CN103595596A - 基于plc的物联网家电互联系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC的物联网家电互联系统。所述系统中，空气开关设置在电力线上；第一信号转换器连接电力线，用于实现数字信号与载波信号之间的转换；第一家电设备连接电力线，用于接收载波信号，并根据载波信号执行相应的作业任务，以及通过电力线发送自身的运行状态信息；当第一信号转换器与第一家电设备在电力线上位于空气开关的两侧时，还设置有信号耦合器连接空气开关两侧的电力线；信号耦合器采用电容或者电感。所述系统，通过设置信号耦合器克服了载波信号经过空气开关或者跨异相电力线传输时造成衰减的问题；同时，采用软件方式解决了新设备的自动组网问题，并且实现了对调制方式的灵活变换，提高了载波信号的抗干扰能力。

Description

基于PLC的物联网家电互联系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，特别涉及一种基于PLC的物联网家电互联系统。

背景技术

目前PLC(Power Line Communicaiton，电力线载波通讯)在物联家电领域应用很少，究其原因，物联家电需要高的抗干扰性、高的传输速度、高的运行稳定性、适度的传输距离。而载波信号在家庭中的电力线上进行传输的过程中，载波信号在经过某些空气开关(本文所提空气开关均指对传输信号衰减较大的空气开关)等设备之后会有很大的衰减，线路上的其他设备的干扰等也会对载波信号产生一定的影响，导致数据信息传输时衰减很大，数字家电的运行稳定性受到严重影响。

另外，当信号分属电力线上的A、B、C三相时，往往更是导致3相间的信号无法传输。同时，用户要求增加新载波设备时，又需要现场方便的将新设备与老家电自动组成同一网络系统，而以前的方案也不能很好的满足。从而限制了目前电力线载波通讯在物联家电中的应用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于PLC的物联网家电互联系统，以克服载波信号的衰减问题。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于PLC的物联网家电互联系统，其包括：电力线、空气开关、第一信号转换器、第一家电设备和信号耦合器；

所述空气开关设置在所述电力线上；

所述第一信号转换器连接所述电力线，用于实现数字信号与载波信号之间的转换；

所述第一家电设备连接所述电力线，用于接收所述载波信号，并根据所述载波信号执行相应的作业任务，以及通过所述电力线发送自身的运行状态信息；

当所述第一信号转换器与所述第一家电设备在所述电力线上位于所述空气开关的两侧时，还设置有所述信号耦合器连接所述空气开关两侧的电力线；

所述信号耦合器采用电容或者电感。

其中，当所述信号耦合器采用电容时，所述电容的第一端连接所述空气开关一侧的电力线，第二端连接所述空气开关另一侧的电力线。

其中，当所述信号耦合器采用电感时，所述信号耦合器包括两个电感，并且第一个电感绕设在所述空气开关一侧的电力线上，第二个电感绕设在所述空气开关另一侧的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

其中，所述系统还包括：家电控制器；

所述家电控制器连接所述电力线，用于显示相应的第一家电设备的运行状态，以及通过所述电力线向相应的第一家电设备发送控制信息。

其中，当所述家电控制器与相应的第一家电设备连接异相电力线时，还设置有所述信号耦合器连接所述异相电力线。

其中，当所述信号耦合器采用电容时，所述电容的第一端连接所述家电控制器所连接的电力线，第二端连接所述第一家电设备所连接的电力线。

其中，当所述信号耦合器采用电感时，所述信号耦合器包括两个电感，并且第一个电感绕设在所述家电控制器所连接的电力线上，第二个电感绕设在所述第一家电设备所连接的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

其中，所述系统还包括：服务器；

所述服务器连接所述电力线，当有新的第一家电设备或新的家电控制器连接所述电力线时，所述服务器用于接收新的第一家电设备或新的家电控制器的注册指令，并根据所述注册指令向新的第一家电设备或新的家电控制器发送注册信息。

其中，所述系统还包括：服务器；

所述服务器连接所述电力线，当有新的第一家电设备或新的家电控制器连接所述电力线时，所述服务器用于接收新的第一家电设备或新的家电控制器的注册信息，并根据所述注册信息向新的第一家电设备或新的家电控制器发送注册确认信息。

其中，所述系统还包括：第二信号转换器和第二家电设备；

所述第二信号转换器，连接所述电力线，并且通过有线或者无线方式连接所述第二家电设备，用于将所述载波信号转换为数字信号后发送给所述第二家电设备。

（三）有益效果

本发明所述基于PLC的物联网家电互联系统，通过设置所述信号耦合器克服了载波信号经过空气开关或者跨异相电力线传输时信号衰减的问题；同时，采用软件方式解决了新设备的自动组网问题，并且实现了对调制方式的灵活变换，提高了载波信号的抗干扰能力。通过对上述问题的克服，本申请所述系统能够真正在物联网家电领域得以实施，实现有电的地方即可进行载波通信，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例一所述基于PLC的物联网家电互联系统的结构示意图；

图2是本发明实施例二所述基于PLC的物联网家电互联系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1是本发明实施例一所述基于PLC的物联网家电互联系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：电力线100、空气开关200、第一信号转换器300、第一家电设备400、第二信号转换器500、第二家电设备600、家电控制器700、信号耦合器800和服务器900。

所述空气开关200设置在所述电力线100上。一般情况下，电力线100在入户后首先经过一个空气开关200，然后从空气开关200输出的一端并联多个负载，比如电视、洗衣机等。如图1所示，电力线100在入户前一般会有A、B、C三相，以及零线N；入户后，从空气开关200输出火线L和零线N。

所述第一信号转换器300连接所述电力线100，用于实现数字信号与载波信号之间的转换。如图1所示，这里的数字信号包括网络信号、有限电视信号等。本申请中，采用OFDM（Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，正交频分复用）技术将所述数字信号转换为载波信号耦合到电力线100上，并且当检测到载波信号衰减较大时，可以通过改变调制方式的手段，选择最佳的调制方式，以保证传输时的抗干扰性，同时提供了足够的通信带宽。其中，可以选择的调制方式包括：QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，正交相移键控）、BPSK（Binary PhaseShift Keying，把模拟信号转换成数据值的转换方式之一）、ROBO等多种方式。所述第一信号转换器300可以采用电力猫等现有设备实现。

所述第一家电设备400连接所述电力线100，用于接收所述载波信号，并根据所述载波信号执行相应的作业任务，以及通过所述电力线发送自身的运行状态信息。第一家电设备400指能够直接连接电力线100的家电设备，比如电视、空调、洗衣机、冰箱等等。通过所述系统，用户可以通过互联网控制家电设备的运行，以及查询家电设备的运行状态信息，比如用户可以在办公室中控制打开家中的空调，以及查询冰箱是否正常运行等等。

当所述第一信号转换器300与所述第一家电设备400在所述电力线100上位于所述空气开关200的两侧时，还设置有所述信号耦合器800连接所述空气开关200两侧的电力线100。当电力线100经过空气开关200时，载波信号往往会产生严重的衰减，本申请正是针对该问题，引入信号耦合器800，极大减少这种信号衰减。如图1所示，本实施例中所述信号耦合器800采用电容，具体地连接方式为：所述电容的第一端连接所述空气开关200一侧的电力线，第二端连接所述空气开关200另一侧的电力线。由于载波信号的频率远远高于交流电50Hz的频率，因此，通过选择合适的电容，可以保证载波信号能够顺畅地从空气开关200的一侧传导至另一侧，克服衰减。如图1所示，当空气开关200的输入端包括A相电力线和零线N，输出端包括火线L和零线N时，作为信号耦合器800的电容只连接A相电力线和火线L即可，无需再连接两根零线N。其中，所述电容优选采用安规电容。

如图1所示，所述系统还包括：家电控制器700。所述家电控制器700连接所述电力线100，用于显示相应的第一家电设备400的运行状态，以及通过所述电力线100向相应的第一家电设备400发送控制信息。当所述家电控制器700与相应的第一家电设备400连接异相电力线时，还设置有所述信号耦合器800连接所述异相电力线。比如，假设图1虚框中的家电控制器700用于对应控制冰箱，但是该家电控制器700连接C相电力线，冰箱连接A相电力线（A相电力线经过空气开关200后为火线L），因此两者连接的电力线为异相电力线，载波信号无法顺畅地进行跨相传输，这时需要在所述异相电力线上设置信号耦合器800。此处，所述信号耦合器800仍然采用电容，并且所述电容的第一端连接所述家电控制器700所连接的电力线，第二端连接所述第一家电设备400所连接的电力线。

另外，家电控制器700与其相应的第一家电设备400还可能位于空气开关200同侧但非同路的电力线上，比如图1中，从空气开关200输出两路火线L和两路零线N，这时，也可以在所述非同路的电力线上设置信号耦合器800，以减小载波信号的损失。具体地，本实施例中，可以令作为信号耦合器800的电容的第一端连接家电控制器700所连接的一路电力线，第二端连接第一家电设备400所连接的另一路电力线。

如图1所示，所述系统还包括：第二信号转换器500和第二家电设备600。所述第二信号转换器500，连接所述电力线100，并且通过有线或者无线方式连接所述第二家电设备600，用于将所述载波信号转换为数字信号后发送给所述第二家电设备600。所述第二家电设备600一般指不能与电力线100直接连接的低压家电设备，比如笔记本电脑等。所述第二信号转换器500也可以采用电力猫实现。

其中，当异相电力线较远，不适于采用所述信号耦合器800时，还可以采用所述第二信号转换器500通过无线方式进行信号中继，此时需要在接收载波信号一方的电力线上设置相应的无线接收模块。

另外，所述系统还包括：服务器900。所述服务器900主要用于采用软件方式将新的家电设备并入家庭网络，其实现方式包括以下两种：

所述服务器900连接所述电力线100，当有新的第一家电设备400或新的家电控制器700（即并入家庭网络之前的第一家电设备400或家电控制器700）连接所述电力线100时，所述服务器用于接收新的第一家电设备400或新的家电控制器700的注册指令，并根据所述注册指令向新的第一家电设备400或新的家电控制器700发送注册信息。具体地，以新的第一家电设备400入网为例，在新的第一家电设备400及服务器900上都留有有线接口，当将两者通过信号线连接到一起时，新的第一家电设备400自动发送注册指令，服务器900接收到注册指令之后，自动将网络密钥、MAC地址、设备协议等注册信息发送给新的第一家电设备400，之后新的第一家电设备400再与组内设备通讯时，采用服务器900发送给其的设备协议进行通讯，从而完成新的第一家电设备400的自动组网。或者，

所述服务器900连接所述电力线100，当有新的第一家电设备400或新的家电控制器700连接所述电力线100时，所述服务器900用于接收新的第一家电设备400或新的家电控制器700的注册信息，并根据所述注册信息向新的第一家电设备400或新的家电控制器700发送注册确认信息。具体地，以新的第一家电设备400入网为例，所述服务器900和第一家电设备400上均设置有注册按键，当按下服务器900上的注册按键后，服务器900只接收注册协议。新的第一家电设备400通电之后，按下注册按键，新的第一家电设备400自动发送注册信息到电力线100，同时监控服务器900回传的注册确认信息，双方确认注册信息正确之后，即完成自动组网处理。将注册按键恢复初始状态，两者也采用原有系统的网络密钥进行正常情况的通讯。

当新的第二家电设备600并入网络时，过程与第一家电设备400类似，不同的是，其需要通过一个第二信号转换器500与服务器900通信。

本实施例中，所述第一信号转换器300与服务器900分离设置，实际应用中，也可以将两者集成在一起，以便节省空间，降低成本。

另外，本申请中，所述电力线100上采用TCP/IP协议，对不同的家电设备（包括第一家电设备400以及第二家电设备600所对应的第二信号转换器500）分配不同的MAC（Media Access Control，物理地址）地址，同一组家电设备（即一个家庭内部的家电设备）采用相同的网络密钥，从而保证了不同的家电设备仅接收处理与自己有关的数字信息，同时同组家电能够处理组内模块的相关信息。

实施例2

图2是本发明实施例二所述基于PLC的物联网家电互联系统的结构示意图，如图2所示，本实施例所述系统与实施例一所述系统基本相同，其不同之处仅在于，本实施例中所述信号耦合器800采用电感，并且一般包括两个电感。所述两个电感通过电磁感应完成高频的载波信号的传输，增强信号强度。

具体地，当所述第一信号转换器300与所述第一家电设备400在所述电力线100上位于所述空气开关200的两侧时，所述信号耦合器800的第一个电感绕设在所述空气开关200一侧的电力线上，第二个电感绕设在所述空气开关200另一侧的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

当所述家电控制器700与相应的第一家电设备400连接异相电力线时，所述信号耦合器800的第一个电感绕设在所述家电控制器700所连接的电力线上，第二个电感绕设在所述第一家电设备400所连接的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

当家电控制器700与其相应的第一家电设备400位于空气开关200同侧但非同路的电力线上时，本实施例中，可以令信号耦合器800的第一个电感绕设在家电控制器700所连接的一路电力线上，第二个电感绕设在第一家电设备400所连接的另一路电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

本发明实施例所述基于PLC的物联网家电互联系统，通过设置所述信号耦合器减少了载波信号经过空气开关或者跨异相电力线传输时容易衰减的问题；同时，采用软件方式解决了新设备的自动组网问题，并且实现了对调制方式的灵活变换，提高了载波信号的抗干扰能力。通过对上述问题的克服，本申请所述系统能够真正在物联网家电领域得以实施，实现有电的地方即可进行载波通信，具有广泛的应用前景。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于PLC的物联网家电互联系统，其特征在于，包括：电力线、空气开关、第一信号转换器、第一家电设备和信号耦合器；

所述空气开关设置在所述电力线上；

所述第一信号转换器连接所述电力线，用于实现数字信号与载波信号之间的转换；

所述第一家电设备连接所述电力线，用于接收所述载波信号，并根据所述载波信号执行相应的作业任务，以及通过所述电力线发送自身的运行状态信息；

当所述第一信号转换器与所述第一家电设备在所述电力线上位于所述空气开关的两侧时，还设置有所述信号耦合器连接所述空气开关两侧的电力线；

所述信号耦合器采用电容或者电感。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述信号耦合器采用电容时，所述电容的第一端连接所述空气开关一侧的电力线，第二端连接所述空气开关另一侧的电力线。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述信号耦合器采用电感时，所述信号耦合器包括两个电感，并且第一个电感绕设在所述空气开关一侧的电力线上，第二个电感绕设在所述空气开关另一侧的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：家电控制器；

所述家电控制器连接所述电力线，用于显示相应的第一家电设备的运行状态，以及通过所述电力线向相应的第一家电设备发送控制信息。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述家电控制器与相应的第一家电设备连接异相电力线时，还设置有所述信号耦合器连接所述异相电力线。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述信号耦合器采用电容时，所述电容的第一端连接所述家电控制器所连接的电力线，第二端连接所述第一家电设备所连接的电力线。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，当所述信号耦合器采用电感时，所述信号耦合器包括两个电感，并且第一个电感绕设在所述家电控制器所连接的电力线上，第二个电感绕设在所述第一家电设备所连接的电力线上，所述第一个电感通过信号线连接所述第二个电感。

8.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：服务器；

所述服务器连接所述电力线，当有新的第一家电设备或新的家电控制器连接所述电力线时，所述服务器用于接收新的第一家电设备或新的家电控制器的注册指令，并根据所述注册指令向新的第一家电设备或新的家电控制器发送注册信息。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：服务器；

所述服务器连接所述电力线，当有新的第一家电设备或新的家电控制器连接所述电力线时，所述服务器用于接收新的第一家电设备或新的家电控制器的注册信息，并根据所述注册信息向新的第一家电设备或新的家电控制器发送注册确认信息。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二信号转换器和第二家电设备；

所述第二信号转换器，连接所述电力线，并且通过有线或者无线方式连接所述第二家电设备，用于将所述载波信号转换为数字信号后发送给所述第二家电设备。

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