CN104270172A - 一种使用电力线通信的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用电力线通信的系统，包括一作为发送方的使用电力线通信的装置和至少一作为接收方的使用电力线通信的装置；火线与所述使用电力线通信的装置相连接作供电输入；以及一传输线用于所述使用电力线通信的装置间的数据通信。采用本发明的技术方案，只需增加一条传输线便实现通过交流信号进行数据通信，布线时可以将传输线和火线布置在一起，以低成本、设计简单的电路结构实现安全可靠的远距离的数据通信。

Description

一种使用电力线通信的系统

技术领域

本发明涉及电力线传输领域，具体涉及一种使用电力线通信的系统。

背景技术

随着信息技术的发展，智能化及远程通讯在各种场合的应用逐渐增多，而目前信息通信一般采用有线方式或者无线方式。使用无线方式进行传输，会有电磁辐射产生，对人体造成损害，且由于无线信号的特性，在穿透障碍物的时候会造成信号的衰减，会造成信号传输出现信息丢失等问题。

采用有线传输的方式，比如UART、CAN、SPI、DALI等，除了2条电源线(VCC和GND)之外，都需要另外布置一组通讯线。为了保障用电安全，电源线和信号线之间必须间隔一定的距离，标准的安全距离为至少大于20CM，这在线路布置上就非常复杂，而且一旦电源线和信号线接错，后果非常严重。

现有技术中电力线载波通信也已渐成熟，将载有信息的高频信号加载到电力线上，通过专用的调制/解调模块获取电力线上的传输信号。采用该方式传输，可以免于另外布通讯线，但在使用成本上较高，而且这种通过载波方式将信号加载在电力线上的方式由于电力网络环境不稳定，其传输稳定性还有待提高。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种使用电力线通信的装置，在用于供电的火线和零线的基础上，增加了一条用于传输信号的传输线，实现数据通信。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案为：

一种使用电力线通信的系统，包括一作为发送方的使用电力线通信的装置和至少一作为接收方的使用电力线通信的装置；火线与所述使用电力线通信的装置相连接作供电输入；

一传输线用于所述使用电力线通信的装置间的数据通信；

所述使用电力线通信的装置包括：

一过零检测模块，用于检测所述火线中流经的交流信号的零点，并在检测到该交流信号的零点时产生一信号；

一电压检测模块，用于检测所述传输线中流经的一信号电压的一电压变化量；

一电源模块，与所述火线相连接，用于给所述使用电力线通信的装置提供直流供电；

一开关模块，连接在所述火线和传输线之间；

一控制模块，与所述过零检测模块、电压检测模块和开关模块相连接，用于根据待发送信息控制所述开关模块调整所述传输线中信号电压的变化；且用于根据所述电压检测模块的电压变化量获取一信息。

优选地，所述过零检测模块包括一光电耦合器，所述光电耦合器的1脚经第一电阻R1与所述火线相连接；

所述光电耦合器的2脚与零线相连接；

所述光电耦合器的4脚与所述电源模块输出端相连接；

所述光电耦合器的3脚与所述控制模块相连接且经第二电阻R2接地。

优选地，所述控制模块至少包括一中断引脚、一数据引脚以及一控制引脚，所述中断引脚与所述所述过零检测模块相连接；所述数据引脚与外接设备相连接；所述控制引脚与所述开关模块相连接。

优选地，所述传输线中的信号电压为交流信号正半周。

优选地，所述传输线中的信号电压为交流信号负半周。

优选地，所述发送方的使用电力线通信的装置信号传输方式设置为采用交流电信号的正半周作为信号电压；所述接收方的使用电力线通信的装置的信号传输方式设置为采用交流电信号的负半周作为信号电压。

优选地，所述待发送信息包括起始标识码、结束标识码和数据信息。

优选地，所述控制模块为单片机。

优选地，所述开关模块为继电器或者半导体开关。

优选地，所述火线和所述传输线设置在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：只需增加一条传输线便实现通过交流信号进行数据通信，布线时可以将传输线和火线布置在一起，以低成本、设计简单的电路结构实现安全可靠的远距离的数据通信。

附图说明

图1是本发明实施例使用电力线通信的系统的原理框图；

图2是本发明实施例使用电力线通信的装置的原理框图；

图3是本发明实施例中交流电信号的零点示意图；

图4是本发明实施例中过零检测模块的原理框图；

图5是本发明实施例中过零检测模块产生中断信号的示意图；

图6是本发明实施例中采用交流电信号的正半周作为信号电压时所传输信号分别为‘1’或‘0’时的波形图；

图7是本发明实施例中采用交流电信号的负半周作为信号电压时所传输信号分别为‘1’或‘0’时的波形图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

现有技术中电力线载波通信也已渐成熟，但使用该技术成本较高。而其他采用有线传输的方式，比如UART、CAN、SPI、DALI等，除了需布置2条电源线(VCC和GND)之外，都需要另外布置一组通讯线。该方式具有以下不足：

(1)为了保障用电安全，电源线和信号线之间必须间隔一定的距离，标准的安全距离为至少大于20CM，这进一步增加线路布置上的难度；

(2)通讯线采用低电压传输，在远距离传输中由于存在信号衰减而导致信号不稳定；

(3)电源线为高压线，通讯线为低压线，一旦电源线和通讯线接错，将会导致险情发生。

因此，存在一种需求，以低成本的方案实现高可靠性和远距离的通信传输。

参见图1，所示为本发明实施例使用电力线通信的系统的原理框图，包括一作为发送方的使用电力线通信的装置100和至少一作为接收方的使用电力线通信的装置100；火线110与使用电力线通信的装置100相连接作供电输入，两装置100之间通过传输线120进行通信级联。

火线100即为市电供电线，与供电网相连接；传输线120选用电力标准线，能在其中通过调制后的交流市电信号电压。

由于传输线120上用于数据通信的信号电压为在交流市电上直接调制信号，本发明具有以下技术优点：电源线和通讯线都为高压线，因此不存在安全间距的问题，布线时可以将传输线120和火线110布置在一起，即便电源线和通讯线接错，由于都是高压线，因此不会发生险情；同时由于采用高电压进行数据传输，在传输中信号几乎无衰减，进而提高了远距离传输时信号的稳定性。

参见图2，所示为本发明实施例使用电力线通信的装置的原理框图，包括过零检测模块101、控制模块102、开关模块103和电压检测模块104，其中，

过零检测模块101，用于检测所述火线110中流经的交流电的零点，并在检测到该交流信号的零点时产生一信号，控制模块102能感应该信号；

电压检测模块104，用于检测所述传输线120中流经的一信号电压的一电压变化量；

开关模块103，连接在所述火线110和传输线120之间；

控制模块102，与过零检测模块101、电压检测模块104和开关模块103相连接，用于根据待发送信息控制所述开关模块103调整所述传输线120中信号电压的变化；且用于根据所述电压检测模块104的电压变化量获取一信息。

控制模块102可以是微处理器，例如单片机，于一实施例中更包括存储模块，在存储模块中存储预设数据或对应表用于信息发送和接收。

控制模块102包括一数据引脚，用于与外接设备相连接，实现和外接设备之间能够数据通信。控制模块102的数据引脚接收外接设备发送过来的数据信息产生待发送信息；同时可以将传输线120上接收到的信息发送给外接设备。

控制模块102包括一控制引脚，与开关模块103相连接，用于控制开关模块103的导通或者断开。

过零检测模块101能够检测并区分交流电即将进入上半周的零点(以下称上零点)以及交流电即将进入下半周的零点(以下称下零点)，参见图3，所示为交流电信号的零点示意图。

参见图4，所示为本发明实施例中过零检测模块的原理框图，过零检测模块101包括一光电耦合器、第一电阻R1和第二电阻R2，光电耦合器的1脚与第一电阻R1的一端相连接，第一电阻R1的另一端与火线110相连接；光电耦合器的2脚与零线相连接；光电耦合器的4脚与电源模块105的直流输出相连接；光电耦合器的3脚与控制模块102相连接，同时与第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端与GND相连接。该电路的工作原理未，光电耦合器输入端接交流信号，由于光电耦合器的输入端相当于光敏二极管，只有在交流电的上半周导通，而在交流电的下半周，二极管截止，因此光电耦合器产生的输出信号为周期性方波(高电平VCC，低电平GND)。过零检测模块101检测到上零点时，产生一上升沿中断信号；而过零检测模块101检测到下零点时，产生另一下降沿中断信号。具体可参见图5，所示为本发明实施例中过零检测模块产生中断信号的示意图。

在一种优选实施方式中，控制模块102至少包括一中断引脚，中断引脚与所述过零检测模块101的中断信号相连接；中断引脚能够感应中断信号并能够区分上升沿信号和下降沿信号；控制模块102向传输线120上发送数据时，从待发送信息中依次获取一位数据(0或1)，在接收中断信号后，根据该数据的值输出相应的控制信号控制开关模块103导通或断开，使得传输线120中有交流信号输出或者无交流信号输出，从而产生一反映该数据的信号电压。

当然控制模块102也可以包括两个独立的中断引脚，分别感应上升沿中断信号和下升沿中断信号。

开关模块103为半导体开关或者继电器；半导体开关可以为可控硅或MOS管。

电压检测模块104包括一电阻，一端接传输线，另一端接零线。可通过检测电阻上的电压而得知耦接至电压检测模块104的信号电压的电压值。于一实施例中采用ADC模块检测电压值。

在一种优选的实施方式中，在装置100间的数据通信中约定，采用交流电信号的正半周作为信号电压，在每个交流电信号周期内传输1bit信息。此时，在传输线120中将交流信号的下半周屏蔽，以交流信号的上半周的导通或屏蔽作为信号的传输。参见图6，所示为采用交流电信号的正半周作为信号电压时，所传输信号分别为‘1’或‘0’时的波形图。

下面对本发明的信号发送的过程作进一步说明。在不传输信息时，开关模块103始终处于断开状态，传输线120上无信号电压，处于空闲状态；当控制模块102所要传输信号‘1’时，在过零检测模块101检测到上零点时，导通开关模块103，同时在过零检测模块101检测到下零点时，关断开关模块103。传输线120中信号‘1’的波形参见图6。

在上述技术方案中，传输线120处于空闲状态和传输信号‘0’时的波形是一样的，在传输信号过程会引起误码。为了保证通信过程中信息传输的可靠性，消除传输过程中的误码情况，对待发送信息编码格式做了进一步的规定。待发送信息包括起始标识码、结束标识码和数据信息，同时还可以对数据信息的长度做出限定。比如一帧数据的长度为8字节，其中起始标识码为一字节，内容为‘FF’，结束标识码为一字节，内容为‘F0’，中间六字节为数据信息，即实际所要传输的信息内容。对信息格式作出规定之后，只有在起始标识码和结束标识码之间出现的‘0’信号波形才被认定为‘0’信号，从而消除了传输线120处于空闲状态时对信号的干扰。当然这种信息格式的规定并不是唯一，采用其他信息编码格式实现数据传输也属于本发明的构思。

在一种优选的实施方式中，在数据通信中约定，采用交流电信号的负半周作为信号电压，在每个交流电周期内传输1bit信息。此时，在传输线120中将交流信号的上半周屏蔽，以交流信号的下半周的导通或屏蔽作为信号的传输。参见图7，采用交流电信号的负半周作为信号电压时，所示为所传输信号分别为‘1’或‘0’时的波形图。当控制模块102所要传输信号‘1’时，在过零检测模块101检测到下零点时，导通开关模块103，同时在过零检测模块101检测到上零点时，关断开关模块103。当然，上述信息编码方式也同样试用于此。

使用电力线通信的装置100之间的通信方式不仅为半双工传送数据，也可以为全双工的方式进行数据传送。在一种优选的实施方式中，将一装置100(发送方)的信号传输方式设置为采用交流电信号的正半周作为信号电压，而将与其相连接的另一装置100(接收方)的信号传输方式设置为采用交流电信号的负半周作为信号电压，由于两装置100作为信号传输的信号电压为同频同相，信号不会相互影响，发送方可在正半周期传送信号至传输线120上，而在负半周期内接收传输线120上信号；接收方正好相反，在负半周期传送信号至传输线120上，而在正半周期内接收传输线120上信号，从而方便的实现了全双工通信。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用电力线通信的系统，其特征在于，包括一作为发送方的使用电力线通信的装置(100)和至少一作为接收方的使用电力线通信的装置(100)；火线(110)与所述使用电力线通信的装置(100)相连接作供电输入；

一传输线(120)用于所述使用电力线通信的装置(100)间的数据通信；

所述使用电力线通信的装置(100)包括：

一过零检测模块(101)，用于检测所述火线(110)中流经的交流信号的零点，并在检测到该交流信号的零点时产生一信号；

一电压检测模块(104)，用于检测所述传输线(120)中流经的一信号电压的一电压变化量；

一电源模块(105)，与所述火线(110)相连接，用于给所述使用电力线通信的装置(100)提供直流供电；

一开关模块(103)，连接在所述火线(110)和传输线(120)之间；

一控制模块(102)，与所述过零检测模块(101)、电压检测模块(104)和开关模块(103)相连接，用于根据待发送信息控制所述开关模块(103)调整所述传输线(120)中信号电压的变化；且用于根据所述电压检测模块(104)的电压变化量获取一信息。

2.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述过零检测模块(101)包括一光电耦合器，所述光电耦合器的1脚经第一电阻R1与所述火线(110)相连接；

所述光电耦合器的2脚与零线相连接；

所述光电耦合器的4脚与所述电源模块(105)输出端相连接；

所述光电耦合器的3脚与所述控制模块(102)相连接且经第二电阻R2接地。

3.根据权利要求2所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述控制模块(102)至少包括一中断引脚、一数据引脚以及一控制引脚，所述中断引脚与所述所述过零检测模块(101)相连接；所述数据引脚与外接设备相连接；所述控制引脚与所述开关模块(103)相连接。

4.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述传输线(120)中的信号电压为交流信号正半周。

5.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述传输线(120)中的信号电压为交流信号负半周。

6.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述发送方的使用电力线通信的装置(100)信号传输方式设置为采用交流电信号的正半周作为信号电压；所述接收方的使用电力线通信的装置(100)的信号传输方式设置为采用交流电信号的负半周作为信号电压。

7.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述待发送信息包括起始标识码、结束标识码和数据信息。

8.根据权利要求1或3所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述控制模块(102)为单片机。

9.根据权利要求1或3所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述开关模块(103)为继电器或者半导体开关。

10.根据权利要求1所述的使用电力线通信的系统，其特征在于，所述火线(110)和所述传输线(120)设置在一起。