一種使用電力線通信的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種使用電力線通信的系統(tǒng)，包括一作為發(fā)送方的使用電力線通信的裝置和至少一作為接收方的使用電力線通信的裝置；火線與所述使用電力線通信的裝置相連接作供電輸入；以及一傳輸線用于所述使用電力線通信的裝置間的數(shù)據(jù)通信。采用本實用新型的技術(shù)方案，只需增加一條傳輸線便實現(xiàn)通過交流信號進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，布線時可以將傳輸線和火線布置在一起，以低成本、設(shè)計簡單的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)安全可靠的遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信。
【專利說明】—種使用電力線通信的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力線傳輸領(lǐng)域，具體涉及一種使用電力線通信的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能化及遠(yuǎn)程通訊在各種場合的應(yīng)用逐漸增多，而目前信息通信一般采用有線方式或者無線方式。使用無線方式進(jìn)行傳輸，會有電磁輻射產(chǎn)生，對人體造成損害，且由于無線信號的特性，在穿透障礙物的時候會造成信號的衰減，會造成信號傳輸出現(xiàn)信息丟失等問題。
[0003]采用有線傳輸?shù)姆绞?，比如UART、CAN、SP1、DALI等，除了 2條電源線(VCC和GND)之外，都需要另外布置一組通訊線。為了保障用電安全，電源線和信號線之間必須間隔一定的距離，標(biāo)準(zhǔn)的安全距離為至少大于20CM，這在線路布置上就非常復(fù)雜，而且一旦電源線和信號線接錯，后果非常嚴(yán)重。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中電力線載波通信也已漸成熟，將載有信息的高頻信號加載到電力線上，通過專用的調(diào)制/解調(diào)模塊獲取電力線上的傳輸信號。采用該方式傳輸，可以免于另外布通訊線，但在使用成本上較高，而且這種通過載波方式將信號加載在電力線上的方式由于電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不穩(wěn)定，其傳輸穩(wěn)定性還有待提高。
[0005]故，針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。
實用新型內(nèi)容
[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型提供了一種使用電力線通信的裝置，在用于供電的火線和零線的基礎(chǔ)上，增加了一條用于傳輸信號的傳輸線，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型的技術(shù)方案為:
[0008]一種使用電力線通信的系統(tǒng)，包括一作為發(fā)送方的使用電力線通信的裝置和至少一作為接收方的使用電力線通信的裝置；火線與所述使用電力線通信的裝置相連接作供電輸入；
[0009]一傳輸線用于所述使用電力線通信的裝置間的數(shù)據(jù)通信；
[0010]所述使用電力線通信的裝置包括:
[0011]一過零檢測模塊，用于檢測所述火線中流經(jīng)的交流信號的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產(chǎn)生一信號；
[0012]一電壓檢測模塊，用于檢測所述傳輸線中流經(jīng)的一信號電壓的一電壓變化量；
[0013]一電源模塊，與所述火線相連接，用于給所述使用電力線通信的裝置提供直流供電；
[0014]一開關(guān)模塊，連接在所述火線和傳輸線之間；
[0015]一控制模塊，與所述過零檢測模塊、電壓檢測模塊和開關(guān)模塊相連接，用于根據(jù)待發(fā)送信息控制所述開關(guān)模塊調(diào)整所述傳輸線中信號電壓的變化；且用于根據(jù)所述電壓檢測模塊的電壓變化量獲取一信息。
[0016]優(yōu)選地，所述過零檢測模塊包括一光電耦合器，所述光電耦合器的I腳經(jīng)第一電阻Rl與所述火線相連接；
[0017]所述光電耦合器的2腳與零線相連接；
[0018]所述光電耦合器的4腳與所述電源模塊輸出端相連接；
[0019]所述光電耦合器的3腳與所述控制模塊相連接且經(jīng)第二電阻R2接地。
[0020]優(yōu)選地，所述控制模塊至少包括一中斷引腳、一數(shù)據(jù)引腳以及一控制引腳，所述中斷引腳與所述所述過零檢測模塊相連接；所述數(shù)據(jù)引腳與外接設(shè)備相連接；所述控制引腳與所述開關(guān)模塊相連接。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述傳輸線中的信號電壓為交流信號正半周。
[0022]優(yōu)選地，所述傳輸線中的信號電壓為交流信號負(fù)半周。
[0023]優(yōu)選地，所述發(fā)送方的使用電力線通信的裝置信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的正半周作為信號電壓；所述接收方的使用電力線通信的裝置的信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓。
[0024]優(yōu)選地，所述待發(fā)送信息包括起始標(biāo)識碼、結(jié)束標(biāo)識碼和數(shù)據(jù)信息。
[0025]優(yōu)選地，所述控制模塊為單片機(jī)。
[0026]優(yōu)選地，所述開關(guān)模塊為繼電器或者半導(dǎo)體開關(guān)。
[0027]優(yōu)選地，所述火線和所述傳輸線設(shè)置在一起。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下:只需增加一條傳輸線便實現(xiàn)通過交流信號進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，布線時可以將傳輸線和火線布置在一起，以低成本、設(shè)計簡單的電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)安全可靠的遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型實施例使用電力線通信的系統(tǒng)的原理框圖；
[0030]圖2是本實用新型實施例使用電力線通信的裝置的原理框圖；
[0031]圖3是本實用新型實施例中交流電信號的零點示意圖；
[0032]圖4是本實用新型實施例中過零檢測模塊的原理框圖；
[0033]圖5是本實用新型實施例中過零檢測模塊產(chǎn)生中斷信號的示意圖；
[0034]圖6是本實用新型實施例中采用交流電信號的正半周作為信號電壓時所傳輸信號分別為‘I’或‘0’時的波形圖；
[0035]圖7是本實用新型實施例中采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓時所傳輸信號分別為‘I’或‘0’時的波形圖。

【具體實施方式】
[0036]為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0037]相反，本實用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本實用新型有更好的了解，在下文對本實用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。
[0038]現(xiàn)有技術(shù)中電力線載波通信也已漸成熟，但使用該技術(shù)成本較高。而其他采用有線傳輸?shù)姆绞剑热鏤ART、CAN、SP1、DALI等，除了需布置2條電源線(VCC和GND)之外，都需要另外布置一組通訊線。該方式具有以下不足:
[0039](I)為了保障用電安全，電源線和信號線之間必須間隔一定的距離，標(biāo)準(zhǔn)的安全距離為至少大于20CM，這進(jìn)一步增加線路布置上的難度；
[0040](2)通訊線采用低電壓傳輸，在遠(yuǎn)距離傳輸中由于存在信號衰減而導(dǎo)致信號不穩(wěn)定;
[0041](3)電源線為高壓線，通訊線為低壓線，一旦電源線和通訊線接錯，將會導(dǎo)致險情發(fā)生。
[0042]因此，存在一種需求，以低成本的方案實現(xiàn)高可靠性和遠(yuǎn)距離的通信傳輸。
[0043]參見圖1，所示為本實用新型實施例使用電力線通信的系統(tǒng)的原理框圖，包括一作為發(fā)送方的使用電力線通信的裝置100和至少一作為接收方的使用電力線通信的裝置100 ;火線110與使用電力線通信的裝置100相連接作供電輸入，兩裝置100之間通過傳輸線120進(jìn)行通信級聯(lián)。
[0044]火線100即為市電供電線，與供電網(wǎng)相連接；傳輸線120選用電力標(biāo)準(zhǔn)線，能在其中通過調(diào)制后的交流市電信號電壓。
[0045]由于傳輸線120上用于數(shù)據(jù)通信的信號電壓為在交流市電上直接調(diào)制信號，本實用新型具有以下技術(shù)優(yōu)點:電源線和通訊線都為高壓線，因此不存在安全間距的問題，布線時可以將傳輸線120和火線110布置在一起，即便電源線和通訊線接錯，由于都是高壓線，因此不會發(fā)生險情；同時由于采用高電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸中信號幾乎無衰減，進(jìn)而提高了遠(yuǎn)距離傳輸時信號的穩(wěn)定性。
[0046]參見圖2，所示為本實用新型實施例使用電力線通信的裝置的原理框圖，包括過零檢測模塊101、控制模塊102、開關(guān)模塊103和電壓檢測模塊104，其中，
[0047]過零檢測模塊101，用于檢測所述火線110中流經(jīng)的交流電的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產(chǎn)生一信號，控制模塊102能感應(yīng)該信號；
[0048]電壓檢測模塊104，用于檢測所述傳輸線120中流經(jīng)的一信號電壓的一電壓變化量;
[0049]開關(guān)模塊103，連接在所述火線110和傳輸線120之間；
[0050]控制模塊102，與過零檢測模塊101、電壓檢測模塊104和開關(guān)模塊103相連接，用于根據(jù)待發(fā)送信息控制所述開關(guān)模塊103調(diào)整所述傳輸線120中信號電壓的變化；且用于根據(jù)所述電壓檢測模塊104的電壓變化量獲取一信息。
[0051]控制模塊102可以是微處理器，例如單片機(jī)，于一實施例中更包括存儲模塊，在存儲模塊中存儲預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)表用于信息發(fā)送和接收。
[0052]控制模塊102包括一數(shù)據(jù)引腳，用于與外接設(shè)備相連接，實現(xiàn)和外接設(shè)備之間能夠數(shù)據(jù)通信?？刂颇K102的數(shù)據(jù)引腳接收外接設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生待發(fā)送信息；同時可以將傳輸線120上接收到的信息發(fā)送給外接設(shè)備。
[0053]控制模塊102包括一控制引腳，與開關(guān)模塊103相連接，用于控制開關(guān)模塊103的導(dǎo)通或者斷開。
[0054]過零檢測模塊101能夠檢測并區(qū)分交流電即將進(jìn)入上半周的零點(以下稱上零點)以及交流電即將進(jìn)入下半周的零點(以下稱下零點)，參見圖3，所示為交流電信號的零點示意圖。
[0055]參見圖4，所示為本實用新型實施例中過零檢測模塊的原理框圖，過零檢測模塊101包括一光電稱合器、第一電阻Rl和第二電阻R2,光電稱合器的I腳與第一電阻Rl的一端相連接，第一電阻Rl的另一端與火線110相連接；光電耦合器的2腳與零線相連接；光電耦合器的4腳與電源模塊105的直流輸出相連接；光電耦合器的3腳與控制模塊102相連接，同時與第二電阻R2的一端相連接，第二電阻R2的另一端與GND相連接。該電路的工作原理未，光電稱合器輸入端接交流信號，由于光電稱合器的輸入端相當(dāng)于光敏二極管，只有在交流電的上半周導(dǎo)通，而在交流電的下半周，二極管截止，因此光電耦合器產(chǎn)生的輸出信號為周期性方波(高電平VCC，低電平GND)。過零檢測模塊101檢測到上零點時，產(chǎn)生一上升沿中斷信號；而過零檢測模塊101檢測到下零點時，產(chǎn)生另一下降沿中斷信號。具體可參見圖5，所示為本實用新型實施例中過零檢測模塊產(chǎn)生中斷信號的示意圖。
[0056]在一種優(yōu)選實施方式中，控制模塊102至少包括一中斷引腳，中斷引腳與所述過零檢測模塊101的中斷信號相連接；中斷引腳能夠感應(yīng)中斷信號并能夠區(qū)分上升沿信號和下降沿信號；控制模塊102向傳輸線120上發(fā)送數(shù)據(jù)時，從待發(fā)送信息中依次獲取一位數(shù)據(jù)(O或I)，在接收中斷信號后，根據(jù)該數(shù)據(jù)的值輸出相應(yīng)的控制信號控制開關(guān)模塊103導(dǎo)通或斷開，使得傳輸線120中有交流信號輸出或者無交流信號輸出，從而產(chǎn)生一反映該數(shù)據(jù)的信號電壓。
[0057]當(dāng)然控制模塊102也可以包括兩個獨立的中斷引腳，分別感應(yīng)上升沿中斷信號和下升沿中斷信號。
[0058]開關(guān)模塊103為半導(dǎo)體開關(guān)或者繼電器；半導(dǎo)體開關(guān)可以為可控硅或MOS管。
[0059]電壓檢測模塊104包括一電阻，一端接傳輸線，另一端接零線?？赏ㄟ^檢測電阻上的電壓而得知耦接至電壓檢測模塊104的信號電壓的電壓值。于一實施例中采用ADC模塊檢測電壓值。
[0060]在一種優(yōu)選的實施方式中，在裝置100間的數(shù)據(jù)通信中約定，采用交流電信號的正半周作為信號電壓，在每個交流電信號周期內(nèi)傳輸Ibit信息。此時，在傳輸線120中將交流信號的下半周屏蔽，以交流信號的上半周的導(dǎo)通或屏蔽作為信號的傳輸。參見圖6，所示為采用交流電信號的正半周作為信號電壓時，所傳輸信號分別為‘I’或‘0’時的波形圖。
[0061]下面對本實用新型的信號發(fā)送的過程作進(jìn)一步說明。在不傳輸信息時，開關(guān)模塊103始終處于斷開狀態(tài)，傳輸線120上無信號電壓，處于空閑狀態(tài)；當(dāng)控制模塊102所要傳輸信號‘I’時，在過零檢測模塊101檢測到上零點時，導(dǎo)通開關(guān)模塊103，同時在過零檢測模塊101檢測到下零點時，關(guān)斷開關(guān)模塊103。傳輸線120中信號‘I’的波形參見圖6。
[0062]在上述技術(shù)方案中,傳輸線120處于空閑狀態(tài)和傳輸信號‘0’時的波形是一樣的，在傳輸信號過程會引起誤碼。為了保證通信過程中信息傳輸?shù)目煽啃裕齻鬏斶^程中的誤碼情況，對待發(fā)送信息編碼格式做了進(jìn)一步的規(guī)定。待發(fā)送信息包括起始標(biāo)識碼、結(jié)束標(biāo)識碼和數(shù)據(jù)信息，同時還可以對數(shù)據(jù)信息的長度做出限定。比如一幀數(shù)據(jù)的長度為8字節(jié)，其中起始標(biāo)識碼為一字節(jié)，內(nèi)容為‘FF’，結(jié)束標(biāo)識碼為一字節(jié)，內(nèi)容為‘H)’，中間六字節(jié)為數(shù)據(jù)信息，即實際所要傳輸?shù)男畔?nèi)容。對信息格式作出規(guī)定之后，只有在起始標(biāo)識碼和結(jié)束標(biāo)識碼之間出現(xiàn)的‘0’信號波形才被認(rèn)定為‘0’信號，從而消除了傳輸線120處于空閑狀態(tài)時對信號的干擾。當(dāng)然這種信息格式的規(guī)定并不是唯一，采用其他信息編碼格式實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸也屬于本實用新型的構(gòu)思。
[0063]在一種優(yōu)選的實施方式中，在數(shù)據(jù)通信中約定，采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓，在每個交流電周期內(nèi)傳輸Ibit信息。此時，在傳輸線120中將交流信號的上半周屏蔽，以交流信號的下半周的導(dǎo)通或屏蔽作為信號的傳輸。參見圖7，采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓時，所示為所傳輸信號分別為‘I’或‘0’時的波形圖。當(dāng)控制模塊102所要傳輸信號‘I’時，在過零檢測模塊101檢測到下零點時，導(dǎo)通開關(guān)模塊103，同時在過零檢測模塊101檢測到上零點時，關(guān)斷開關(guān)模塊103。當(dāng)然，上述信息編碼方式也同樣試用于此。
[0064]使用電力線通信的裝置100之間的通信方式不僅為半雙工傳送數(shù)據(jù)，也可以為全雙工的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在一種優(yōu)選的實施方式中，將一裝置100(發(fā)送方)的信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的正半周作為信號電壓，而將與其相連接的另一裝置100(接收方)的信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓，由于兩裝置100作為信號傳輸?shù)男盘栯妷簽橥l同相，信號不會相互影響，發(fā)送方可在正半周期傳送信號至傳輸線120上，而在負(fù)半周期內(nèi)接收傳輸線120上信號；接收方正好相反，在負(fù)半周期傳送信號至傳輸線120上，而在正半周期內(nèi)接收傳輸線120上信號，從而方便的實現(xiàn)了全雙工通?目。
[0065]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，包括一作為發(fā)送方的使用電力線通信的裝置(100)和至少一作為接收方的使用電力線通信的裝置(100);火線(110)與所述使用電力線通信的裝置(100)相連接作供電輸入； 一傳輸線(120)用于所述使用電力線通信的裝置(100)間的數(shù)據(jù)通信； 所述使用電力線通信的裝置(100)包括: 一過零檢測模塊(101)，用于檢測所述火線(110)中流經(jīng)的交流信號的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產(chǎn)生一信號； 一電壓檢測模塊(104)，用于檢測所述傳輸線(120)中流經(jīng)的一信號電壓的一電壓變化量； 一電源模塊(105)，與所述火線(110)相連接，用于給所述使用電力線通信的裝置(100)提供直流供電； 一開關(guān)模塊(103)，連接在所述火線(110)和傳輸線(120)之間； 一控制模塊(102)，與所述過零檢測模塊(101)、電壓檢測模塊(104)和開關(guān)模塊(103)相連接，用于根據(jù)待發(fā)送信息控制所述開關(guān)模塊(103)調(diào)整所述傳輸線(120)中信號電壓的變化；且用于根據(jù)所述電壓檢測模塊(104)的電壓變化量獲取一信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述過零檢測模塊(101)包括一光電耦合器，所述光電耦合器的I腳經(jīng)第一電阻Rl與所述火線(110)相連接； 所述光電耦合器的2腳與零線相連接； 所述光電耦合器的4腳與所述電源模塊(105)輸出端相連接； 所述光電耦合器的3腳與所述控制模塊(102)相連接且經(jīng)第二電阻R2接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(102)至少包括一中斷引腳、一數(shù)據(jù)引腳以及一控制引腳，所述中斷引腳與所述所述過零檢測模塊(101)相連接；所述數(shù)據(jù)引腳與外接設(shè)備相連接；所述控制引腳與所述開關(guān)模塊(103)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸線(120)中的信號電壓為交流信號正半周。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述傳輸線(120)中的信號電壓為交流信號負(fù)半周。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)送方的使用電力線通信的裝置(100)信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的正半周作為信號電壓；所述接收方的使用電力線通信的裝置(100)的信號傳輸方式設(shè)置為采用交流電信號的負(fù)半周作為信號電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述待發(fā)送信息包括起始標(biāo)識碼、結(jié)束標(biāo)識碼和數(shù)據(jù)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊(102)為單片機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)模塊(103)為繼電器或者半導(dǎo)體開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用電力線通信的系統(tǒng)，其特征在于，所述火線(110)和所 述傳輸線(120)設(shè)置在一起。
【文檔編號】H04B3/54GK204068971SQ201420550571
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】崔佳冬, 吳建鋒, 邵李煥 申請人:杭州電子科技大學(xué)