CN102538137B - 一种空调强电通信的抗干扰电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强电信号通讯领域，尤其涉及一种空调强电通讯抗干扰电路及方法。本发明针对现有技术存在的问题，提供一种空调强电通信的抗干扰电路及方法，是在现有技术硬件电路基础中，室内机、室外机均要增加了一个可控的滤波电路。室内向室外发射高电平时，室内第一处理器MCU1将室内第一滤波电路断开，保证高电平不被滤除；在室内向室外发射低电平时，第一处理器MCU1将第一滤波电路接通，第一滤波电路起作用，保证低电平传输不会受到电源线上的高电平干扰。同样室外向室内发送反馈信号，也滤除电源线上50Hz正半周的干扰信号，保证通信信号的正确性。本发明应用于空调强电信号通讯领域。

Description

一种空调强电通信的抗干扰电路及方法

技术领域

本发明涉及一种强电信号通讯领域，尤其涉及一种空调强电通讯抗干扰电路及方法。 

背景技术

一套完整的空调器：包括室内机、室外机以及连接室内外机的机组连线。室内机控制室外机的工作模式，启停状态、运行参数以及室外环境的温度、室外机的运转参数、故障信息反传给室内机都是通过机组连线进行通信才能完成。目前，绝大部分的室内外机的空调通信，都是采用强电通信，其优势在：因信号传输需要的地与强电电源的零线共用，减少一根连接线，这样，一根信号线将完成室内外机实现双向半双工通信方式。采用强电通信，通信线与电源线为一组机组连线，大大提高抵抗外界的干扰能力，相比于弱电通信，抗外界干扰能力更强，通信更可靠。又因该通信方式的电路结构简单，成本低，已在空调产品上普遍使用。 

图一是传统空调强电通信的硬件电路框图。主要由室内机、室外机和机组连线三部分组成。室内机包括室内第一处理器MCU1、发送模块PC1和接收反馈信号模块PC4。室外机包括室外第一处理器MCU1、发送反馈信号模块PC3和接收模块PC2。 

室内向室外发射控制信号的电流流程为：第一处理器MCU1的TXIN发送端口发出控制信号，驱动室内发送模块PC1工作，发送模块PC1完成发射控制信号的驱动和弱电到强电的隔离，电流流经接收反馈信号模块PC4，通过机组连线S信号线与室外的接收模块PC2连接，发射信号驱动接收模块PC2工作，同时，接收模块PC2也完成发射信号强电到弱电的隔离，这样信号就到达到了室外第二处理器MCU2的RXOUT接收端口，完成室内向室外发送控制信号的全过程。 

室外向室内发射反馈信号的电流流程为：第二处理器MCU2的TXOUT发送端口发出反馈信号，驱动发送反馈信号模块PC3，发送反馈信号模块PC3同时也完成弱电到强电的信号隔离，电流向上流经接收模块PC2，通过机组连线S信号线与接收反馈信号模块PC4连接，发射反馈信号驱动接收反馈信号模块PC4工作，接收反馈信号模块PC4完成强电到弱电的隔离后，信号到达第一处理器MCU1的RXIN接收端口，这样完成了室外向室内发送反馈信号的全过程。 

通信过程为：空调上电后，先是室内向室外发射控制信号，当室外接收到室内发射的控制信号并接收完成后，室外就开始向室内发射反馈信号，实现室内外机的一次互相通信。空调工作期间，室内外机就这样一直反复地通信，室内机不断地发出控制室外机的工作参数，而室外机不断地将室外的环境情况、工作状态和故障信息反馈给室内，以保证空调正常工作。 

虽然该方式对外的抗干扰能力强，但因为通信线与电源线为同一组机组连线，相互线缆之间间隔近，距离又长，最短距离也有3-5米，有些长达10米以上。实际用户在使用过程中发现，若机组连线老化或受潮后，因绝缘耐压降低，线与线之间的耦合电容增加，导致将电源线上50Hz信号正半周的干扰信号串入信号线中，当原本通信信号应为低时，因受干扰信号的影响，强拉为高电平，结果导致空调出现通信错误，整机不能完成正常通信，整机出现故障现象。 

目前的空调强电通信方式，从用户使用和售后反馈的情况，设计进行实际分析，存在以下通信上的不可靠性发生： 

一方面：当机组连线使用的时间较长后，因机组连线部分长期暴露在室外，芯线外壳部分的塑料老化后，导致线与线之间的绝缘耐压降低，因通信线与电源线之间的间隔近，传输距离又远，导致线与线之间的耦合电容增大，大的耦合电容，将电源线上50Hz正半周的信号耦合到通信线上，导致通信信号在发送低电平时，因干扰信号影响，将通信电平被强置为高电平，导致出现通信错误。

另一方面：当环境潮湿，机组连线受潮后，导致线与线之间的绝缘耐压降低，因通信线与电源线之间的间隔近，传输距离又远，导致线与线之间的耦合电容增大。若通信信号在发送低电平时，正好电源线上有50Hz正半周的信号通过，这样，因线与线之间大的耦合电容，将电源线上50Hz正半周的信号耦合在信号线上，使通信线上的低电平直接置为高电平，出现通信错误。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种空调强电通信的抗干扰电路及方法，是在现有技术硬件电路基础中，室内机、室外机均要增加了一个可控的滤波电路。滤波电路的开/断时序，完全由发射信号的极性来决定，控制信号由处理器发出。如室内向室外发射高电平时，室内第一处理器MCU1将室内第一滤波电路断开，保证高电平不被滤除；在室内向室外发射低电平时，第一处理器MCU1将第一滤波电路接通，第一滤波电路起作用，保证低电平传输不会受到电源线上的高电平干扰。同样室外向室内发送反馈信号，也是第二处理器MCU2针对发射信号的极性控制第二滤波电路的导通和关闭。实现反馈信号高电平发送时，不滤除，对低电平发送时，滤除电源线上50Hz正半周的干扰信号，保证通信信号的正确性。 

本发明采用的技术方案如下： 

一种空调强电通信的抗干扰电路，包括室内机、经机组连线连接室内机的室外机，机组连线包括火线、零线、信号线，室内机包括第一处理器、在第一处理器TXIN发送端口与第一处理器RXIN接收端口之间的发送信号和接收反馈信号的发送模块和接收反馈信号模块，其中第一处理器、发送模块第一控制端口与第一处理器TXIN发送端口连接，发送模块第二控制端口接弱电地，发送模块第一信号端口与接收反馈信号模块的第一控制端口连接，发送模块第二信号端口与VP强电压供电端连接，VP强电压供电端通过第三电容CP接强电地，接收反馈信号模块第二控制端口与机组连线S信号线一端连接，接收反馈信号模块第一信号端口与第一处理器RXIN接收端口连接，接收反馈信号模块第二信号端口与VCC供电端连接； 室外机包括第二处理器、在第二处理器RXOUT接收端口与第二处理器TXOUT发送端口之间的接收信号和发送反馈信号的连接的接收模块和发送反馈信号模块，接收模块输出端与发送反馈信号模块连接，其中接收模块第一控制端口与机组连线S信号线另一端连接，接收模块第二控制端口与发送反馈信号模块第二信号端口连接，接收模块第一信号端口与第二处理器RXOUT接收端口连接，接收模块第二信号端口接Vcc供电端，发送反馈信号模块第一控制端口与第二处理器TXOUT发送端口连接，发送反馈信号模块第二控制端接弱电地，发送反馈信号模块第一信号端口接强电地；所述室内机还包括与第一开关电路、第一滤波电路，第一开关电路第一控制端口与第一处理器K1端口连接，第一开关电路第二端口接弱电地，第一开关电路第二信号端口通过第一滤波电路与机组连线信号线段连接，第一开关电路第一信号端接强电地，室外机还包括第二开关电路、第二滤波电路，所述第二开关电路、第二开关电路第二信号端与机组连接信号线另一端连接，第二开关电路第一信号端接强电地，第二开关电路第一控制端与第二处理器K2端口连接，第二开关电路第二控制端接弱电地。

所述第一滤波电路、第二滤波电路是滤波电容。 

所述第一开关电路、第二开关电路是光电耦合器。 

所述发送模块、接收反馈信号模块、接收模块、发送反馈信号模块是光电耦合器或开关电路。 

一种空调强电通信的抗干扰电路控制方法，通过可控的第一滤波电路、第二滤波电路，在通讯线上出现来自电源线的干扰信号，导致通讯线通信信号记性改变时，控制第一滤波电路或第二滤波电路自动打开，对干扰信号进行滤波。 

一种空调强电通信的抗干扰电路控制方法具体包括步骤 

步骤S1：室内机向室外机发送控制信号，若发送高电平信号则执行步骤S3；若发送低电平则执行步骤S4；

步骤S2：室外机向室内机反馈信号，若反馈信号为高电平则执行步骤S5；若反馈信号为低电平则执行步骤S6；

步骤S3：第一处理器TXIN发送端口发送高电平控制信号， 发送模块导通，电流信号通过接收反馈信号模块后，再通过机组连线将信号传输到接收模块， 接收模块导通后，信号输入到第二处理器RXOUT接收端口；

步骤S4：第一处理器TXIN发送端口发送低电平控制信号， 发送模块不导通，机组连线信号线路为悬空；同时，第一处理器K1端口通过控制第一开关电路导通，使得第一滤波电路将耦合的高电平干扰信号滤除， 接收模块不导通，则第二处理器RXOUT接收端口接收信号为低。

步骤S5：第二处理器TXOUT发送端口发送高电平反馈信号，发送反馈信号模块导通，电流信号通过接收模块后，再通过机组连线将信号传输到接收反馈信号模块，接收反馈信号模块导通后，信号输入到第一处理器RXIN接收端口； 

步骤S6:第二处理器TXOUT发送端口发送低电平反馈信号，发送反馈信号模块不导通，机组连线信号线路为悬空；同时，第二处理器K2端口通过控制第二开关电路导通，使得第二滤波电路将耦合的高电平干扰信号滤除，接收反馈信号模块不导通，则第一处理器RXIN接收端口接收信号为低。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 

在现有技术硬件电路基础中，室内机、室外机均要增加了一个可控的滤波电路。滤波电路的开/断时序，完全由发射信号的极性来决定，控制信号由处理器发出。如室内向室外发射高电平时，室内第一处理器MCU1将室内第一滤波电路断开，保证高电平不被滤除；在室内向室外发射低电平时，第一处理器MCU1将第一滤波电路接通，第一滤波电路起作用，保证低电平传输不会受到电源线上的高电平干扰。同样室外向室内发送反馈信号，也是第二处理器MCU2针对发射信号的极性控制第二滤波电路的导通和关闭。实现反馈信号高电平发送时，不滤除，对低电平发送时，滤除电源线上50Hz正半周的干扰信号，保证通信信号的正确性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中： 

图1是传统空调强电通信的硬件电路框图；

图2是本发明硬件电路框图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。 

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 

强电通讯的过程是信号通过机组连线S信号线后数据通过零线（N线）进行强电传输，然后将信号送至机组连线S信号线另一端。 

室内机向室外机发射控制信号的通信电路上，对强电地（即零线）并联一个开关可控的第一滤波电路。第一滤波电路的开或关与发射信号极性有关。开关由通用器件光耦实现，不仅能接通或关断第一滤波电路，而且还起到弱电与强电之间的隔离。第一滤波电路是第一滤波电容C1，第一滤波电容C1正极端与机组连线S信号端一端连接，第一滤波电容C1负极端与第一开关电路PC5第二信号端口连接。第一滤波电路是否起作用，完全由第一开关电路进行控制。因为：若第一滤波电路上不接开关控制，而是将第一滤波电容C1直接并联在通信电路与地之间，这样，当发射信号为高电压时，该第一滤波电容C1将把通信信号完全旁路到地，室外机将接收不到由室内向室外发射的高电平信号。因此，必须在该第一滤波电路中接一个可控的第一开关电路PC5。当室内向室外发射高电平信号时，即使50Hz正半周的耦合信号也耦合到通信线上，因为都为高电平，叠加后仍为高电平，对通信信号极性没有影响，可将外加的第一滤波电路关断，以免对高电平信号旁路到地。当室内向室外发射低电平信号时，可将外加的第一滤波电路打开，将信号线上感应的干扰信号旁路到地，保证信号线上低电平的正确传输。另外第二滤波电路是第二滤波电容C2，第二滤波电容C2正极端与机组连线S信号线另一端连接，第二滤波电容C2负极端与第二开关电路PC5第二信号端口连接。 

以上类推，室外向室内发射的反馈信号线路上，也在室外通信线路上与地之间并联上一个可控的第二滤波电路，器件选用和工作原理与上面描述一致。 

在室内向室外发射信号时，室外机外加的可控第二滤波电路必须关断。同样，在室外向室内发射反馈信号时段，室内机外加的可控第一滤波电路也要关断。否则，将对高电平信号旁路到地。 

总之，本发明在原有的通信电路上，室内机和室外机上均增加了一个可控的滤波电路，当通信线路上可能受到来自电源线上的干扰信号，导致通信信号极性改变时，与滤波电路串联的开关将自动打开，对干扰信号进行滤波。达到提高通信电路的抗干扰能力。详见附图1和图2的电路框图。图1是目前空调上大量运用的强电通信电路，图2是在图1的基础上，增加了本发明专利方案的电路框图，分别在室内机增加了可控第一滤波电路，第一开关电路PC5的开断由室内第一处理器MCU1的K1端口控制，第一滤波电路是否起作用由第一开关电路PC5来控制。室外机增加了第二开关电路PC6和第二滤波电路，第二开关电路PC6的开断由第二处理器MCU2的K2端口控制，第二滤波电路是否起作用由第二开关电路PC6完成控制。 

室内机向室外机发射控制信号时，室内机为发射机，室外机为接收机。当室内发射结束后，室外机才向室内发射外机的信息，这时，室外机为发射机，室内机为接收机。实现双向半双工通信。因该通信方式在机组连线的传输过程中与电源共零线（N），室内外的控制信号源均来自弱电。因此，本发明中运用的外加可控滤波电路的控制部分，均采用带隔离驱动的开关电路实现。 

图2中信号的发射和接收的电流流程完全同图1，只是室内机上增加了一个可控的第一滤波电路（即第一滤波电容C1）和控制第一滤波电容C1通断的第一开关电路PC5（光电耦合器），室外机上增加了一个可控的第二滤波电路（即第二滤波电容C2）和控制第二滤波电容C2通断的第二开关电路PC6（光电耦合器），因第一滤波电路、第二滤波电路主要滤除50Hz的干扰，因此，第一滤波电容C1和第二滤波电容C2电容量应大于10μF,效果较好。第一开关电路PC5、第二开关电路PC6因是带驱动和隔离作用，选用常见低速光线耦合器TLP521或PC817就可以了。可控滤波电路的工作原理为： 

室内向室外发送高电平的过程：第一处理器MCU1的TXIN发送端口发出控制信号为高电平，驱动PC1导通，电流流经PC4，再到机组连线S信号线（通过机组连线S信号线后数据通过零线（N线）进行强电传输，然后将信号送至机组连线S信号线另一端，即室外机S信号线端），电流通过机组连线S信号线传输到室外，电流流经PC2，使PC2导通，高电平信号就传输到第二处理器MCU2的RXOUT接收端口，完成室内向室外高电平的传输。可控的第一滤波电路就接在PC4输出与机组连线S信号线之间，尽量靠近机组连线S信号线。发送高电平时，第一处理器MCU1的K1端口不发导通控制信号，第一开关电路PC5不导通，第一滤波电容C1悬空，不起作用。同样，这时室外机控制第二滤波电路（第二滤波电容C2）的信号也关断，第二滤波电容C2处于悬空状态，不起滤波作用。否则，若此时第一滤波电路或者第二滤波电路任何一个接通，均要将发射的高电平信号短路，使通信信号丢失。在发射高电平期间，即使电源线上有正半周的高电平信号耦合到信号线上，因同是高电平信号，高电平与高电平叠加，结果也为高电平，对通信信号极性无影响，可以断开滤波电路。

室内向室外发送低电平的过程：第一处理器MCU1的TXIN发送端口发出控制信号为低电平， PC1不导通，整个信号线路上为悬空状态， PC2也不导通。因此，第二处理器MCU2接收脚为低，完成室内机向室外机低电平的传输。此时，该发明电路中的第一处理器MCU1的K1端口输出导通信号，PC5导通，第一滤波电路起作用，将耦合的高电平干扰信号滤除，保持通信线上处于低电平，从而实现低电平的可靠传输。否则，若低电平信号传输中，因信号线与电源线紧靠在一起，将电源线上（（即火线L线））50Hz信号的正半周耦合到机组连线S信号线上，信号线上可能出现高电平，高电平电压导致PC2导通，室外机接收将变为高，这时将出现通信错误。为避免这种错误发生。 

室外机向室内机发送反馈信号和抗干扰电路的工作原理和过程同室内机。只是室外发射反馈模块为PC3，室内接收反馈信号模块为PC4，可控的滤波电路是PC6和C2。 

其中第一处理器MCU1的TXIN发送端口是发射管脚，第一处理器MCU1的RXIN接收端口是接收数据管脚，第一处理器MCU1的K1端口是控制管脚。第二处理器MCU2的TXOUT发送端口是发功数据管脚，第二处理器MCU2的RXOUT接收端口是接收数据管脚，第二处理器MCU2的K2端口是控制管脚。 

发送模块PC1、接收模块PC2、发送反馈信号模块PC3、接收反馈信号模块PC4都为光电耦合器，其中发送模块PC1、接收模块PC2、发送反馈信号模块PC3、接收反馈信号模块PC4的第一控制端口为光电耦合器第一端口、发送模块PC1、接收模块PC2、发送反馈信号模块PC3、接收反馈信号模块PC4的第二控制端口为光电耦合器第二端口、发送模块PC1、接收模块PC2、发送反馈信号模块PC3、接收反馈信号模块PC4的第一信号端口为光电耦合器第三端口、发送模块PC1、接收模块PC2、发送反馈信号模块PC3、接收反馈信号模块PC4的第二信号端口为光电耦合器第四端口。其中光电耦合器是TLP521或PC817。 

其中VCC供电端是5V供电。VP强电压供电端是24V供电。 

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (7)

1.一种空调强电通信的抗干扰电路，包括室内机、经机组连线连接室内机的室外机，机组连线包括火线、零线、信号线S，

室内机包括第一处理器、在第一处理器发送端口TXIN与第一处理器接收端口RXIN之间的发送信号的发送模块和接收反馈信号的接收反馈信号模块，其中发送模块第一控制端口与第一处理器发送端口TXIN连接，发送模块第二控制端口接弱电地，发送模块第一信号端口与接收反馈信号模块的第一控制端口连接，发送模块第二信号端口与强电压供电端VP连接，强电压供电端VP通过电容接强电地，接收反馈信号模块第二控制端口与机组连线信号线S一端连接，接收反馈信号模块第一信号端口与第一处理器接收端口RXIN连接，接收反馈信号模块第二信号端口与Vcc供电端连接； 

室外机包括第二处理器、在第二处理器接收端口RXOUT与第二处理器发送端口TXOUT之间的接收信号的接收模块和发送反馈信号的发送反馈信号模块，其中接收模块第一控制端口与机组连线信号线S另一端连接，接收模块第二控制端口与发送反馈信号模块第二信号端口连接，接收模块第一信号端口与第二处理器接收端口RXOUT连接，接收模块第二信号端口接Vcc供电端，发送反馈信号模块第一控制端口与第二处理器发送端口TXOUT连接，发送反馈信号模块第二控制端接弱电地，发送反馈信号模块第一信号端口接强电地；

其特征在于所述室内机还包括与第一开关电路、第一滤波电路，第一开关电路第一控制端口与第一处理器K1端口连接，第一开关电路第二端口接弱电地，第一开关电路第二信号端口通过第一滤波电路与机组连线信号线S所述一端连接，第一开关电路第一信号端接强电地， 

室外机还包括第二开关电路、第二滤波电路，所述第二开关电路、第二开关电路第二信号端与机组连接信号线S所述另一端连接，第二开关电路第一信号端接强电地，第二开关电路第一控制端与第二处理器K2端口连接，第二开关电路第二控制端接弱电地。

2.根据权利要求1所述的一种空调强电通信的抗干扰电路，其特征在于所述第一滤波电路、第二滤波电路是滤波电容。

3.根据权利要求1所述的一种空调强电通信的抗干扰电路，其特征在于所述第一开关电路、第二开关电路是光电耦合器。

4.根据权利要求1所述的一种空调强电通信的抗干扰电路，其特征在于所述发送模块、接收反馈信号模块、接收模块、发送反馈信号模块是开关电路。

5.根据权利要求1所述的一种空调强电通信的抗干扰电路，其特征在于所述发送模块、接收反馈信号模块、接收模块、发送反馈信号模块是光电耦合器。

6.根据权利要求1所述的一种空调强电通信的抗干扰电路控制方法，其特征在于通过可控的第一滤波电路、第二滤波电路，在通讯线上出现来自电源线的干扰信号导致通讯线通信信号极性改变时，控制第一滤波电路或第二滤波电路自动打开，对干扰信号进行滤波。

7.根据权利要求6所述的一种空调强电通信的抗干扰电路控制方法，其特征在于具体包括步骤：

步骤S1：室内机向室外机发送控制信号，若发送高电平信号则执行步骤S3；若发送低电平则执行步骤S4；

步骤S2：室外机向室内机反馈信号，若反馈信号为高电平则执行步骤S5；若反馈信号为低电平则执行步骤S6；

步骤S3：第一处理器发送端口TXIN发送高电平控制信号， 发送模块导通，电流信号通过接收反馈信号模块后，再通过机组连接信号线S将信号传输到接收模块， 接收模块导通后，信号输入到第二处理器接收端口RXOUT；

步骤S4：第一处理器发送端口TXIN发送低电平控制信号， 发送模块不导通，机组连接信号线S信号线路为悬空；同时，第一处理器K1端口通过控制第一开关电路导通，使得第一滤波电路将耦合的高电平干扰信号滤除， 接收模块不导通，则第二处理器接收端口RXOUT接收信号为低；

步骤S5：第二处理器发送端口TXOUT发送高电平反馈信号，发送反馈信号模块导通，电流信号通过接收模块后，再通过机组连接信号线S将信号传输到接收反馈信号模块，接收反馈信号模块导通后，信号输入到第一处理器接收端口RXIN；

步骤S6:第二处理器发送端口TXOUT发送低电平反馈信号，发送反馈信号模块不导通，机组连接信号线S信号线路为悬空；同时，第二处理器K2端口通过控制第二开关电路导通，使得第二滤波电路将耦合的高电平干扰信号滤除，接收反馈信号模块不导通，则第一处理器接收端口RXIN接收信号为低。

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