CN104219834A - 一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，包括上行通信模块：即APP与无线收发设备，APP根据用户操作将命令码通过手持设备的无线射频或WIFI发出控制信号给面板；面板模块：面板集成高频带阻滤波器进行隔离干扰信号及反向吸收载波信号；面板接收到控制信号后，判断是否是发给本面板的信号，若是则将命令解析，信息重新封装，先经过信道侦听后MCU再将数字信号调制成载波信号耦合到电力线发送给下挂的多个灯具，并回复APP一帧确认帧，若不是则将错误信息返回给APP；灯具模块：灯具模块集成高频带阻滤波器进行隔离干扰信号及反向吸收载波信号；灯具接收到载波信号后先进行解调还原成数字信号，并判断ID是否为本灯具ID，若是则MCU根据命令发出PWM信号控制灯具调光或开关灯。本发明的面板与灯具系统之间采用封闭载波通信，抗干扰性强且控制操作简易。

Description

一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统

技术领域

本发明涉及室内交流供电线路的灯具控制领域，更具体地说涉及一种基于交流供电线路并且可控通信范围的载波通信系统。 

背景技术

传统上，对灯具的调光控制一般采用以下几种技术：1、在开关面板内装可控硅，通过面板上旋钮控制可控硅导通角，从而控制灯的亮度。2、在面板和灯具之间另外铺设两根通信线，面板将调光信号通过通信线通知灯头的调光控制器，调光控制器再根据指令完成调光及控制亮灭的动作。3、面板与灯具的通信采用无线射频（RF）方式来代替2中的通信线，通过无线方式实现调光。 

以上几种方法各具有特点，但也存在明显的问题：1、采用可控硅方式，由于可控硅本身器件的特性决定了其可靠性不高，并且只能实现单向调光，无灯具信息反馈和通信功能，若一个面板下装几个灯，那么这几个灯只能同时控制。2、采用铺设通信线方式调光，需要额外布线，增加施工难度和成本，而且灯具的接口与传统灯具接口不兼容（多了通信线接口）。3、采用无线射频方式，RF接收模块需要放在灯头，而灯头的温度都比较高，为了让RF模块正常工作，必须限制灯的功率，并且要有良好的散热设计。这增加了灯头模具设计制造的难度，且RF模块的天线集成在灯头，对灯具的安装位置也有特殊规定。同时在一定的空间范围内安装多个无线模块，由于共用一个信道，会存在串扰的问题，对初次安装的匹配操作也比较复杂。 

所以，需要有一种简单可靠，兼容传统灯具生产安装方式的灯具调光方法。 

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，通过设计封闭载波的独立信道，使得不同套面板与灯具系统之间的传输信道互相独立、互不干扰，且同一面板能实现对不同灯具的不同控制。 

本发明要解决的技术问题是这样实现的：一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，面板与灯具之间采用封闭载波通信，具体包括如下模块： 

上行通信模块：即APP与无线收发设备，用于应用程序APP根据用户操作将命令码通过手持设备的无线通信模块发出控制信号给面板：APP通过驱动手持设备的无线射频模块，将控制命令传输给带有无线射频模块的面板或者APP通过WIFI与带有WIFI模块的网关通信，由网关管辖所有的面板，网关再根据命令取调配相应的面板执行操作；

面板模块：在面板的进线侧集成一个第一高频带阻滤波器，该第一高频带阻滤波器在面板与进线侧之间形成一个阻隔，使得外界的载波信号无法通过高频带阻滤波器干扰到面板与灯具之间的通信，同时面板与灯具之间的载波信号也无法耦合到外界，干扰外界的信道；面板接收到控制信号后，判断是否是发给本面板的信号，如果是，则将命令解析，信息重新封装，先经过信道侦听后MCU再将数字信号调制成载波信号耦合到电力线发送给下挂的多个灯具，并回复APP一帧确认帧，如果不是，APP继续发送控制信号；

灯具模块：灯具电源进线侧集成一个第二高频带阻滤波器，对电源辐射出的载波信号进行反向吸收，同时也阻隔面板与灯具之间的载波信号，结合面板模块中所述面板上的第一高频带阻滤波器，两个高频带阻滤波器共同作用使得面板与灯具之间的通信不受外界载波信号的干扰，从而在面板与灯具之间形成一个封闭独立的载波信道；灯具收到载波信号后首先进行解调，还原成数字信号，并判断序号是否为本灯具序号，若是，则MCU根据命令发出PWM信号控制灯具实现调光或开关灯。

进一步的，所述信道侦听是在面板和灯具发送数据之前进行监听信道，若信道空闲，则面板马上发送数据帧，除了目标灯具外的其它所有灯具都进入静默状态，同时继续侦听信道，直到超时或目标灯具已经回复面板才进行主动上报动作，若信道被占用，则继续侦听直至信道空闲。 

进一步的，所述主动上报是对于需要回复的广播命令，灯具在收到广播命令后延时随机时间，然后侦听信道，若信道空闲则马上发送数据帧上报面板，若信道被占用则继续侦听直至信道空闲。 

进一步的，所述ID是灯具在出厂时唯一的固化编码，在初次安装完之后，用户通过APP触发面板的学习按键，面板通过广播方式发出学习ID命令，具体过程如下： 

面板下挂的灯具收到广播学习命令后延时随机时间，然后进行信道侦听，判断到信道空闲之后将本灯具固化编码发送给面板，面板收到之后将重新分配给该灯具一个新的编号，编号从1开始往上累加，按照此方式，面板下挂的灯具与编号一一绑定，这样用户就可以对着APP遥控器一个个控灯，既简化了操作方式，且更换灯泡或改变网关位置都不需要再重新学习。

本发明具有如下优点： 

1、面板与灯具之间采用载波通信，无需额外布线，且抗干扰性强, 不存在串扰问题；

2、控制方式灵活，除了主控面板对灯具的控制，还可以有灯具反馈的信息，在此基础上可以扩展多种应用；

3、面板与APP之间通信方式多样，支持各种无线、有线通信方式；

4、灯具ID自动学习，简化了操作方式，且更换灯泡或改变网关位置都不需要再重新学习；

5、通信模块体积小，在灯头内部安装位置无特殊要求，同时由于采用工业设计常用器件，耐温与灯头电源一致，降低灯具在结构及散热设计上的难度和成本，且不用限制灯头功率；

6、控制设备与灯具匹配简单。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。 

图1为本发明系统的原理图。 

图2为本发明系统的面板与灯具模块连接原理图。 

图3为本发明系统的载波通信模块原理图。 

图4为本发明系统一实施例的封闭载波通信示意图。 

具体实施方式

请参照图1所示的系统示意图，本发明一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，包括： 

上行通信模块：即APP与无线收发设备，APP根据用户操作将命令码通过手持设备的无线通信模块发出控制信号给面板：APP通过驱动手持设备的无线射频模块，将控制命令传输给带有无线射频模块的面板或者APP通过WIFI与带有WIFI模块的网关通信，由网关管辖所有的面板，网关再根据命令取调配相应的面板执行操作；

面板模块：在面板的进线侧集成一个第一高频带阻滤波器，该第一高频带阻滤波器在面板与进线侧之间形成一个阻隔，使得外界的载波信号无法通过高频带阻滤波器干扰到面板与灯具之间的通信，同时面板与灯具之间的载波信号也无法耦合到外界，干扰外界的信道；面板接收到控制信号后，判断是否是发给本面板的信号，如果是，则将命令解析，信息重新封装，先经过信道侦听后MCU再将数字信号调制成载波信号耦合到电力线发送给下挂的多个灯具，并回复APP一帧确认帧，如果不是，APP继续发送控制信号；

灯具模块：灯具电源进线侧集成一个第二高频带阻滤波器，对电源辐射出的载波信号进行反向吸收，同时也阻隔面板与灯具之间的载波信号，结合面板模块中所述面板上的第一高频带阻滤波器，使得面板与灯具之间形成一个封闭独立的载波信道；灯具收到载波信号后首先进行解调，还原成数字信号，并判断序号是否为本灯具序号，若是，则MCU根据命令发出PWM信号控制灯具实现调光或开关灯。

其中，面板与灯具模块连接原理图如图2所示： 

在面板进线侧装上一个第一高频带阻滤波器阻隔面板之外电力总线对面板与灯具之间载波信号的干扰，同时面板与灯具之间的载波信号也无法耦合到外界，干扰外界的信道；

在灯具进线侧装上第二高频带阻滤波器对电源辐射出的载波信号进行反向吸收，同时也阻隔面板与灯具之间的载波信号，第一和第二高频带阻滤波器的共同作用使得面板与灯具之间形成一个封闭独立的载波信道，其中载波通信模块的原理如图3所示：

为减少体积，以及通信距离和信道的可靠性，载波采用简单ASK调制方式，中心频率为500kHz。发送数据时，MCU首先将信号调制成ASK信号；然后输出到放大电路进行信号放大，经过耦合电路选频后耦合到电力线中；当有ASK信号输入时，信号经耦合电路输入，通过选频模块进行选频滤波后经整形模块处理成数字信号，再输入到MCU比较器输入端：MCU控制AD输出作为比较器的比较电平，通过调节AD输出来获得可靠的比较电平，使在线缆通信信号不理想的情况下仍然能保持可靠的通信效果；MCU通过获取比较器的比较结果，结合每个bit的时间判断来解调数据位，完成一次信号发送与接收的过程。

如图4所示，面板与灯具之间封闭载波通信的具体实施过程如下： 

面板通过上行通信通道(可以是蓝牙、433、触摸按键等)接收到控制或抄读状态命令。面板将命令解析后，MCU将数字信号(在图中标示为①)调制成载波信号(在图中标示为②)并耦合到电力线进行传输。同时面板上的高频带阻滤波器对载波信号进行反向吸收，阻止载波信号辐射到面板进线侧，将信号限制在面板与灯具之间的线路。所以在图中标示为④的位置处无载波信号。灯具上的载波模块接收到信号，进行解调，还原为数字信号(在图中标示为③)后，MCU根据命令发出PWM调光信号控制灯具电源模块实现调光。同时灯具上的高频带阻滤波器对载波信号进行吸收，防止信号辐射及防止电源模块对载波信号的干扰。所以在图中标示为⑤的位置处无载波信号。 

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。 

Claims (4)

1. 一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，其特征在于：面板与灯具之间采用封闭载波通信，具体包括如下模块：

上行通信模块：即APP与无线收发设备，用于应用程序APP根据用户操作将命令码通过手持设备的无线通信模块发出控制信号给面板：APP通过驱动手持设备的无线射频模块，将控制命令传输给带有无线射频模块的面板或者APP通过WIFI与带有WIFI模块的网关通信，由网关管辖所有的面板，网关再根据命令取调配相应的面板执行操作；

面板模块：在面板的进线侧集成一个第一高频带阻滤波器，该第一高频带阻滤波器在面板与进线侧之间形成一个阻隔，使得外界的载波信号无法通过高频带阻滤波器干扰到面板与灯具之间的通信，同时面板与灯具之间的载波信号也无法耦合到外界，干扰外界的信道；面板接收到控制信号后，判断是否是发给本面板的信号，如果是，则将命令解析，信息重新封装，先经过信道侦听后MCU再将数字信号调制成载波信号耦合到电力线发送给下挂的多个灯具，并回复APP一帧确认帧，如果不是， APP继续发送控制信号；

灯具模块：灯具电源进线侧集成一个第二高频带阻滤波器，对电源辐射出的载波信号进行反向吸收，同时也阻隔面板与灯具之间的载波信号，结合面板模块中所述面板上的第一高频带阻滤波器，使得面板与灯具之间形成一个封闭独立的载波信道；灯具收到载波信号后首先进行解调，还原成数字信号，并判断序号是否为本灯具序号，若是，则MCU根据命令发出PWM信号控制灯具实现调光或开关灯。

2.根据权利要求1所述的一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，其特征在于：所述信道侦听是在面板和灯具发送数据之前进行监听信道，若信道空闲，则面板马上发送数据帧，除了目标灯具外的其它所有灯具都进入静默状态，同时继续侦听信道，直到超时或目标灯具已经回复面板才进行主动上报动作，若信道被占用，则继续侦听直至信道空闲。

3.根据权利要求2所述的一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，其特征在于：所述主动上报是对于需要回复的广播命令，灯具在收到广播命令后延时随机时间，然后侦听信道，若信道空闲则马上发送数据帧上报面板，若信道被占用则继续侦听直至信道空闲。

4.根据权利要求1所述的一种基于封闭载波技术的面板与灯具控制系统，其特征在于：所述ID是灯具在出厂时唯一的固化编码，在初次安装完之后，用户通过APP触发面板的学习按键，面板通过广播方式发出学习ID命令，具体过程如下：

面板下挂的灯具收到广播学习命令后延时随机时间，然后进行信道侦听，判断到信道空闲之后将本灯具固化编码发送给面板，面板收到之后将重新分配给该灯具一个新的编号，编号从1开始往上累加，按照此方式，面板下挂的灯具与编号一一绑定，这样用户就可以对着APP遥控器一个个控灯。