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。而電力行業對光纖的應用主要還是集中在強電的控制方面，現場環境對光纖模塊的通信速度要求較低。所以，在電力系統的工程實際中，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。本設計硬件成本低、軟件流程簡單、性能穩定，輸出信號為工業標準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中廣泛使用。

1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。

1.1調制原理

本文設計的光纖通信系統由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送至光纖發射接口發送出去。

進行BFSK調制時使用MCU串行接口接收外部設備發送的數據，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方式發送至光纖發射接口，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

1.2解調原理

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，最終信號轉變為正弦波信號。

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。

2軟件設計

系統主程序分為兩個主要流程：串行接口處理流程和光纖接口數據處理流程。

2.1串行接口處理流程

本流程的主要任務是檢測串行接口是否接收到數據，如果串行接口接收到數據，設計中為了提高系統的穩定性和抗干擾能力，首先對數據進行拆分，將長數據包拆分成若干個短數據包，并為每個數據包增加起始標識、校驗碼和結束標識，組成一個數據幀，每個數據幀正確傳輸結束再進行下一數據幀的傳輸。組成數據幀后，由MCU對數據進行調制，并發送到光纖接口，將數據發送出去。

2.2光纖接口數據處理流程

本流程的主要任務是檢測光纖接口是否接收到數據，如果光纖接口接收到數據，則首先驗證數據幀格式，如果格式正確，則將有效數據提取出來重新組成完整數據包，并將數據包從串行接口發送出去，完成光纖接口到標準串行接口的數據傳輸。

系統軟件設計流程如圖4所示。

圖4軟件設計流程圖