力线上的设备接入或断开，都有可能引起尖峰脉冲，并导致收发电路永久损坏，所以高压保护措施至关重要。除电力线本身会产生高压脉冲破坏器件外，当设备刚接上电源时，如果电力线刚好处于电压最大值而电容上的电压为 0，会有 300V（220V 有效值，最大值 311V）的高压直接加在变压器两端，引起很大的电流，从而在次级产生尖峰脉冲；该脉冲的电流相当大，可达几十安培到上百安培，采用一般的稳压管无法消除。压敏电阻响应比较缓慢，在出现脉冲的 1μs 之内仍然有几十伏的电压，足以烧坏放大电路；实验表明，这种刚接入电路时的瞬态脉冲破坏力相当大，但它的电流虽然很大、能量却不是很大。采用瞬变抑制二极管 1.5KE6.8CA，响应时间为 5ns，能够吸收 200A 电流，瞬态功率可达 1500W，可以简单地把它看作一个具有强大吸收电流能力的稳压二极管；但它的动态电阻比较大，所以还需要 D1 和 D2 两个肖特基二极管进一步把电压钳位在电源电压左右。
信号接收部分电路设计
信号接收部分设计包括前级滤波器设计与增益放大器设计。滤波器为带通滤波器，其作用一方面是将带外杂波滤除，另一方面是保证前后级之间的阻抗匹配，以达到顺利传递信号的目的；由于主晶振的工作频率不同、载频也不同，调制周波数和数据传输速率不同、带宽也不同，因此滤波器的参数在主晶振频率不同时也将有所变化。这部分电路的设计值与本终端相适应：数据速率 1kb/s、4 周波调制、250kHz 载频、带宽 100kHz（200～300kHz）。增益放大的目的是将滤波后的信号不失真地放大 75 倍以上，以达到本级增益 30dB 以上的要求，需特别注意小信号的不失真。
信号发射电路部分设计
信号发射部分主要为功率放大电路设计。此级功率放大是将 SC1128 第 24 脚的高压开漏输出转换成功率输出：该脚输出时应接一个不小于 1kΩ 的上拉电阻，其灌入电流不要超过 4mA，并有不低于 3V 峰-峰的信号电压输出。功率放大器本身工作在开关状态；由于正常发射时间很短，在选择三极管参数时应注意其功率参数（测试时应注意工作时间不能太长，以避免损坏功率放大器的输出三极管，整板测试时可以串一个电阻，但此时输出波形和功率将受影响）。
SC1128 与微控制器接口
系统微控制器采用 W77E58，它是中国台湾华邦电子公司（Winbond）推出的高速、高集成、增强型 MCS-51 系列高性能单片机，是一个快速、高性能、功能丰富、高集成度的 8 位 8051 兼容微控制器，适合各种智能控制系统的开发。SC1128 的第 28 脚为二分之一主晶振输出（其峰-峰值约为 4V），近似正弦波；该系统中主晶振为 16MHz，且单片机晶振由 28 脚引入，即单片机晶振频率为 8MHz。32 脚为电压监测端，该端需接 5kΩ 上拉电阻与 5V 电源相接；33 脚为看门狗输入端，正常工作时应在 768ms 内产生一次高低电位变化；34 脚为看门狗输出端，与 33 脚配合，正常时输出低电平，否则输出 1/3 占空比的复位脉冲；35 脚为电源报警输出端，与 32 脚电源监测输入端配合使用，当监测到的电源信号低于监测值时输出为低电平，高于监测值时输出为高电平；36 脚为收发控制端，0 为接收、1 为发射；37 脚在发射和接收同步后产生同步脉冲信号，频率随工作主时钟和调制周波的变化而变化；38 脚用于发送和接收数据；39 脚为设置数据及状态的输入输出端；40 脚为同步设置时钟输入端，使 SC1128 芯片与单片机信号同步；41 脚为片选输入端，低电平芯片使能，为保证芯片正常工作，设计中将其接 5.1kΩ 上拉电阻。
数据收发流程如下：发射状态时，单片机将 SR 端（36 脚）置高，SC1128 芯片发出同步头（37 脚），单片机通过 TX 端（38 脚）同步发送数据；接收状态时，单片机将 SR 端（36 脚）置低，SC1128 芯片若接收到数据则产生同步头，通过 TX 端（38 脚）将数据同步发送到单片机。SC1128 与 W77E58 的连接如图 3 所示。
图 3 SC1128 与 W77E58 连接图