[发明专利]220V电源线上宽带高频信号注入设备

说明书

技术领域

本发明属于电子信息领域，具体来说是一种用于向220V电源线上注入400K-20M HZ宽带高频信号的设备。

背景技术

目前已有的无线室内定位技术，有的需要基站与感知节点之间精确同步；有的技术需要感知节点携带昂贵的收/发设备；Wi-Fi、GSM等无线定位技术使用前需要进行安装配置，对终端设备要求较高。上述因素制约了无线室内定位技术的推广。针对电源线是家居环境中不可或缺基础设施的现状，佐治亚理工学院Abowd教授等自2008年以来研究基于电源线和位置指纹的室内定位技术。基于电源线和位置指纹的室内定位技术是以家庭环境(如图1所示)中的电源线作为天线，在其上注入高频信号，并依据室内空间中接收到的信号强弱进行准确定位的室内定位技术。

向电源线注入抗干扰能力强、失真度小的信号是此定位技术的基础。Abowd等通过滤除110V强电（美标强电为110V），并直接使用昂贵的Agilent 33220A信号发生器向电源线上注入信号，目前国内外尚未有面向220V电源线的专用信号发生设备。已有的信号发生器,无法滤除电源线上220V的低频强电信号，会被强电烧坏；同时，通用高频信号发生器(如AD9850)产生的高频信号电压最高只能达到1V,信号在电源线上传输衰减大；此外，家用电器运行过程中产生的高压串扰会对注入的高频信号产生影响。

发明内容

针对电源线上存在220V/50Hz强电信号、信号衰减快和干扰信号多等问题，本发明提供了一种220V电源线上400K-20M Hz宽频信号注入设备。该设备不仅可以放大信号发生器产生的信号电压，解决信号在电源线上衰减问题，而且可以有效滤除电源线上220V强电的低频信号，起到保护注入设备的作用。

本发明采用如下技术方案：

如图2所示，220V电源线上400K-20M Hz宽频信号注入设备包括:在Arduino Mega开发板上集成的键盘1、信号显示屏LCD2、ATMEGA 1280处理器3、AD9850信号发生器4、400K-20M宽频信号放大器5、220V电源过滤模块6；其中，ATMEGA 1280处理器3是注入设备的中央控制器，接收用户从键盘1输入的频率数值，并将频率数值送显示屏LCD2显示，ATMEGA 1280处理器3按照公式:

将输入频率数值转换为输出频率控制字送往AD9850信号发生器4；AD9850信号发生器4根据输出频率控制字进行数模转换输出频率范围为400K-20M Hz的高频正弦信号，并将高频正弦信号输出至400K-20M Hz宽频信号放大器5；400K-20M Hz宽频信号放大器5与AD9850信号发生器4的输出端连接，用于提高系统的输入阻抗，防止前级信号源的信号反射，滤除400K-20M Hz以外的信号噪声，调节外部电阻控制增益，实现对注入信号的电压放大和阻抗匹配；220V电源过滤模块6与400K-20M Hz宽频信号放大器5的输出管脚相连，可以滤除工频信号，并通过偏置电阻隔离强电、保护设备。

图3所示的400K-20MHz宽频信号放大器5中，信号进入运放T1的正输入端，正输入端串联电阻R8接地。T1负输入端与输出端相连，T1输出端接电阻R1接入运放T2负输入端，T2正输入端串联电阻R2接地。T2输出端接电阻R2接运放T3负输入端，T3正输入端串联电阻R4，R5，接地，T3负输入端接电容C2，串联电阻R7，接T3正输入端，电阻R7接地，电容C1并联电阻R6分别连接运放T3负输入端与输出端。电容C3，C4分别接地，并分别接运放T3正负15V供电电源。T3输出端串联电阻R9接地。滑动变阻器R串联电阻R15，连电阻R9。T3输出端接电阻R10接入运放T4负输入端，电阻R12两端分别接T4负输入端和输出端，T4正输入端串联电阻R13，接地。T4输出端接电阻R14后信号输出。400K-20M宽频信号放大器的输出管脚连接220V电源过滤模块。

图4所示的220V电源过滤模块6中，电容C2与两个反向并联接地的二极管D1、D2并联，同时与四个串联偏置电阻R1、R2、R3、R4串联。高频信号注入端经电容C1，与四个偏置电阻串联，最终注入到电源线上。

本发明可以获得如下有益效果：

在工作过程中用户可以根据需要输入频率范围在400K-20MHz间的任意信号，实现该信号的放大和增益控制，进而提高注入信号的抗衰减和抗干扰能力；同时，可以有效滤除电源线上220V强电的50-60Hz工频信号，起到保护注入设备的作用。

附图说明

图1家居环境图；