CN102118184A - 用于电力线载波通信的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于电力线载波通信的装置和方法，所述装置包括耦合单元、输入滤波单元、调制解调单元、转换单元和CAN收发单元，所述调制解调单元用于将经过耦合单元、输入滤波单元后的载波信号进行解调或者将从转换单元接收到的数据进行调制并输出调制后的信号，所述转换单元用于从调制解调单元接收解调后的载波信号，并将解调后的载波信号转化为CAN报文，或者用于从CAN收发单元接收CAN报文，并将CAN报文转化成供调制解调单元进行调制的数据，所述CAN收发单元用于将CAN报文发送到CAN总线上，或者从CAN总线上接收CAN报文。使用本发明提供的电力线载波通信的装置和方法，能够利用电力线实现与各种采用CAN总线方式通信的系统之间的数据交互。

Description

用于电力线载波通信的装置和方法
技术领域
本发明涉及电力线载波通信领域，更特别地是涉及一种用于电力线载波通信的装置和方法。
背景技术
电力载波通信是指利用现有电力线作为信息传输媒介通过载波方式进行数据传输的一种通信方式。这种通信方式最大的特点是不需要重新架设通信网络，只要有电力线，就能进行数据传递，节省了重新架设通信线路的基建投资和日常的维护费用，也不占用频率资源，具有一定的经济可行性，应用前景十分广泛。
但是由于电力线并不是专门用来传输通信数据的，它的拓扑结构和物理特性都与传统的通信传输介质(如双绞线、同轴电缆、光纤等)完全不同。它的通信环境也相当恶劣，在电力线上进行通讯时会存在信道特性复杂，负载多、噪声干扰强、信道衰减大，通信环境恶劣等诸多不利因素。在利用电力线进行载波通信时，一方面，必须进行强度隔离；另一方面，还要确保较高传输速率和传输效率。
随着对电力线载波通信技术的深入研究，上述电力线载波通信中需解决的问题有了各种解决方案，很多公司开发了适用于电力线载波通信的载波芯片，由此电力线载波通信逐渐得以应用到实际生活中，比如目前广泛采用的自动抄表系统，这种自动抄表系统能实现不需要人员到达现场就能完成抄读用户电能消耗的功能，其在凌志浩主编、华东理工大学出版社出版的《智能仪表通信原理与接口设计》一书的第163页至177页中有详细的描述，并且其中还描述了目前常用的各种载波芯片。但是目前电力线载波通信还大多都集中于简单的路灯控制、自动抄表等应用上，还不能进行复杂的应用。
然而，目前的家庭网络技术在不断发展，各种家庭自动控制系统在不断发展，比如近年来发展起来的使用CAN(控制局域网)总线通信方式的家庭能源系统，这种家庭能源系统是在户外增加一套储能装置，在用户用电量较少时将多余的电能、风能等能量储存起来，而在用户用电量较高且电网负荷较重时将储能装置中的能量通过逆变器并网发电供用户使用，这种家庭能源系统对于有效利用能源具有重要意义。而现有的电力线载波通信技术还不能应用到家庭能源系统中，但是为了诸如家庭能源系统等系统再重新建立通信网络造价过高，因此迫切需要一种电力线载波通信装置和方法来通过电力线实现与上述复杂系统的数据传输。
发明内容
本发明针对现有的电力线载波通信技术只能用于简单的路灯控制、自动抄表等系统的问题，提出了一种用于电力线载波通信的装置和方法，该电力线载波通信装置和方法能够利用现有电力线实现与诸多复杂系统的通信。
本发明提供的一种用于电力线载波通信的装置包括耦合单元、输入滤波单元、调制解调单元、转换单元和CAN收发单元，电力线上承载的载波信号依次经耦合单元、输入滤波单元传送到调制解调单元，调制解调单元输出的调制后的信号经耦合单元传送到电力线上，所述调制解调单元、所述转换单元和所述CAN收发单元顺次连接，所述调制解调单元用于将经过耦合单元、输入滤波单元后的载波信号进行解调或者将从转换单元接收到的数据进行调制并输出调制后的信号，所述转换单元用于从调制解调单元接收解调后的载波信号，并将解调后的载波信号转化为CAN报文，或者用于从CAN收发单元接收CAN报文，并将CAN报文转化成供调制解调单元进行调制的数据，所述CAN收发单元用于将CAN报文发送到CAN总线上，或者从CAN总线上接收CAN报文。
本发明提供的一种用于电力线载波通信的方法包括：从电力线上接收载波信号；对接收到的载波信号进行滤波处理；对滤波后的载波信号进行解调；将解调后的载波信号转换为CAN报文；将所述CAN报文发送到CAN总线上。
本发明提供的另一种用于电力线载波通信的方法包括：从CAN总线上接收CAN报文；将接收到得CAN报文转换为待调制的数据；将所述数据进行调制得到调制后的信号；将所述调制后的信号发送到电力线上。
本发明提供的用于电力线载波通信的装置和方法，由于将电力线上承载的载波信号通过耦合、滤波、解调之后再转化为CAN报文发送到CAN总线上，并且将从CAN总线接收到得报文转化为可供调制解调单元调制的数据，并且该数据经调制、耦合之后发送到电力线上，进而实现利用电力线与诸如家庭能源系统等采用CAN总线方式进行通信的系统之间的数据交互，从而采用本发明提供的电力线载波通信的装置和方法相比于只能实现简单数据传输的现有的电力线载波通信装置，能够实现使得电力线载波通信技术得以更大范围的应用的益处。
附图说明
图1是本发明提供的用于电力线载波通信的装置的组成框图；
图2是图1中的耦合单元的电路结构图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的用于电力线载波通信的装置包括顺次连接的耦合单元、输入滤波单元、调制解调单元、转换单元和CAN收发单元，电力线上承载的载波信号依次经耦合单元、输入滤波单元传送到调制解调单元，调制解调单元输出的调制后的信号经耦合单元传送到电力线上，所述调制解调单元、所述转换单元和所述CAN收发单元顺次连接，所述调制解调单元用于将经过耦合单元、输入滤波单元后的载波信号进行解调或者将从转换单元接收到的数据进行调制并输出调制后的信号，所述转换单元用于从调制解调单元接收解调后的载波信号，并将解调后的载波信号转化为CAN报文，或者用于从CAN收发单元接收CAN报文，并将CAN报文转化成供调制解调单元进行调制的数据，所述CAN收发单元用于将CAN报文发送到CAN总线上，或者从CAN总线上接收CAN报文。
所述用于电力线载波通信的装置还可以包括输出滤波单元，所述输出滤波单元用于在将调制解调单元输出的调制后的信号经耦合单元传送到电力线上之前先对所述调制后的信号进行滤波处理。优选地，所述用于电力线载波通信的装置还可以包括功率放大单元，所述功率放大单元用于在将所述输出滤波单元滤波后的信号经耦合单元传送到电力线上之前，先对滤波后的信号进行功率放大处理。这样调制解调器输出的信号可以先进行滤波和放大处理之后再通过耦合单元传送到电力线上，能够减小干扰，提高传输效率。
其中，所述电力线可以是任何电力线，比如高压电力线(通常指不低于35kV电压等级的电力线)、中压电力线(通常指10kV电压等级的电力线)或者低压电力线(通常指380V或220V的用户电力线)等，在电力线载波通信过程中这些电力线均可以为信息传输的媒介。
用于电力线载波通信的耦合单元是电力线载波通信系统中的关键环节之一。所述耦合单元用于将电力线上的载波信号耦合至滤波单元，并且还可以在耦合过程中实现各种保护功能，而且还可以提供滤波单元等组件与电力线的强度隔离。所述耦合单元可以采用本领域技术人员所公知的各种耦合方式，优选地，如图2所示，所述耦合单元可以包括变压器T101、电容C101以及与电容C101并联的电阻R101，变压器T101的第一线圈的两端均连接到滤波单元和功率放大单元，变压器T101的第二线圈的一端通过所述电容C101连接到电力线的火线J103，另一端连接到电力线的零线J104。所述耦合单元还包括跨接在变压器T101的第一线圈的两端的由两个对接的二极管D101和D102组成的稳压二极管以及跨接在电力线的火线和零线之间的变阻器MOV101。其中变压器T101对于100KHz～400KHz的信号提供了线性传输功能，电容C101限制了变压器T101的电流以避免变压器T101的铁芯的饱和，与电容C101并联的电阻R101用于在电容C101与电力线断接后对电容C101进行放电，由此减轻由于电容C101储藏的高压而带来的损坏或破坏设备的可能性，稳压二极管用来稳定所在电路上的电压，而跨接在变压器T101的第二线圈的两端的变阻器MOV101在电力线正常工作情况下电阻很大，而瞬间高压时电阻可以变得很小，使得电力线上的电流流过该变阻器MOV101，从而可以在电力线瞬间高电压下对连接到电力线的各种装置提供保护。
所述输入滤波单元用于将从电力线上接收到的载波信号进行滤波，滤除电力信号(如50Hz的电力信号)以及其他杂波信号，而保留用于电力线载波通信的有用载波信号，通常载波信号输入滤波器的通带范围为100KHz～400KHz。所述输出滤波单元用于滤除待发送到电力线上的信号中的杂波，可以根据需要选取。
所述调制解调单元主要功能是进行信号的调制与解调，其可以采用任何能够完成调制解调功能的模块来实现，优选地，所述调制解调单元可以是目前开发的用于电力线载波通信的各种功能强大的载波芯片，本发明提供的用于电力线载波通信的装置中的载波芯片可以采用本领域技术人员所公知的载波芯片，比如意法半导体公司(SGS-THOMSON)提供的ST7536、ST7537、ST7538等载波芯片，Intellon公司提供的SSCP300、INT51X1等载波芯片。针对不同地区的电力网，载波芯片需要有不同的标准频率范围，通常载波芯片可以使用100kHz～400kHz的频率范围。本发明优选地采用萨瑞科技公司提供的M16C/6S，其中内置了YITRAN公司开发的IT800电力线调制解调器IT800，该内置的IT800采用YITRAN公司的DCSK(Differential Code ShiftKeying，差分码键控)扩频调制技术，可使用120kHz～400kHz频带的电力线进行通信，并且数据传输速率可达到7.5kbps。
所述转换单元可以用于从载波芯片接收解调后的载波信号，并将解调后的载波信号转化为CAN报文，或者用于从CAN收发单元接收CAN报文，并将CAN报文转化成供调制解调单元进行调制的数据，即所述转换单元能够根据CAN协议实现CAN报文和数据之间的相互转换，所述转换单元可以利用单片机实现。
所述CAN收发单元用于将CAN报文发送到CAN总线上，或者从CAN总线上接收CAN报文。CAN收发单元可以采用用于CAN报文收发的各种装置，比如可以采用恩智浦半导体(NXP Semiconductors，由飞利浦成立的独立半导体公司)开发的CAN收发器TJA1050、TJA1042等，德州仪器(TI)公司的CAN收发器SN65HVD1050等。优选地，本发明的所述CAN收发单元可以采用恩智浦半导体开发的CAN收发器TJA1050，其特点为与“ISO11898”标准完全兼容，速度可高达1M波特，并且电磁辐射低，且具有抗电磁干扰能力，以及对电源和地的防短路等功能。
本发明提供的一种用于电力线载波通信的方法，能够实现将电力线上的载波信号经过处理后通过CAN总线传送。所述用于电力线载波通信的方法包括：从电力线上接收载波信号；对接收到的载波信号进行滤波处理；对滤波后的载波信号进行解调；将解调后的载波信号转换为CAN报文；将所述CAN报文发送到CAN总线上。对耦合至滤波单元的载波信号进行滤波处理时的通带范围可以为100kHz～400kHz。将解调后的载波信号转换为CAN报文的方式是基于CAN协议，最终转换后的CAN报文被发送到CAN总线上。
本发明提供的另一种用于电力线载波通信的方法，还能够实现从CAN总线上的CAN报文经过处理后通过电力线传送。所述用于电力线载波通信的方法包括：从CAN总线上接收CAN报文；将接收到的CAN报文转换为待调制的数据；将所述数据进行调制得到调制后的信号；以及将所述调制后的信号发送到电力线上。所述方法还包括在将调制后的信号发送到电力线上之前，先对所述调制后的信号进行滤波及功率放大处理。
本发明提供的用于电力线载波通信的装置和方法，能够实现通过电力线作为传输媒介实现与以CAN总线方式通信的系统的数据传输，从而使得电力线载波通信得到更广泛的应用。

Claims (10)

1.一种用于电力线载波通信的装置，该装置包括耦合单元、输入滤波单元、调制解调单元、转换单元和CAN收发单元，电力线上承载的载波信号依次经耦合单元、输入滤波单元传送到调制解调单元，调制解调单元输出的调制后的信号经耦合单元传送到电力线上，所述调制解调单元、转换单元和CAN收发单元顺次连接，所述调制解调单元用于将经过耦合单元、输入滤波单元后的载波信号进行解调或者将从转换单元接收到的数据进行调制并输出调制后的信号，所述转换单元用于从调制解调单元接收解调后的载波信号，并将解调后的载波信号转化为CAN报文，或者用于从CAN收发单元接收CAN报文，并将CAN报文转化成供调制解调单元进行调制的数据，所述CAN收发单元用于将CAN报文发送到CAN总线上，或者从CAN总线上接收CAN报文。
2.根据权利要求1所述的用于电力线载波通信的装置，其中所述用于电力线载波通信的装置还包括输出滤波单元，所述输出滤波单元用于在将调制解调单元输出的调制后的信号经耦合单元传送到电力线上之前，先对所述调制后的信号进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的用于电力线载波通信的装置，其中所述用于电力线载波通信的装置还包括功率放大单元，所述功率放大单元用于在将所述输出滤波单元滤波后的信号经耦合单元传送到电力线上之前，先对所述滤波后的信号进行功率放大处理。
4.根据权利要求3所述的用于电力线载波通信的装置，其中所述耦合单元包括变压器、电容、与电容并联的电阻，变压器的第一线圈的两端均连接到滤波单元和功率放大单元，变压器的第二线圈的一端通过所述电容连接到电力线的火线，另一端连接到电力线的零线。
5.根据权利要求4所述的用于电力线载波通信的装置，其中所述耦合单元还包括跨接在变压器的第一线圈的两端的稳压二极管以及跨接在电力线的火线和零线之间的变阻器。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的用于电力线载波通信的装置，其中所述输入滤波单元的通带范围为100KHz～400KHz。
7.一种用于电力线载波通信的方法，该方法包括：
从电力线上接收载波信号；
对接收到的载波信号进行滤波处理；
对滤波后的载波信号进行解调；
将解调后的载波信号转换为CAN报文；以及
将所述CAN报文发送到CAN总线上。
8.根据权利要求7所述的用于电力线载波通信的方法，其中所述滤波处理的通带范围为100KHz～400KHz。
9.一种用于电力线载波通信的方法，该方法包括：
从CAN总线上接收CAN报文；
将接收到得CAN报文转换为待调制的数据；
将所述数据进行调制得到调制后的信号；以及
将所述调制后的信号发送到电力线上。
10.根据权利要求9所述的用于电力线载波通信的方法，该方法还包括在将调制后的信号发送到电力线上之前，先对所述调制后的信号进行滤波及功率放大处理。
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