CN103546198A - 一种直流载波通讯装置、方法以及通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流载波通讯装置，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，所述第二开关驱动模块包括收发控制模块。本发明能够通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送以及第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，其电路占用面积小。

Description

一种直流载波通讯装置、方法以及通讯系统

技术领域

本发明涉及电力线直流载波通讯的技术领域，更具体的说，是涉及一种直流载波通讯装置、方法以及通讯系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，电力线载波通讯凭借其通讯距离长、成本低、信号传输可靠性高等优势，在电力系统中得到了广泛的应用。

目前，直流载波通信是通过直流载波传送装置将载波信号耦合到电力线上，再通过直流载波接收装置提取上述载波信号，经处理生成一载波驱动信号，并将该载波驱动信号耦合到电力线上，实现了信号的单向通信。

但，上述直流载波传送装置和直流载波接收装置需要在各设置一个电流互感线圈，电路占用面积大，成本高。除此，如果需要进行双向传输，则需要在通信的两端均安装有上述发送和接收装置，这样势必会导致电路更加复杂，电路占用面积更大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种直流载波通讯装置、方法以及通讯系统，能够进行信号的传输，且电路占用面积小。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流载波通讯装置，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，所述第二开关驱动模块包括收发控制模块；

所述三绕组互感器的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；

所述第一开关驱动模块与所述三绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据第一控制信号生成第一电流脉冲信号，并通过所述第二绕组将所述第一电流脉冲信号耦合到所述直流电力线上；

所述第二开关驱动模块与所述三绕组互感器的第三绕组相连，用于接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至所述处理器；

所述收发控制模块用于避免所述第二开关驱动模块接收所述第一开关驱动模块产生的所述第一电流脉冲信号；

所述处理器按照预设规则将所述数字脉冲信号转换成第二控制信号。

优选的，所述处理器包括计时模块；

所述计时模块用于在预设时间到来时，控制所述处理器产生所述第一控制信号。

优选的，所述第一控制信号为所述计时模块根据码元产生的信号。

优选的，所述预设规则为：

在接收到所述第二驱动模块产生的数字脉冲信号时，所述计时模块计时并保存计数值。

优选的，所述第一开关驱动模块以及所述第二开关驱动模块为三极管、达林顿管、MOS管或开关电路。

优选的，所述收发控制模块为二极管或开关管。

一种直流载波通讯方法，应用于上述任意一项的直流载波通讯装置，该方法包括：

接收第一控制信号，并将产生的第一电流脉冲信号通过所述三绕组互感器耦合到所述直流电力线上；

接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至所述处理器；

按照预设规则将所述数字脉冲信号转换成第二控制信号。

优选的，在预设时间到来时，产生所述第一控制信号。

优选的，所述第一控制信号为所述计时模块根据码元产生的信号。

一种直流载波通讯系统，其特征在于，包括直流发电设备以及与所述直流发电设备串接的至少一个如上述的直流载波通讯装置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种直流载波通讯装置，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，所述第二开关驱动模块包括收发控制模块。其中，三绕组互感器用于进行信号的耦合。第一开关驱动模块用于根据接收到的第一控制信号将产生的第一电流脉冲信号，并将该第一电流信号通过三绕组互感器耦合到直流电力线上。第二开关驱动模块用于接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至处理器。该处理器还可以按照预设规则将上述数字脉冲信号转换成第二控制信号，需要说明的是，本直流载波通讯装置还设置有收发控制模块，用于避免第二开关驱动模块接收第一开关驱动模块产生的第一电流脉冲信号。可见，本发明能够通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送以及第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，其电路占用面积小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1本发明实施例提供的一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图2本发明实施例提供的另一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图3本发明实施例三提供的一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的另一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图5本发明实施例四提供的一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的另一种直流载波通讯装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种直流载波通讯装置接收和发送信号的相位示意图；

图8本发明实施例提供的一种直流载波通讯方法的流程图；

图9本发明实施例提供的一种直流载波通讯方法的又一流程图；

图10本发明实施例提供的一种直流载波通讯方法的另一流程图；

图11为本发明实施例提供的一种直流载波通讯系统的结构示意图。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词的说明、简写或缩写总结如下：

DPIM：Digital Pulse Interval Modulation，数字脉冲间隔调制。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种直流载波通讯装置，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，第二开关驱动模块包括收发控制模块。其中，三绕组互感器用于进行信号的耦合。第一开关驱动模块用于根据接收到的处理器产生的第一控制信号生成第一电流脉冲信号，并将该第一电流信号通过三绕组互感器耦合到直流电力线上。第二开关驱动模块用于接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至处理器。该处理器还可以按照预设规则将上述数字脉冲信号转换成第二控制信号，需要说明的是，本直流载波通讯装置还设置有收发控制模块，用于避免第二开关驱动模块接收第一开关驱动模块产生的第一电流脉冲信号。可见，本发明能够通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送以及第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，其电路占用面积小。

实施例一

请参阅附图1，为本发明提供的一种直流载波通讯装置的结构示意图，包括：三绕组互感器7，第一开关驱动模块3，第二开关驱动模块4以及处理器5，其中，第二开关驱动模块4包括收发控制模块8。

具体的，上述三绕组互感器的第一绕组串接在直流电力线上，进行信号的耦合。上述第一开关驱动模块与上述三绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据接收到的上述处理器产生的第一控制信号将产生的第一电流脉冲信号耦合到上述直流电力线上。

上述第二开关驱动模块与上述三绕组互感器的第三绕组相连，用于通过上述收发控制模块接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至上述处理器。上述处理器按照预设规则将上述数字脉冲信号转换成第二控制信号。本直流载波通讯装置还设置有收发控制模块，用于避免第二开关驱动模块接收第一开关驱动模块产生的第一电流脉冲信号。

可见，本发明通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送与第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，相比于现有技术，是将实现接收和发送的两个互感线圈合并，其电路占用面积小。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例如图2所示，包括：三绕组互感器7，第一开关驱动模块3，第二开关驱动模块4以及处理器5，其中，第二开关驱动模块4包括收发控制模块8，处理器5包括计时模块9。在本实施例中，定义第一开关驱动模块3与电阻构成的电路为发送单元1，定义收发控制模块8、第二开关驱动模块4与电阻构成的电路为接收单元2。

本实施例与实施例一个区别在于，给出了处理器的优选实施例，其他器件的连接关系以及工作原理和实施例一类似，为：

三绕组互感器的第一绕组串接在直流电力线上，进行信号的耦合。第一开关驱动模块与三绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据第一控制信号将产生的第一电流脉冲信号通过第二绕组耦合到直流电力线上。第二开关驱动模块与三绕组互感器的第三绕组相连，用于通过收发控制模块接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至处理器。处理器按照预设规则将数字脉冲信号转换成第二控制信号。而收发控制模块用于避免第二开关驱动模块接收第一开关驱动模块产生的第一电流脉冲信号。

具体的，本实施例中，根据接收到的处理器产生的第一控制信号将产生的第一电流脉冲信号耦合到直流电力线上是利用计时模块将数据拆分成码元，根据码元生成第一控制信号，再根据该第一控制信号控制第一开关驱动模块产生一组脉冲间隔变化、脉冲宽度不变的脉冲信号，三绕组互感器的第二绕组将一组脉冲信号耦合到直流电力线上。预设规则为在接收到第二驱动模块产生的数字脉冲信号时，计时模块计时并保存计数值。

即，包含有计时模块的处理器的具体工作原理为：

在执行信号发送时，处理器中的计时模块将数据拆分成码元，根据码元生成第一控制信号。

在接收信号时，处理器在获取到接收单元产生的脉冲信号时，触发计时模块启动计数，再一次收到脉冲信号时保存计数值，并启动一次新的计数，重复执行该动作直至超时没有收到脉冲。将这些计数值解码为数字码元，组合后即可得出数据。

这种DPIM实现方法使用处理器内部一个或多个计时模块配合简单的开关电路即可实现，成本低廉，并且在对接收计数序列进行处理时还可通过软件滤波方式合并干扰脉冲计数，提高抗干扰能力。

优选的，在本实施例中，第一开关驱动模块以及第二开关驱动模块可以为三极管、达林顿管、MOS管或开关电路。收发控制模块可以为二极管或开关管。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种具体的直流载波通讯装置，其结构图如图3所示。包括：三绕组互感器7，第一三极管10，第二三极管12以及处理器5，其中，接收单元2包括二极管8，处理器5包括计时模块9。在本实施例中，定义第一三极管10与电阻构成的电路为发送单元1，定义二极管11、第二三极管12与电阻构成的电路为接收单元2。

为了避免发送和接收互不干扰，本发明是通过使发送单元产生的脉冲信号相位与接收单元能够处理的脉冲信号相位相反，以避免本直流载波通讯装置发送的信号被自己的接收单元接收。在本实施例中是将收发控制模块设置成一个二极管，使得发送时在接收单元脉冲反相，二极管截止。此时，发送单元产生的脉冲信号的能量被接收单元吸收的很少，从而大部分的能量都能够耦合到直流线上。接收时，由于发送单元不工作，直流线上的脉冲信号能量被发送单元吸收的同样也很少，从而大部分的能量都能够耦合到接收单元。通过这种方式使得脉冲信号的发送和接收互不干扰，如图8所示。

请参阅图4，为本实施例提供的另一种直流载波通讯装置的结构示意图，相比于图3中的器件连接关系，图4中的二极管的位置与图三不同，但该二极管均设置在第三绕组所在的支路上。其工作原理和上述实施例一样，都是为了使第三绕组接收的信号的相位与第二绕组发出的脉冲信号的相位相反，再此不再详述。

实施例四

请参阅图5，为本发明提供的另一种直流载波通讯装置的具体实现电路图，该装置包括：三绕组互感器7，第一三极管10，第二三极管12以及处理器5，其中，接收单元2包括第三三极管13，处理器5包括计时模块9。在本实施例中，定义第一三极管10与电阻构成的电路为发送单元1，定义二极管11、第二三极管12与电阻构成的电路为接收单元2。

需要说明的是，本实施例与实施例三不同的是，本实施例将图3中的二极管替换为图5中的三极管，当然，本实施例只是为了举例，采用了三极管，此处可以为具有开关作用的开关电路或开关管，均属于本发明的保护范围。

同实施例三，本实施例也是为了使信号的发送和接收互不干扰，本实施例中是将接收单元中的收发控制模块采用一个开关器件（可以为三极管也可以为MOS管）。

该实施例的工作原理为：信号发送时，处理器控制三极管13关断，使得发送时发送单元产生的脉冲信号的能量被接收单元吸收的很少。发送完成后再将该三极管13导通，从而不影响接收单元接收脉冲信号。又因为接收时由于发送单元不工作，信号耦合到发送单元的能量很少，从而不影响信号接收。

请参与图6，为本实施例提供的另一种直流载波通讯装置的结构示意图，相比于图5中的器件连接关系，图6中的三极管的位置与图5不同，但该三极管均设置在第三绕组所在的支路上。其工作原理和上述实施例一样，都是为了使第三绕组接收的信号的相位与第二绕组发出的脉冲信号的相位相反，再此不再详述。

可见，本发明通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送与第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，其电路占用面积小。除此，本发明还通过采用包含计时模块的处理器，并利用简单的开关电路实现脉冲间隔调制解调，该电路简单，成本低。

上述本发明提供的实施例中详细描述了装置，基于上述装置，本发明还提供了一种方法，下面给出具体的实施例进行详细说明。

实施例五

请参阅图8，为本实施例提供的一种直流载波通讯方法的流程图，该方法应用于上述任一实施例提供的直流载波通讯装置，该方法包括：

步骤S101：接收第一控制信号，并将产生的第一电流脉冲信号通过三绕组互感器耦合到直流电力线上。

步骤S102：接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至处理器。

步骤S103：按照预设规则将数字脉冲信号转换成第二控制信号。

需要说明的是，第二控制信号是为了区分于第一控制信号，更具体的说，本方法基于的直流载波通讯装置的步骤102和步骤103是独立的，没有先后顺序，且该装置在发送数据时只能进行数据的发送，不能同时接收数据，反之亦然。

优选的，如图9所示，还包括步骤S104：在预设时间到来时，产生第一控制信号。更加具体的，如图10所示，上述步骤中，接收第一控制信号，并将产生的第一电流脉冲信号耦合到直流电力线上对应为：

将数据拆分为码元，根据码元产生第一控制信号，再将第一控制信号转换为脉冲间隔变化、脉冲宽度不变的一组脉冲信号，并将该组脉冲信号耦合到直流电力线上。

其工作流程即为实施例二中处理器的工作原理，如下：

在执行信号发送时，处理器中的计时模块将数据拆分成码元，利用码元产生第一控制信号，该第一控制信号控制第一开关驱动模块产生脉冲间隔变化、脉冲宽度不变的一组脉冲信号，并通过第二绕组将该组脉冲信号耦合到电力线上。

在接收信号时，处理器在获取到接收单元产生的脉冲信号时，触发计时模块启动计数，再一次收到脉冲信号时保存计数值，并启动一次新的计数，重复执行该动作直至超时没有收到脉冲。将这些计数值解码为数字码元，组合后即可得出数据。

这种DPIM实现方法使用处理器内部一个或多个计时模块配合简单的开关电路即可实现，成本低廉，并且在对接收计数序列进行处理时还可通过软件滤波方式合并干扰脉冲计数，提高抗干扰能力。

实施例六

本实施例还提供了一种直流载波通讯系统，包括直流发电设备以及至少两个如上述实施例提供的直流载波通讯装置，如图11所示。

以直流发电线路6为例，载波收发装置S安装于负载设备端，该负载设备16可以是逆变器、蓄电池或一般阻性负载等。相应的，该载波收发装置S可以为直流载波通信收发装置。载波收发装置C1、C2、Cn分别安装于各个直流发电设备端，该直流发电设备15可以是光伏组件或蓄电池等。同样的，载波收发装置C1、C2、Cn也可以是直流载波通信收发装置，也可以是其他能够实现脉冲间隔调制的直流载波通信收发装置。

需要说明的是，该载波收发装置S和载波收发装置C1、C2、Cn可以按主从方式通信，也可按主动上传方式通信。

现以主从方式通信为例，对其工作过程进行说明，如下：

载波收发装置S通过自身的发送单元1将召唤数据命令耦合到直流线上，用于召唤指定直流发电设备数据，被召唤直流发电设备的载波收发装置接收到召唤命令后，将数据以脉冲间隔调制方式耦合到直流线上，载波收发装置S通过自身的接收单元2接收召唤到的数据并由自身的处理器5及定时器模块9解调出数据。

按主动上传方式通信过程为：

载波收发装置C1、C2、Cn各自以一个周期定时上传数据，将数据耦合到直流线。为防止数据冲突，C1、C2、Cn各自监听直流线上是否有脉冲数据在传输，若有，则推迟一个随机时间再监听；若没有，则立即发送。载波收发装置S接收C1、C2、Cn的上传数据并保存。

综上：本发明提供了一种直流载波通讯装置，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，所述第二开关驱动模块包括收发控制模块。其中，三绕组互感器用于进行信号的耦合。第一开关驱动模块用于根据接收到的第一控制信号将产生的第一电流脉冲信号，并将该第一电流信号通过三绕组互感器耦合到直流电力线上。第二开关驱动模块用于接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至处理器。该处理器还可以按照预设规则将上述数字脉冲信号转换成第二控制信号，需要说明的是，本直流载波通讯装置还设置有收发控制模块，用于避免第二开关驱动模块接收第一开关驱动模块产生的第一电流脉冲信号。可见，本发明能够通过收发控制模块将第一电流脉冲信号的发送以及第二电流脉冲信号的接收进行隔离，进而实现信号的双向传输。且本发明提供的直流载波通讯装置采用三绕组互感器，其电路占用面积小。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直流载波通讯装置，其特征在于，包括：三绕组互感器，第一开关驱动模块，第二开关驱动模块以及处理器，所述第二开关驱动模块包括收发控制模块；

所述三绕组互感器的第一绕组用于串接在直流电力线上，进行信号的耦合；

所述第一开关驱动模块与所述三绕组互感器的第二绕组相串接，用于根据第一控制信号生成第一电流脉冲信号，并通过所述第二绕组将所述第一电流脉冲信号耦合到所述直流电力线上；

所述第二开关驱动模块与所述三绕组互感器的第三绕组相连，用于接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至所述处理器；

所述收发控制模块用于避免所述第二开关驱动模块接收所述第一开关驱动模块产生的所述第一电流脉冲信号；

所述处理器按照预设规则将所述数字脉冲信号转换成第二控制信号。

2.根据权利要求1所述的直流载波通讯装置，其特征在于，所述处理器包括计时模块；

所述计时模块用于在预设时间到来时，控制所述处理器产生所述第一控制信号。

3.根据权利要求2所述的直流载波通讯装置，其特征在于，所述第一控制信号为所述计时模块根据码元产生的信号。

4.根据权利要求2所述的直流载波通讯装置，其特征在于，所述预设规则为：

在接收到所述第二驱动模块产生的数字脉冲信号时，所述计时模块计时并保存计数值。

5.根据权利要求1所述的直流载波通讯装置，其特征在于，所述第一开关驱动模块以及所述第二开关驱动模块为三极管、达林顿管、MOS管或开关电路。

6.根据权利要求1所述的直流载波通讯装置，其特征在于，所述收发控制模块为二极管或开关管。

7.一种直流载波通讯方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任意一项所述的直流载波通讯装置，该方法包括：

接收第一控制信号，并将产生的第一电流脉冲信号通过所述三绕组互感器耦合到所述直流电力线上；

接收第二电流脉冲信号，并产生数字脉冲信号至所述处理器；

按照预设规则将所述数字脉冲信号转换成第二控制信号。

8.根据权利要求7所述的直流载波通讯方法，其特征在于，在预设时间到来时，产生所述第一控制信号。

9.根据权利要求7所述的直流载波通讯方法，其特征在于，所述第一控制信号为所述计时模块根据码元产生的信号。

10.一种直流载波通讯系统，其特征在于，包括直流发电设备以及与所述直流发电设备串接的至少一个如权利要求1-6任意一项所述的直流载波通讯装置。

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