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标题: 电力线噪音干扰及解决 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 09:18
标题: 电力线噪音干扰及解决
噪音与滤波器的问题谈起来可能要很长时间。因此，在写这篇文章之前我决定把噪音与滤波器的问题分为三篇文章来写。
这篇文章我将向大家解释电力线噪音以及它对 X10 系统的影响。下一篇文章将谈一谈滤波器的工作原理。第三篇文章我们把前两篇文章综合一下来谈谈在实际应用中如何用滤波器降低电力线的噪音。如果有可能，我还会向大家介绍全屋阻波器的应用。当然那可能是第四篇文章。

      在 X10 世界里，电力线噪音是影响 X10 系统的最有争议的问题。我们就从噪音以及噪音在示波器上的样子谈起。图一是 220V 电力线上有一点点噪音的样子。我的确不太想用“噪音”这个术语。在大多数情况下我还是更爱用“干扰”这个词。
      从专业角度来说是电力线“噪音”“干扰”了 X10 系统。但有一次一位客户问我：“你说的是什么意思，噪音？我怎么没有听到呢？”。从那以后我就改为是电力线中的“干扰”影响了 X10 系统，这样大家就很好理解了。但是在这篇文章中我还是会用“噪音”这个词。我想你一定不会不同意吧！
      我桌子上的字典这样解释噪音这个词：嘈杂的、令人不快的特殊声音。显然这样的解释并不全面（不过，我还是比较喜欢“令人不快”这部分解释）。而且还会给我们理解这篇文章带来一定难度。那就换一个词“污染”，它在字典中的解释是：被染污，使其变得不纯净。你当地的供电电源（在中国是 50Hz ，在美国是 60Hz ）是非常干净的。不幸的是，许多公司的产品（当然是电子产品）会产生很高频率的负影响，并且把这个负影响反向发射到电力线上。它们污染了电力线的环境。
      当电力线污染产生时，我也试着用肥皂去洗电线（开玩笑）。每个人都可以用长江水，但请不要污染她。这个观点我想我们都会同意吧！而这又与电力线污染有什么区别呢？每个人都可以用电力线的能量，但是请不要污染她！显然，人们并不是很重视电力线污染问题。许多公司都声称他们的产品不会污染电力线。但是还是有一部分产品会污染电力线。
      为什么我总是谈论电力线的污染问题，因为它不止是 X10 的问题，电力线污染会摧毁很多种家用电器。你遇到过电脑死机吗？ ... 你遇到过电视突然没有图像吗？ … 传真中断？ … 音响杂音？ … 灯忽亮忽暗？所有这些问题，也许更多，都可以归结为电力线污染。许多医院或研究院都要求不能用电子镇流器式的日光灯，他们的许多设备都对电力污染很敏感 , 而电子镇流器式日光灯会产生电力线污染 .
      我们回到 1900 年，那时的煤矿工人下井时总是会带上一只金丝雀 , 如果金丝雀昏倒，那么就说明矿井里有危险的瓦斯气。如果金丝雀死了，那么他们就必须马上离开矿井。 X10 系统就好比金丝雀。如果你的 X10 系统因为电力线噪音而发生问题，那么你家中的其它用电器也会受到影响，只是时间稍长一些。 X10 系统会因为电力线噪音而时灵时不灵，偶尔也会变成“死”系统 ( 就像金丝雀 ) 。
      我在这里想提醒那些生产或出售污染电力线电器的人们（特别是一些假冒伪劣产品），请你们负起责任并采取行动改进你们的电器性能。因为好的电器（真的长城认证或 CE 认证）是不会向电力线发出噪音的。
      当使用者装上一个新的 X10 接收器时，本地控制可以，但网络控制却不行时，原因一般有以下三点：
⒈ 信号传错了线（当然这种情况是非常少见的 , 我们在本文中就不再讨论）
⒉ 信号强度不够（当然可以用一些耦合器或滤波器解决）
⒊ 电力线污染（或称之为噪音，干扰）。
      电力线污染是个新问题吗？不是，但是在当今时代显现的越来越严重。有两点原因：第一，现在有比以前更多的电气设备，更多的电子日光灯，更多的电脑还有更多的大屏幕电视。第二，现在有许多已经被使用或未被使用的高科技产品。电力线噪音现在仍然存在是因为没有约束它的标准。 FCC 只是约束 450KHz 以上的噪音（ AM 频段的下限）， UL 认证只是约束电力线噪音为“安全”的。影响 X10 系统的频段分布在 80KHz—150KHz 之间，而在这个频段上几乎没有标准！
      在此，我的观点是很明确的！那些生产发出电力线噪音的电气生产商，请你们肩负起减小电力线噪音的责任。不管怎么样，虽然我说出了我的观点，但我也没有很好的办法同生产商谈。所以当我们发现了产生电力气噪音的电器时，最好的办法是不用它，换一个品牌的产品。
      Pico 的工程师是很有远见的，早在 1978 年他们定义 X10 的信号时就选择了正弦波的过零点为载波时间。时至今日，过零点仍然是最干净，最不易受干扰的地方。
      他们的另一个好主意是使用“补码”来发射数字信息。（在当时还有一部重要的决定就是“ X10 二进制扩展码”，扩展码的应用在近几年非常广泛，比如在 A10 系统中，这点我以后会为大家作解释）

在标准的 TTL （ TRANSISTOR TO TRANSISTOR LOGIC ）电路中，以什么也不发射（低电平）代表“ 0 ”。但在多数情况下，电力线会好几个小时都有什么也不发射（至少 X10 系统不发射），如果说不重新定“ 0 ”，那么接收端会认为发射端发射了一连串的“ 0 ”。所以 Pico 工程师（发明 X10 协议的人）决定用 0—1 代表“ 0 ”用 1—0 代表“ 1 ”（如图二所示）用这种方法代替那种“发射”代表“ 1 ”，“不发射”代表“ 0 ”的原始方法是很有远见的。
在 1989 年， X10 工程师改进了二进制码的接收电路，并提高了接收的可靠性，后来我们得到了新一代的可以抵御干扰的 AGC 和门限 AGC 接收器。我们先看一些噪音，再谈 AGC 电路
。

图三给我们展示了一个看似很干净的正弦波，但是如果你把电脑的屏幕放大，你可以发现这个正弦波上还是有一些小小的干扰。大多数地区电力线的正弦波都是比较干净的。比如在美国电力线一般是 10—25mV 的噪音，中国电力线一般会有 25—50mV 的噪音。当然噪音的大小还取决于你家中的电器和电器的开关状态。在大多数家庭用房中，噪音的水平是处于 X10 系统的允许范围内的。
接下来我将向你展示一些图形。第一点，以下展示的一些图形有些夸张，请相信我，这只是一些示意图，因为我要向你展示一些电力线的正弦波（它们的振幅非常高，可达 300V 以上）还有 X10 载波信号或噪音（对比起来它们振幅只有几伏或几十毫伏），如果我把它们按正常的比例显示给大家看，那你根本就看不到载波信号或噪音，只能到一个 300V 振幅的正弦波。所以以下的图只是示意图。第二点，我会向你展示一些简单的 X10 协议。不管怎么说，以下的解释可能你会不好理解，但当你把这篇和我以后要写的几篇文章看完后就会明白一切的。（听起来好像电脑游戏的攻略）

      如图四所示，那是一个标准的没有令人反感的背景噪音的 X10 电力载波信号（请记住这只是一个放大了振幅的示意图）。对于这样的载波信号 X10 接收器可以很容易地将字符串从电力线中萃取出来，并且加工，执行动作。
      让我们回到 1980 年的美国，当时是美国的科技爆炸时代，许多的家用电器以及新科技被用于家庭。随之而来的是电力线噪音不断增长， X10 工程很快响应并改进了接收 X10 载波信号的算法。当然细说起来会花很长时间，简单地说，他们把每个周期的 120KHz 的脉冲个数进行计算，从而提高了接收器的频率响应特性。
      到了 1990 年，由于家庭中出现了电脑，大屏幕电视，传真机以及许多电子小器具， X10 工程师很快响应并推出“ AGC ”（ AUTOMATIC GAIN CONTROL 自动增益控制）接收方法。许多天线电爱好者都知道 AGC 被广泛地用于电视机和收音机电路中，用于改善接收效果。简单地说，如果使用 AGC 电路，那么它的输出量不再是一个恒定的量，而且根据系统的需要和控制，应用反馈电路输一个可以变化的量。这就好像现在有些高级的汽车音响一样，当你在高速公路上开车并打开车窗时它就会自动把音量增大，当你停在红绿灯前时，它会自动把音量减小。
      AGC 电路使 X10 接收器进入了一个新时代，它可以自动判断电力线干扰的大小，这就意味着它可以更好的地区分噪音与信号。但在很强的干扰下， AGC 电路也不会很好的工作。 AGC 电路要求 X10 载波强度至少要比背景噪音大一倍。

如图五所示的噪音，即使是最新的 X10 AGC 接收器也对它无济于事，从图中我们可以看出 X10 信号并没有比噪音大一倍。
AGC 接收电路要做的比 X10 系统强一些，它的信噪比可达 1.25 ∶ 1 （ X10 是 2 ∶ 1 ），但是现在只供应国外市场（因为价格很高），我们期待着有一天也会供应国内市场！

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