一種使用電力線通信的系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種使用電力線通信的系統，包括一作為發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據通信。采用本發明的技術方案，只需增加一條傳輸線便實現通過交流信號進行數據通信，布線時可以將傳輸線和火線布置在一起，以低成本、設計簡單的電路結構實現安全可靠的遠距離的數據通信。
【專利說明】—種使用電力線通信的系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力線傳輸領域，具體涉及一種使用電力線通信的系統。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發展，智能化及遠程通訊在各種場合的應用逐漸增多，而目前信息通信一般采用有線方式或者無線方式。使用無線方式進行傳輸，會有電磁輻射產生，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信息丟失等問題。
[0003]采用有線傳輸的方式，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，標準的安全距離為至少大于20CM，這在線路布置上就非常復雜，而且一旦電源線和信號線接錯，后果非常嚴重。
[0004]現有技術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，通過專用的調制/解調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絡環境不穩定，其傳輸穩定性還有待提高。
[0005]故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷。
【發明內容】
[0006]為了克服上述現有技術的缺陷，本發明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上，增加了一條用于傳輸信號的傳輸線，實現數據通信。
[0007]為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案為:
[0008]一種使用電力線通信的系統，包括一作為發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據通信；
[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的交流信號的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產生一信號；
[0012]一電壓檢測模塊，用于檢測所述傳輸線中流經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模塊相連接，用于根據待發送信息控制所述開關模塊調整所述傳輸線中信號電壓的變化；且用于根據所述電壓檢測模塊的電壓變化量獲取一信息。
[0016]優選地，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第二電阻R2接地。
[0020]優選地，所述控制模塊至少包括一中斷引腳、一數據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；所述數據引腳與外接設備相連接；所述控制引腳與所述開關模塊相連接。
[0021 ] 優選地，所述傳輸線中的信號電壓為交流信號正半周。
[0022]優選地，所述傳輸線中的信號電壓為交流信號負半周。
[0023]優選地，所述發送方的使用電力線通信的裝置信號傳輸方式設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置為采用交流電信號的負半周作為信號電壓。
[0024]優選地，所述待發送信息包括起始標識碼、結束標識碼和數據信息。
[0025]優選地，所述控制模塊為單片機。
[0026]優選地，所述開關模塊為繼電器或者半導體開關。
[0027]優選地，所述火線和所述傳輸線設置在一起。
[0028]與現有技術相比，本發明的有益效果如下:只需增加一條傳輸線便實現通過交流信號進行數據通信，布線時可以將傳輸線和火線布置在一起，以低成本、設計簡單的電路結構實現安全可靠的遠距離的數據通信。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明實施例使用電力線通信的系統的原理框圖；
[0030]圖2是本發明實施例使用電力線通信的裝置的原理框圖；
[0031]圖3是本發明實施例中交流電信號的零點示意圖；
[0032]圖4是本發明實施例中過零檢測模塊的原理框圖；
[0033]圖5是本發明實施例中過零檢測模塊產生中斷信號的示意圖；
[0034]圖6是本發明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是本發明實施例中采用交流電信號的負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]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0037]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0038]現有技術中電力線載波通信也已漸成熟，但使用該技術成本較高。而其他采用有線傳輸的方式，比如UART、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，標準的安全距離為至少大于20CM，這進一步增加線路布置上的難度；
[0040](2)通訊線采用低電壓傳輸，在遠距離傳輸中由于存在信號衰減而導致信號不穩定;
[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，將會導致險情發生。
[0042]因此，存在一種需求，以低成本的方案實現高可靠性和遠距離的通信傳輸。
[0043]參見圖1，所示為本發明實施例使用電力線通信的系統的原理框圖，包括一作為發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進行通信級聯。
[0044]火線100即為市電供電線，與供電網相連接；傳輸線120選用電力標準線，能在其中通過調制后的交流市電信號電壓。
[0045]由于傳輸線120上用于數據通信的信號電壓為在交流市電上直接調制信號，本發明具有以下技術優點: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，因此不會發生險情；同時由于采用高電壓進行數據傳輸，在傳輸中信號幾乎無衰減，進而提高了遠距離傳輸時信號的穩定性。
[0046]參見圖2，所示為本發明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中流經的交流電的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產生一信號，控制模塊102能感應該信號；
[0048]電壓檢測模塊104，用于檢測所述傳輸線120中流經的一信號電壓的一電壓變化量;
[0049]開關模塊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和開關模塊103相連接，用于根據待發送信息控制所述開關模塊103調整所述傳輸線120中信號電壓的變化；且用于根據所述電壓檢測模塊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，于一實施例中更包括存儲模塊，在存儲模塊中存儲預設數據或對應表用于信息發送和接收。
[0052]控制模塊102包括一數據引腳，用于與外接設備相連接，實現和外接設備之間能夠數據通信。控制模塊102的數據引腳接收外接設備發送過來的數據信息產生待發送信息；同時可以將傳輸線120上接收到的信息發送給外接設備。
[0053]控制模塊102包括一控制引腳，與開關模塊103相連接，用于控制開關模塊103的導通或者斷開。
[0054]過零檢測模塊101能夠檢測并區分交流電即將進入上半周的零點(以下稱上零點)以及交流電即將進入下半周的零點(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，所示為本發明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于光敏二極管，只有在交流電的上半周導通，而在交流電的下半周，二極管截止，因此光電耦合器產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，產生另一下降沿中斷信號。具體可參見圖5，所示為本發明實施例中過零檢測模塊產生中斷信號的示意圖。
[0056]在一種優選實施方式中，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；中斷引腳能夠感應中斷信號并能夠區分上升沿信號和下降沿信號；控制模塊102向傳輸線120上發送數據時，從待發送信息中依次獲取一位數據(O或I)，在接收中斷信號后，根據該數據的值輸出相應的控制信號控制開關模塊103導通或斷開，使得傳輸線120中有交流信號輸出或者無交流信號輸出，從而產生一反映該數據的信號電壓。
[0057]當然控制模塊102也可以包括兩個獨立的中斷引腳，分別感應上升沿中斷信號和下升沿中斷信號。
[0058]開關模塊103為半導體開關或者繼電器；半導體開關可以為可控硅或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。可通過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]在一種優選的實施方式中，在裝置100間的數據通信中約定，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]下面對本發明的信號發送的過程作進一步說明。在不傳輸信息時，開關模塊103始終處于斷開狀態，傳輸線120上無信號電壓，處于空閑狀態；當控制模塊102所要傳輸信號‘I’時，在過零檢測模塊101檢測到上零點時，導通開關模塊103，同時在過零檢測模塊101檢測到下零點時，關斷開關模塊103。傳輸線120中信號‘I’的波形參見圖6。
[0062]在上述技術方案中,傳輸線120處于空閑狀態和傳輸信號‘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的可靠性，消除傳輸過程中的誤碼情況，對待發送信息編碼格式做了進一步的規定。待發送信息包括起始標識碼、結束標識碼和數據信息，同時還可以對數據信息的長度做出限定。比如一幀數據的長度為8字節，其中起始標識碼為一字節，內容為‘FF’，結束標識碼為一字節，內容為‘H)’，中間六字節為數據信息，即實際所要傳輸的信息內容。對信息格式作出規定之后，只有在起始標識碼和結束標識碼之間出現的‘0’信號波形才被認定為‘0’信號，從而消除了傳輸線120處于空閑狀態時對信號的干擾。當然這種信息格式的規定并不是唯一，采用其他信息編碼格式實現數據傳輸也屬于本發明的構思。
[0063]在一種優選的實施方式中，在數據通信中約定，采用交流電信號的負半周作為信號電壓，在每個交流電周期內傳輸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通或屏蔽作為信號的傳輸。參見圖7，采用交流電信號的負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，導通開關模塊103，同時在過零檢測模塊101檢測到上零點時，關斷開關模塊103。當然，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據，也可以為全雙工的方式進行數據傳送。在一種優選的實施方式中，將一裝置100(發送方)的信號傳輸方式設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)的信號傳輸方式設置為采用交流電信號的負半周作為信號電壓，由于兩裝置100作為信號傳輸的信號電壓為同頻同相，信號不會相互影響，發送方可在正半周期傳送信號至傳輸線120上，而在負半周期內接收傳輸線120上信號；接收方正好相反，在負半周期傳送信號至傳輸線120上，而在正半周期內接收傳輸線120上信號，從而方便的實現了全雙工通?目。
[0065]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種使用電力線通信的系統，其特征在于，包括一作為發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)間的數據通信； 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)中流經的交流信號的零點，并在檢測到該交流信號的零點時產生一信號； 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)和開關模塊(103)相連接，用于根據待發送信息控制所述開關模塊(103)調整所述傳輸線(120)中信號電壓的變化；且用于根據所述電壓檢測模塊(104)的電壓變化量獲取一信息。
2.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，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)相連接且經第二電阻R2接地。
3.根據權利要求2所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述控制模塊(102)至少包括一中斷引腳、一數據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；所述數據引腳與外接設備相連接；所述控制引腳與所述開關模塊(103)相連接。
4.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，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.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述傳輸線(120)中的信號電壓為交流信號負半周。
6.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述發送方的使用電力線通信的裝置(100)信號傳輸方式設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)的信號傳輸方式設置為采用交流電信號的負半周作為信號電壓。
7.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述待發送信息包括起始標識碼、結束標識碼和數據信息。
8.根據權利要求1或3所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述控制模塊(102)為單片機。
9.根據權利要求1或3所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述開關模塊(103)為繼電器或者半導體開關。
10.根據權利要求1所述的使用電力線通信的系統，其特征在于，所述火線(110)和所 述傳輸線(120)設置在一起。
【文檔編號】H04B3/54GK104270172SQ201410487346
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】崔佳冬, 吳建鋒, 邵李煥 申請人:杭州電子科技大學