CN101453247A

CN101453247A - 利用电源线的数据通讯方法及装置

Info

Publication number: CN101453247A
Application number: CNA2007101951343A
Authority: CN
Inventors: 卢时烈
Original assignee: EBORD CORPORATION(JAPAN)
Current assignee: EBORD CORPORATION(JAPAN); Averd Co Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-10

Abstract

本发明涉及一种利用电源线的数据通讯方法及装置。发送端和接收端之间形成封闭电路的条件下，在AC电源线以切断AC电压波形的方式把具有一定振幅的方波形态的数据载在AC电压波形发送及接收。通讯装置，其中，发送端包括发送端电源部；箝位上述电源线(N)的电压信号而检测载送数据区间的数据窗口检测部；在载送数据电压区间传送数据，同时根据接收端反馈信号控制传送数据的微型计；把传送数据电源信号波形上以脉冲形态载送的数据调制部；调整上述数据调制部的驱动电压，使数据发送脉冲大小稳定的脉冲大小调整部；反馈接收与否信息的接收检测部组成。接收端由数据窗口检测部，数据脉冲检测部及微型计组成，或以逻辑电路组成。

Description

利用电源线的数据通讯方法及装置

技术领域

本发明涉及利用AC电源线的通讯。在发送端和接收端之间形成封闭电路条件的AC电源线，以利用把AC电压波形切削而发送及接收有一定振幅的方波形态数据的电源线的数据通讯方法及装置。

背景技术

一般，利用电力线网的数据通讯方法，并不另外设置通讯线路，利用现有的电力线通讯的方法很受关注，以各种应用方法正在开发相关设备。

最近，受瞩目的可编程控制器(PLC)方式是因为频带高而高速传送大容量数据，但是把信号载在被暴露(Open)的电源线上发送，邻接的仪器相互进行干涉。为了防止这些情况，不仅需要多个带通滤波器，而且需要复杂的接收装置。整体成本很高，安装很复杂。

发明内容

本发明目的在于提供利用电源线发送、接收kbps数据，发送端和控制部之间形成封闭电路的条件下，把AC电压波形切成方波脉冲形态，并发送数据。不存在信号传播到邻接仪器的问题，也不需要滤波器，而且发送接收器的结构很简单。利用电源线发送数据的通讯方法及装置。

一种利用电源线在发送端发送数据，与发送端成为闭路状态的负荷接收端接收数据的利用电源线的数据通讯方法，其特征在于，把传送数据按一定大小的方波信号发生，以根据上述方波信号上下载数据传送区间的上述AC电压的方式，直接切断AC电压波形之后，AC电压波形上载送方波脉冲而传送数据。

工业应用性：

如以上所述，本发明利用电源线的数据通讯装置，在发送端和控制部之间形成封闭电路的条件下，把AC电压波形切断为方波脉冲形态并传送数据。因此不存在信号干涉邻接仪器的问题，无需滤波器，并且发送器结构很简单而廉价提供利用电源线传送数据的通讯装置。

尤其，无处不在的环境下，控制位于末端的各种照明灯、窗帘、各种阀门、电机、门开关器时，需要很多系统设施费用。利用本发明时，可简单又正确地控制位于末端的各种机器。以现有设备的五分之一以下费用构筑控制系统。

附图说明

图1是利用本发明电源线的数据通讯装置的发送端结构图；

图2是利用本发明电源线的数据通讯装置的接收端结构图；

图3是利用本发明电源线的数据通讯装置接收端另一实施例的结构图；

图4的(a)至(e)是本发明的发送端各部波形图；

图5的(a)至(e)是本发明的发送端脉冲大小调整部的各部波形图；

图6的(a)至(e)是本发明的接收端各部波形图；

图7的(a)至(f)是本发明另一实例的接收端的各部波形图。

附图标记说明

10 发送端电源部 20，80 数据窗口检测部

21，81 箝位部 22，82 比较器

30,100 微型计 40 数据调制部

41 驱动器 50 脉冲大小调整部

51 带通滤波器 52 前置放大器

53 大小控制器 54 误差放大器

55 分路调节器 60 接收检测部

61 电流感应器 62 电流-电压转换器

70 数据脉冲检测部 91 高通滤波器(HPF)

92 限制器 93 变换器

111，112 第一、第二定时器 AND1，AND2 第一、第二“与”门

M1 晶体管 T1 变压器

Q1 触发三极管 BD1，BD2 桥式整流二极管

具体实施方式

利用本发明的电源线的数据通讯方法，发送端和接收端之间形成封闭电路的条件下，在AC电源线以切断AC电压波形的方式把具有一定振幅的方波形态的数据载在AC电压波形发送及接收。切断本发明的AC电压波形的方式，在发送端AC电压波形中检测传送数据的区间，把传送数据转换为一定大小的方波信号，根据上述方波信号上、下载数据传送区间的上述AC电压的方式，直接切断AC波形把波形脉冲载在AC电压波形而传送数据。

本发明利用电源线的数据通讯装置，包括：从电源线被供应电源并发生直流电源，使之发送端各部起动的发送端电源部；从上述电源线的一侧线到交流电压箝位正电压，与标准电压比较之后，检测上载数据区间的数据窗口检测部；根据上述窗口检测部信号，在正电压区间传送数据，同时根据接收端的接收反馈信号，控制数据传送的微型计；把上述微型计传送的数据以脉冲形态载送上述一个电源线上的数据调制部；检测上述数据调制部输出端的脉冲大小，与用户设定的大小比较之后，根据其相差电压调整上述数据调制部的驱动器电压，调整数据收发脉冲大小而稳定的脉冲大小调整部；把上述数据调制部的输出传送到电源线，同时检测随着接收端的接收与否变化的电流，把接收与否信息反馈到上述微型计的接收检测部，由此组成收发端。

另一方面，接收在上述发送端发送数据的接收端，包括：从接收端的电源线整流电源而发生接收端起动电源的整流部和；在电源线之中从数据发送线到交流电压箝位之后，与标准电压比较而检测载送数据区间的接收端数据窗口检测部和；从上述数据发送线滤波并限制脉冲信号而检测方波脉冲的脉冲检测部和；根据上述数据窗口检测部的检测信号，在上述脉冲检测部检测的脉冲中检测地址信号和数据信号，从而接收数据的微型计来组成。

上述接收端，代替上述微型计延迟上述数据窗口检测部信号的第一定时器和；在其第一定时器后端延迟一定时间的第二定时器和；在上述第一定时期的输出信号区间检测上述脉冲检测部信号而检测地址信号的第一“与”门及在上述第二定时器的输出信号区间检测上述脉冲检测部信号而检测数据信号的第二“与”门来组成。

以下，参照附图详细说明本发明的实例。

图1是利用本发明电源线的数据通讯装置的发送端电路图。

如图所示，发送端，包括：从电源线N被供应电源之后，产生把发送端各部的直流电源的发送端电源部10；从上述电源线N的一侧线箝位交流电压，与标准电压比较之后，检测载送数据区间的数据窗口检测部20；根据上述数据窗口检测部20信号在正电压区间传送数据，同时根据接收端的接收反馈信号，控制传送数据的微型计30和；把上述微型计30传送的数据以脉冲形态载在上述电源线N的数据调制部40和；检测上述数据调制部40输出端的脉冲大小，与用户设定的大小比较之后，根据其相差电压调整上述数据调制部40驱动器电压，调整数据发送脉冲大小而稳定的脉冲大小调整部50和；利用电源线N传送上述数据调制部40的输出，同时检测随着接收端的接收与否变化的电流，把接收与否信号反馈到上述微型计30的接收检测部60。

上述发送端电源部10从两个电源线L，N被供应电源并整流，包括：供应上述调制部40的驱动器电压的SMPS(即开关式电源)部11和，在SMPS部11的输出电压输出12V电压的12V调整器12及5V调整器13。

上述数据窗口检测部20，由根据两个电阻R1，R2分压及根据二极管D1和电容器C1箝位上述电压的箝位部21和，比较上述箝位部21的输出信号和标准电压V_dat，在载送数据区间输出高方波信号的比较器22组成。

上述数据调制部40，包括：根据上述微型计30传送的数据产生驱动信号的驱动器41和，根据其驱动器41控制开关(ON/OFF)的整流晶体管M1和，根据上述整流晶体管M1整流第一侧直流电压，把信号输出到第二侧的变压器T1和，根据其变压器T1的第二侧输出，控制ON/OFF的触发三极管Q1和，把上述电源线N信号加到“-”端口，上述触发三极管Q1的输出信号加到两侧中间控制端口，并通过另一侧“+”端口，输出包含数据的电源信号的桥式整流二极管BD1。

上述脉冲大小调整部50，包括：滤波上述数据调制部40输出信号的带通滤波器51和，增幅上述带通滤波器51输出信号的前置放大器52和，为了根据用户调整的可变电阻VR5调整电源信号包含的数据大小，设定标准值的大小控制器53和，比较上述大小控制器53的设置大小和在上述前置放大器52检测的脉冲大小，根据其相差值输出控制信号的误差放大器54和，根据上述误差放大器的输出信号，调整供应到上述数据调制部40的变压器T1第一侧驱动电压Vdrv的分路调节器(Shunt Regulator)55。

上述接收检测部60，由在包含上述数据调制部40数据的电源信号输出线N检测电流值变化的电流感应器61和；把上述电流感应器61检测的电流转换为电压，并加到上述微型计30的电流-电压转换器62组成。

上述微型计30，在上述数据窗口检测部20检测到可载送数据的区间时，在其检测区间把数据输出传送到数据调制部40的驱动器41，在上述接收检测部60检测的电压以一定大小以上在接收端接收数据时，控制传送数据。

图2是利用根据本发明电源线的数据通讯装置的接收端电路图。如图所示，包括：从接收端的电源线L，N整流电源并产生接收端起动电源的整流部70和；在电源线L，N之中从数据发送线N箝位交流电压，与标准电压比较之后，检测载送数据区间的接收端数据窗口检测部80和；从上述数据发送线N滤波限制脉冲信号而检测方波脉冲的数据脉冲检测部90和；根据上述数据窗口检测部80的检测信号，在上述数据脉冲检测部90脉冲中检测地址信号(Add)和数据(Data)信号并接收数据，根据接收数据输出控制信号的微型计100。

图3是根据本发明电源线的数据通讯装置接收端的另一实例电路图。如图所示，上述接收端，代替上述微型计100以延迟上述数据窗口检测部信号的第一定时器111和；在其第一定时器111后端延迟一定时间的第二定时器112和；在上述第一定时器111的输出信号区间检测上述数据脉冲检测部90信号，而检测地址信号(Add)的第一“与”门AND1及在上述第二定时器112的输出信号区间检测上述数据脉冲检测部90信号，而检测数据(Data)信号的第二“与”门AND2。

以下说明像这样组成的本发明作用。

图1是显示本发明的发送端，在图1把AC电源线一端口称为L，另一端口称为N。L端口直接连接接收端，N端口经过一定的信号处理之后传送到接收端，把这些称为N_信号(signal)。(在此，调换L和N也无妨。)

发送端电源部10，从L和N端口输出AC电源的SMPS部11供应产生发送数据的数据调制部40的驱动电源。这时，把SMPS部11的输出电压分为两种，一个通过12V调整器输出12V，重新通过5V调整器供应5V，另一个是AC线上载送信号的驱动电源Vdrv。

输出窗口检测部20，在箝位部21通过分压用电阻R1、R2和电容器C1及二极管D1，分配高压AC电压，把负电位以二极管电压箝位。

图4的(a)至(c)是利用本发明的电源线通讯装置的发送端各部波形图。

首先，如图4(a)所示，为了电源线L，N上载送数据，数据发送线N的电压波形构成正弦波。如上述的正弦波电源波中经过上述箝位部21时，如图4(b)所示，箝位负电压并只检测正电压。

然后，通过比较器22比较标准电压V_det和上述箝位电压，输出如图4(c)所示的方波脉冲。即，比较器22比较分配电压的箝位电压波形和标准电压，标准电压以上时，输出＂H＂信号，如图4(c)输出方波信号。

接收上述比较器22的输出，比较器输出为＂H＂期间微型计30把数据输出到驱动器41。

比如，利用如图4(d)的数据驱动数据调制部40的晶体管M1时，N_signal线如图4(e)AC电源上载送数据。即，驱动晶体管M1时，变压器T1的第一侧根据如图4(d)的数据整流并引到第二侧，在变压器第二侧根据触发三极管Q1作用，通过桥式整流二极管BD1把数据载送到交流电源波形而组成如图4(e)的波形。

这时载送的数据振幅不仅用变压器T1第一侧的电压调整，而且用变压器T1的第一侧和第二侧的匝数比(turn ratio)可调整。

像这样，本发明在上述数据调制部40以切断AC电压波形的方式载送方波数据。即，切断本发明的AC电压波形的方式是，在发送端AC电压波形中检测传送数据区间，把传送信号转换为一定大小的方波信号，以根据上述方波信号上下载数据传送区间的上述AC电压的方式，直接切断AC波形之后，把方波脉冲载在AC电压波形并传送数据。

在本发明为了检测AC线的信号大小之后与负荷无关地一直维持一定大小，利用反馈电路脉冲大小调整部50控制把信号载在AC线的驱动电源Vdrv。由带通滤波器51、前置放大器52、大小控制器53、误差放大器54及分路调节器55组成。载在AC线的信号通过带通滤波器51，只检测把属于电源频率(50～60Hz)和噪音的高频成分消除的信号之后，通过前置放大器(Preamp)52按所需要的大小增幅，然后加到误差放大器(Error Amp)54的反馈端口。误差放大器54的一侧端口是决定AC线信号大小的端口，比较反馈端口的信号大小和误差放大器54的大小控制器53端口的大小之后，按差额增幅误差放大器54。根据此误差放大器54的输出，控制分路调节器(Shunt Regulator)55，形成控制AC线上载送信号的驱动电源Vdrv的闭环，从而AC线载送一直稳定的信号。

上述脉冲大小调整部50，在带通滤波器51检测到数据调制部40的输出信号，即电源信号包含数据的波形时，如图5(a)根据负荷大小变化的时候，通过误差放大器54与大小控制器值进行比较，检测差额时可检测如图5(b)的波形(差额大的位置电压高)。根据误差放大器54的输出信号，控制电压Vdrv而分路调节器55形成如图5(c)的波形。在数据调制部40载在电源波形的数据，如图5(d)经过一系列反馈过程按一定大小保持。在此，图5(a)及(d)是消除信号只显示数据大小。

并且，在本发明为了在微型计30传送数据，即控制接收端电器的控制信号用数据传送之后，在接收端是否进行相应它的动作的确认方法为具备接收检测部60。接收检测部检测从电流感应器61传送到负荷的电流量，通过电流-电压转换器62监视微型计30。接收端未应答时，再传送数据(控制信号)。

在发送端发送控制信号时，延迟一定时间之后，接收端进行相应它的应答。这时，电流量发生变化，在电流感应器61感应此电流变化量之后，把这些通过电流-电压转换器(I-V Converter)62转换为电压，并传送到微型计(u_COM)30，确认接收端的动作是否正常。如果电流变化量与控制信号不相称时，在微型计(u_COM)30再传送控制信号。然后，接收端正常接收之后，结束数据传送。

像这样，载在AC线的数据通过N_signal传送到接收端。

图2是利用本发明电源线的通讯装置接收端的结构图，图3是接收端另一实施例的结构图。

通过N_signal线传送到接收端的信号应各接收端的电源滤波之前分离。即，接收端电路在图3的整流部70前面检测数据。其原因是各个接收端的电源滤波器频率特性不同，而发送端传送的数据经过电源滤波器之后，减少量不同。即，整流部70作为向电器直接供应电源的电源滤波器可使用。

图6(a)至(e)是利用本发明电源线的通讯装置接收端的各部波形图。

图6(a)是显示从发送端传送的N_signal线信号。此信号分配到数据窗口检测部81，同时加到只检测数据成分的数据脉冲检测部90的高通滤波器(HPF，I IighPass Filter)91。

数据窗口检测部81在以电阻R3，R4、电容C4及二极管D2组成的箝位部81箝位如图6(a)的波形信号，在比较器82与标准电压V-det进行比较，如图6(b)电源信号波形中载送数据区间输出高信号。

比较器82通知微型计(u_COM)100载送有效数据的领域，比较器82的输出如图6(b)。

并且，通过数据脉冲检测部90高通滤波器(HPF)91的信号如图6(c)。此信号经过限制器92电路，如图6(d)复原信号。此信号经过变换器93，如图6(c)复原发送端传送的数据而加到微型计100，微型计100控制各个接收器。

另一方面，图3未利用本发明接收端的微型计(u_COM)，而是利用了逻辑电路。

图7是利用本发明逻辑电路的接收端各部的波形。

图3从比较器82的输出上升edge保持一定时间而设有控制信号中检测地址(address)的第一定时器(Timer)111，从检测此地址的第一定时器111下降edge保持一定时间而设有控制信号中检测数据(data)的第二定时器(Timer)112。从而各个输出和AC线分离的控制信号(Address+Data)根据“与”门分离地址(Add)和数据(Data)。

如图7(a)所示，当接收端接收载送数据的电源信号时，数据窗口检测部80如图7(b)载送数据区间检测高信号。这时，数据脉冲检测部检测包含地址和数据的信号，上述第一定时器111如图7(c)输出上述比较器82的输出信号中在上升edge保持一定时间的地址检测信号时，第一“与”门AND1在第一定时器111高信号区间如图7(e)检测地址(Add)。然后，第二定时器112从上述第一定时器111的输出信号下降edge到上述比较器82的输出信号下降edge为止输出高信号时，在其区间内第二“与”门AND2如图7(f)检测数据。

因此，逻辑门代替微型计体现接收端，以低廉及小型简单结构组成接收端。直接附加在电器，从而利用电源线的通讯适用于遥控。

Claims

1、一种利用电源线的数据通讯方法，在发送端发送数据，与发送端成为闭路状态的负荷接收端接收数据，其特征在于，把传送数据按一定大小的方波信号发生，以根据上述方波信号上下载数据传送区间的上述AC电压的方式，直接切断AC电压波形之后，AC电压波形上载送方波脉冲而传送数据。

2、一种利用电源线的数据通讯方法，在发送端发送数据，与发送端成为闭路状态的负荷接收端接收数据，其特征在于，上述发送端，包括：从电源线被供应电源并发生直流电源，使之发送端各部起动的发送端电源部(10)和；箝位上述电源线的电压信号，与标准电压比较之后，检测载送数据区间的数据窗口检测部(20)和；根据上述窗口检测部(20)信号，在载送数据电压区间传送数据，同时根据接收端的接收反馈信号，控制传送数据的微型计(30)和；把上述微型计(30)传送的数据以脉冲形态载送上述电源线电源信号波形上的数据调制部(40)和；检测上述数据调制部(40)输出端的脉冲大小，与用户设定的大小比较之后，根据其相差电压调整上述数据调制部(40)的驱动器电压，调整数据发送脉冲大小而稳定的脉冲大小调整部(50)和；把上述数据调制部(40)的输出传送到电源线，同时检测随着接收端的接收与否变化的电流，把接收与否信息反馈到上述微型计(30)的接收检测部(60)组成。

3、根据权利要求2的利用电源线的数据通讯方法，其特征在于，所述数据窗口检测部(20)，由根据两个电阻(R1，R2)分压及二极管(D1)和电容器(C1)箝位上述电源线的箝位部(21)和，比较上述箝位部(21)的输出信号和标准电压(V_dat)，在载送数据区间输出高方波信号的比较器(22)组成。

4、根据权利要求2的利用电源线的数据通讯方法，其特征在于，所述数据调制部(40)，包括：根据上述微型计(30)传送的数据产生驱动信号的驱动器(41)和，根据其驱动器(41)ON/OFF的整流晶体管(M1)和，根据上述整流晶体管(M1)整流第一侧直流电压，把信号输出到第二侧的变压器(T1)和，根据其变压器(T1)的第二侧输出，ON/OFF的触发三极管(Q1)和，把上述电源线信号加到负极端口，上述触发三极管(Q1)的输出信号加到两侧中间控制端口，并通过另一侧正极端口，输出包含数据的电源信号的桥式整流二极管(BD1)而组成。

5、根据权利要求2的利用电源线的数据通讯方法，其特征在于，所述脉冲大小调整部(50)，包括：滤波上述数据调制部(40)输出信号的带通滤波器(51)和；增幅上述带通滤波器(51)输出信号的前置放大器(52)和；为了根据用户调整的可变电阻(VR5)调整电源信号里包含的数据大小，设定标准值的大小控制器(53)和；比较上述大小控制器(53)的设置大小和在上述前置放大器(52)检测的脉冲大小，根据其相差值输出控制信号的误差放大器(54)和；根据上述误差放大器的输出信号，调整供应到上述数据调制部(40)的变压器(T1)第一侧驱动电压(Vdrv)的分路调节器(55)而组成。

6、一种利用电源线的数据通讯方法，在发送端发送数据，与发送端成为闭路状态的负荷接收端接收数据，其特征在于，上述接收端，包括：从接收端的电源线整流电源并产生接收端起动电源的整流部(70)和；在电源线之中从数据发送线箝位交流电压，与标准电压比较之后，检测载送数据区间的接收端数据窗口检测部(80)和；从上述数据发送线滤波限制脉冲信号而检测方波脉冲的数据脉冲检测部(90)和；根据上述数据窗口检测部(80)的检测信号，在上述数据脉冲检测部(90)脉冲中检测地址信号和数据信号并接收数据，根据接收数据输出控制信号的微型计(100)组成。

7、一种利用电源线的数据通讯方法，在发送端发送数据，与发送端成为闭路状态的负荷接收端接收数据，其特征在于，上述接收端，包括：从接收端的电源线整流电源并产生接收端起动电源的整流部(70)和；在电源线之中从数据发送线箝位交流电压，与标准电压比较之后，检测载送数据区间的接收端数据窗口检测部(80)和；从上述数据发送线滤波限制脉冲信号而检测方波脉冲的数据脉冲检测部(90)和；一定时间延迟上述数据窗口检测部(80)信号的第一定时器(111)和；在其第一定时器(111)后端延迟一定时间的第二定时器(112)和；在上述第一定时器(111)的输出信号区间检测上述数据脉冲检测部(90)信号，而检测地址信号的第一“与”门(AND1)及；在上述第二定时器(112)的输出信号区间检测上述数据脉冲检测部(90)信号，而检测数据信号的第二“与”门(AND2)组成。