光纖通信做為一種新興的高性能的串行通信技術，已經在電力領域逐步展開應用。目前的光纖通信模塊大多使用 FPGA 或DSP 技術實現信號解調，雖然其傳輸速度快、效率高，但是成本高、技術復雜，而且對于傳輸距離、電器隔離特性、可靠性、產品成本參數等都有極高的要求。而電力行業(yè)對光纖的應用主要還是集中在強電的控制方面，現場環(huán)境對光纖模塊的通信速度要求較低。所以，在電力系統(tǒng)的工程實際中，由于現場情況復雜、干擾信號繁多，致使高成本的高速光纖通信技術的應用并不十分理想。鑒于光纖通信技術在電力系統(tǒng)中的應用現狀，本文提出一種MC3361+MCU結構的低速光纖通信模塊設計方案。硬件成本低、軟件流程簡單、性能穩(wěn)定，輸出信號為工業(yè)標準RS485 信號或RS232 信號，可直接與各種電力設備連接，非常適合在電力系統(tǒng)中廣泛使用。

　　調制原理

　　光纖通信系統(tǒng)由MCU通過內部程序控制通過PWM 接口完成調制。外部設備與模塊通過串行接口（包括RS232 接口或RS485 接口）連接，模塊接收到數據后，首先將數據傳輸給MCU，MCU 通過UART 接口接收到數據，MCU通過程序控制輸出BFSK 調制信號，調制后的信號直接發(fā)送至光纖發(fā)射接口發(fā)送出去。進行BFSK 調制時使用MCU 串行接口接收外部設備發(fā)送的數據，BFSK的調制頻率由程序控制，信號“1”對應于270KHz 載頻，信號“0”對應于240KHz 載頻，波形如圖2 所示，上邊的波形為未經調制的信號，下邊的波形為經調制后的信號。MCU 將調制后的載頻信號通過PWM方式發(fā)送至光纖發(fā)射接口，電信號轉換成光信號。調制硬件原理框圖如圖1 所示。

　　圖1 調制硬件原理框圖

　　圖2 調制前后信號的波形圖

　　調制解調原理

　　為了降低硬件成本和提高硬件電路的可靠性，本設計使用BFSK調制解調算法。BFSK 的調制原理是用載波的頻率來傳送數字消息，即用所傳送的數字消息控制載波的頻率。BFSK 信號是符號“1”對應于載頻f1，而符號“0”對應于載頻f2（與f1 不同的另一載頻）的已調波形，而且f1與f2 之間的改變是瞬間完成的。

　　BFSK 的解調使用MC3361 單片窄帶調頻接收芯片完成，MC3361 片內包含振蕩電路、混頻電路、限幅放大器、積分鑒頻器、濾波器、抑制器、掃描控制器及靜噪開關電路。解調電路原理圖如圖3 所示。其中，185K 網絡標號為MCU 輸出185K 矩形波信號，R1 為限流電阻，C5、L4 組成濾波電路，C12 諧振電容，信號經過R1、C5、L4 及C12 后，由MC3361 第1 腳輸入，構成MC3361 解調的第二本振級。圖3中FSK 網絡標號為光纖接收接口輸入的矩形波信號，信號經過R4、R6 分壓，將信號高電平轉換為500mV，再經過L6、C25進行濾波，及C27、L7、VD1、VD2 二次限壓濾波后，消除干擾頻率后，經過C1 諧振，最終信號轉變?yōu)檎也ㄐ盘枴?/p>

　　圖3 解調電路原理圖

　　最終只有標準正弦波信號輸入至MC3361 的第16 引腳，作為MC3361 的第一中頻IF 輸入信號，信號幅值為0V，峰值為500mV，頻率為270KHz 或230KHz。在MC3361 內部第二混頻級進行混頻處理，處理后的信號為455KHz 的第二中頻信號，由第3 引腳輸出，由455kHz 陶瓷濾波器選頻，即圖3 中的Z4 器件，再經第5 腳輸入MC3361 的限幅放大器進行高增益放大，限幅放大級是整個電路的主要增益級。第8 腳接鑒頻電路，由455kHz 鑒頻器Z3、R2 及C26 組成，經放大后的第二中頻信號在內部進行鑒頻解調，并經一級音頻電壓放大后由第9 引腳輸出信號，信號經過第10 腳和第11 腳構成的有源濾波電路，再輸入MC3361 的第12 腳進行載頻檢測并控制電子開關，最終經過解調的信號由第13 引腳輸出，直接輸入MCU 的引腳，由MCU 進行處理。

　　編輯點評：光纖通信模塊FPGA 或DSP 技術實現信號解調，成本高、技術復雜，采用MC3361+MCU結構的低速光纖通信模塊設計方案，成本低、軟件流程簡單、性能穩(wěn)定，并且支持RS485 信號或RS232 信號，還有電力線連接，非常適合推廣使用。