CN104320160B - 一种数据收发方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据收发方法、装置和系统，包括同步单元、数据处理单元和斩波单元；同步单元用于向数据处理单元发送同步指示信号；数据处理单元用于将待发送数据转换成斩波控制信号，并将信号发送给斩波单元；斩波单元在接收到数据处理单元发送的斩波控制信号后，对交流电进行斩波处理，并将斩波后的交流电进行发送。本发明通过对交流电进行相应的斩波，使之在不影响市电传输的情况下携带数据信号进行传输，然后通过相应的接收单元对已斩波交流电进行识别和检测，从而实现了利用市电电缆传输数字信号的目的。

Description

一种数据收发方法、装置及系统

【技术领域】

本发明涉及电力线传输技术，特别涉及一种在电力线上进行数据收发的方法、装置和系统。

【背景技术】

目前家用电器的远程开关控制，如电灯、吊扇等，一般采用直接调节市电电压的方式。当要实现一些复杂的控制方式时，如调节电灯的色温，这种传统的调节方式便无法满足需求。当要实现复杂控制方式时，便需要从开关向电器传输除通断信号以外的控制信号，目前普遍采用的方式是从开关到电器间多布一条数据线来实现控制信号的传输，这种方式在实际应用时往往需要凿墙布线，非常麻烦，而且影响美观。

另外一种方法采用电力线载波技术，但这种技术普遍来说成本较高且稳定性较差。电力载波技术一般来说，将数据调制成高频载波信号，加入到市电电缆中，接收端通过滤波，得到携带有数据的高频载波信号，然后还原成用户数据。由于交流电压很高，交流电及其产生的各个频段的谐波足以对信号产生致命的干扰，因此滤波和数据校验需要比较复杂的电路，其成本相对较高。即使通过滤波和数据校验，也无法完全消除干扰带来的影响，因此稳定性相对较差。

由于现有技术中存在的以上问题，有必要找到一种无需布线，成本低，稳定性高的数据传输解决方案。

【发明内容】

为了解决现有技术中存在的布线麻烦、成本高和稳定性低等问题，本发明提供了一种数据收发的方法、装置和系统，很好的解决了上述问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种数据发送装置，包括同步单元、数据处理单元和斩波单元；

所述同步单元用于向数据处理单元发送同步指示信号；

所述数据处理单元用于在接收到同步指示信号时，将待发送数据转换成斩波控制信号，并将信号发送给斩波单元；

所述斩波单元在接收到数据处理单元发送的斩波控制信号后，对交流电进行斩波处理，并将斩波后的交流电进行发送。

本发明实施例还提供了一种数据接收装置，包括电压检测单元和数据接收单元；

所述电压检测单元用于对交流电进行检测，当检测到已斩波交流电时，根据其被斩波部分的时长，向数据接收单元发送一个对应时长的斩波检测信号；

所述数据接收单元接收电压检测单元发送的斩波检测信号，通过检测该信号的时长，将其转化为相应的数字信号，实现数据接收。

本发明实施例还提供了一种采用上述数据发送装置进行数据发送的方法。

本发明实施例还提供了一种采用上述数据接收装置进行数据接收的方法。

本发明实施例还提供了采用上述数据发送装置和上述数据接收装置进行数据传输的系统。

本发明提供的实施例通过对市电传输的交流电按照待传输数字信号特点进行相应的斩波，使之在不影响市电传输的情况下携带数据信号进行传输，然后通过相应的接收单元对已斩波交流电进行识别和检测，从而可提取出与发送单元所发送的数字信号相对应的输出数字信号，进而实现了利用市电电缆传输数字信号的目的，使得无需单独布设数据线便可实现数据的传输，具有成本低、方便实用、传输稳定等特点，本发明提供的实施例有效解决了现有技术中存在的问题。

【附图说明】

图1是本发明实施例一提供的一种数据发送装置模块图；

图2是本发明实施例二提供的一种数据发送装置电路连接示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种数据接收装置模块图；

图4是本发明实施例四提供的一种数据接收装置电路连接示意图；

图5是本发明实施例五提供的一种数据收发系统模块图；

图6是本发明实施例六提供的一种数据收发系统传输二进制信号波形图；

图7是本发明实施例七提供的一种数据收发系统传输四进制信号波形图；

图8是本发明实施例八提供的一种数据收发系统传输八进制信号波形图；

图9是本发明实施例十提供的一种数据收发系统传输数据协议结构示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。

本发明实施例一提供了一种数据发送装置10，如图1所示，包括同步单元11、数据处理单元13和斩波单元12；

所述同步单元11用于向数据处理单元13发送同步指示信号；

所述数据处理单元13用于在接收到同步指示信号时，将待发送数据转换成斩波控制信号，并将信号发送给斩波单元12；

所述斩波单元12在接收到数据处理单元13发送的斩波控制信号后，对交流电进行斩波处理，并将斩波后的交流电进行发送。

优选的，通常当同步单元11检测到交流电正半波与负半波的交点时，即电压为零伏或接进零伏时，向发送数据处理单元发送一个过零信号，该过零信号可以是一个高电平信号，也可以是一个低电平信号，即该过零信号作为同步指示信号，需要指出的是，在实际中，由于每个电路元件的动作都会有一个阈值，所以在一个很小的电压区间内，比如交流电在‐20‐20V区间内，同步单元就视为零伏，就会输出同步指示信号给数据处理单元13。数据处理单元13接收到过零信号后，将用户通过数据输入单元30输入的数据转换成相应的高电平或低电平信号，发送给斩波单元12。如用户发送的数据为十进制数12，则数据处理单元13在接收到同步单元11发送的过零信号时，将上述数据先转换成二进制数0110，然后再转换成不同时长的斩波控制信号后发送给斩波单元12。斩波单元12接收到数据处理单元发送的斩波控制信号后，对交流电进行相应时长的斩波处理。当接收的数据为二进制数据1时，则进行斩波处理，斩波时长为1/4交流电周期，当接收到的数据为二进制数据0时，则不进行斩波处理，经过斩波处理后，输出的交流电波形则变为如图1所示的波形，该波形携带了二进制数据0110。以220伏交流电为例，其波长周期为20ms，则上述1/4交流电周期为5ms。

需要指出的是，上述同步单元11可以采用过零检测的方式进行同步，即当检测到交流电电压为零伏时，就向数据处理单元13发送同步指示信号，采用这种方式时，数据的发送周期为1/2交流电周期，即10ms。上述同步单元11也可以采用过顶检测的方式进行同步，即当检测到交流电电压有效值为最大值时，就向数据处理单元13发送同步指示信号。上述同步单元11也可以采用在正弦波腰点进行检测的方式进行同步，即当电压达到腰点的某一预设任意电压值时，就向数据处理单元13发送同步指示信号。上述同步单元11也可以不用进行电压检测，可以采用时钟的方式进行同步，该同步单元11包括时钟单元，该时钟单元的计时周期和交流电周期相同，或为交流电周期的一半，同步单元11根据时钟同步信号，向数据处理单元输出同步指示信号。总之，同步指示信号的作用在于告诉数据处理单元发送数据的时机，具体实现方式可以多种多样，在这里不再一一赘述，以下各实施例中，将以同步单元111采用过零检测的方式进行同步为例进行说明。

本发明实施例二给出了该数据发送装置的电路示意图，如图2所示，该数据发送装置包括电压检测电路111，数据处理电路131和斩波电路121.

所述电压检测电路111，主要包括光耦合器OC2，其输入端与交流电相连接，其输出端与数据处理单元13相连。如图2所示，其中其输入端1经电阻R3与零线N连接，其输入端2与火线L连接。该光耦合器OC2的输出端3接地，输出端4经电阻R6与数据处理电路131中的控制芯片U1的IO0端口连接，该输出端4同时经电阻R5与工作电压VDD连接。OC2为光耦合器，当它的1、2脚有电流流过时，里面的三极管处于饱和状态，4脚输出为低电平，它的1、2脚没有电流流过时，里面的三极管处于截止状态，4脚输出经R5上拉为高电平，其功能就是告诉数据处理单元每个波形的起始点，使得数据处理单元可以精准地输出控制信号。光耦合器OC2与电阻R5、R6构成电压检测发送单元，当交流电的L端和N端电压为0V时，其向数据处理单元131的控制芯片U1输出高电平指示信号，指示数据发送模块发送数据。需要指出的是，只需要通过调节R3的电阻值，可以灵活的实现电压过顶时输出同步指示、电压过零时输出同步指示或电压达到正弦波腰点任意值时输出同步指示，具体电路我们不做限定。同时，上述检测电路可以用光耦合器，也可以用其他类似电路代替光耦合器，本发明做不限定。

所述数据处理电路131主要包括控制芯片U1，其信号输入端口和电压检测电路111相连，接收电压检测电路111发送的同步指示信号；其数据输入端口用于接收外部输入数据；其数据输出端口和斩波单元12相连，用于向斩波单元12发送斩波控制信号。如图2所示，其中其IO0端口和电压检测电路111相连，接收电压检测电路发送的指示信号。其IO7端口和数据输入单元相连，用于接收用户输入的数据。其IO6端口和斩波电路121相连，用于向斩波电路121发送数据。当控制芯片U1接收到用户发送的数据时，先进行存储和数据格式的转换，当接收到电压检测电路111发送的高电平信号时，将用户数据转换成的斩波控制信号通过IO6端口向斩波电路121发送。

所述斩波电路121的控制电路包括开关电路，所述开关电路的输出端与交流电斩波输出接口OL1连接，其控制端与光耦合器OC1连接，其输入端与交流电连接；所述光耦合器OC1的输入端和数据处理单元13的数据输出端口连接。如图2所示，优选的，开关电路使用可控硅S，可控硅S的阳极与OL1连接，OL1作为火线输出斩波后的交流电。其控制极与OC1连接，其阴极与交流电连接，在该可控硅S的控制极与阴极之间并接有电阻R2。所述光耦合器OC1的输入端1经电阻R4与数据处理电路131中的控制芯片U1的IO6端口连接，其输入端2接地，其输入端3悬空。该光耦合器OC1的输出端4与可控硅S的阴极连接，该光耦合器OC1的输出端5悬空，其输出端6经电阻R1与可控硅S的阳极连接。斩波控制信号进入光耦合器的1脚，当输入为高电平时，光耦合器的4、6脚导通，使可控硅S处于导通状态，OL1则有正常的交流电压输出；当输入为低电平时，光耦合器的4、6脚截止，使可控硅S处于断开状态，OL1没有电压输出。当斩波电路121接收到数据处理电路131发送斩波控制信号时，经过光耦合器OC1的强弱电隔离后控制可控硅S进行斩波，通过OL1端口输出斩波后的交流电。需要指出的是，上述开关电路，也可以用其他等效电路代替，比如可以用两个三极管代替，本发明不做限定。

本发明实施例三提供了一种数据接收装置，如图3所示，和本发明实施例一提供的数据发送装置相配合使用。该数据接收装置40包括电压检测单元41和数据接收单元42；

所述电压检测单元41用于对交流电进行检测，当检测到已斩波交流电时，根据其被斩波部分的时长，向数据接收单元42发送一个对应时长的斩波检测信号；

所述数据接收单元42接收电压检测单元41发送的斩波检测信号，通过检测该信号的时长，将其转化为相应的数字信号，实现数据接收。

优选的所述电压检测单元检测到被斩波信号后，将所述被斩波信号转化为与被斩波部分的时长相对应时长的高电平信号，并将该信号作为斩波检测信号发送给数据接收单元。所述数据接收单元通过判断电压检测单元发送的斩波检测信号的时长，将上述电平信号转化为相匹配的数字信号。如图3所示，当线路中传送的数据内容为二进制数0110时，当传输数据0时，交流电未被斩波，当传输数据1时，交流电被实行1/4交流电周期的斩波。当电压检测单元41接收到斩波后的交流电信号时，在其电压为零时，电压检测单元输出高电平信号。数据接收单元42检测上述电平信号，如果收到1/4交流电周期的高电平信号时，则判断该数据为1，否则则判断该数据为0，从而得到交流电所携带的二进制数据0110。继而数据接收单元42根据其采用的进制，将二进制数据0110转换成用户所需要传输的十进制数据12，并将接收到的数据发送给数据输出单元50进行显示或进行其他处理。

本发明实施例四提供了该数据接收装置的电路连接示意图，如图4所示，该数据接收装置包括电压检测单元411和数据接收单元421。

电压检测电路411主要包括电压检测光耦合器OC3，其输入端与交流电相连，输出端与数据接收单元42的数据输入端口相连接。如图4所示，其中光耦合器OC3的输入端1经电阻R7与零线N连接，其输入端2与火线L连接。该光耦合器OC3的输出端3接地，输出端4经电阻R9与数据接收单元421中的数据接收芯片U2的IO0端口连接，且其输出端4经电阻R8与工作电压VDD连接。光耦合器OC3与电阻R8、R9构成电压检测接收电路，当交流电的L端和N端电压为0V时，光耦合器OC3向数据接收芯片U2输出高电平。需要指出的是，上述检测电路可以用光耦合器，也可以用其他类似电路代替光耦合器，本发明做不限定。

数据接收电路421主要包括数据接收芯片U2，其数据输入端口IO0端接收电压检测电路发送的斩波检测信号，其数据输出端口IO7端口连接数据输出单元50。当数据接收芯片U2接收到电压检测电路发送的高电平信号时，检测该输入信号的时长，并转换成相匹配的数字信号，并对该数字信号进行存储和处理，输出给数据输出单元50进行显示或其他处理。

本发明实施例五提供了一种数据收发的系统，其包括了本发明实施例一提供的数据发送装置和本发明实施例三提供的数据接收装置。数据发送装置10和数据接收装置40之间通过市电电缆相连接。其具体的工作原理和电路连接图在本发明实施例一、二、三和四中都有描述，在这里不再重复。本发明实施例5以用户需要传输十进制数据12为例，对该输出收发系统进行说明。

在发送端，用户通过数据输入单元输入十进制数据12，数据处理单元13接收到用户输入的数据后，将十进制转化为二进制数据0110，并进行存储。电压检测单元通过检测市电电缆上发送的交流电信号，当检测到交流电电压为零伏时，则向数据处理单元13发送一个高电平信号，指示数据处理单元13可以进行数据发送。数据处理单元在将0110分别进行发送，当发送数据0时，向斩波单元发送高电平信号，斩波单元12不进行斩波；当发送数据1时，向斩波单元发送1/4交流电周期的低电平信号，斩波单元12对交流电进行斩波，斩波的时长为1/4交流电周期，并将斩波后的交流电信号通过市电电缆发送出去，输出如图5所述的斩波后的波形。

在接收端，电压检测单元41实时检测交流电电压，当电压为零伏时，向数据接收单元42发送一个高电平信号。当交流电上传输的信号为0时，由于没有进行斩波，电压检测单元41仅会在交流电正负半波相交点向数据接收单元42发送一个瞬时高电平信号；当交流电上传输的信号为1时，由于在发送端进行了1/4交流电周期斩波处理，电压检测单元41将发送一个1/4交流电周期的高电平信号给数据接收单元42。当数据接收单元42接收到高电平信号时，其会对其信号时长进行判断，当其时长为瞬时信号时，则判断该数据为0，当其时长为1/4交流电周期时，则判断该数据为1。数据接收单元42将接收到的数据0110进行处理转换成用户所传输的十进制数据12，并发送给数据输出单元50，数据输出单元50根据预先的设定进行显示或做其他处理。

需要指出的是，通过本发明实施例提供的数据收发装置，不仅仅可以以二进制进行数据传输，还可以以其他进制进行数据传输，数据处理单元可以2、3、4……N进制对斩波控制信号进行配置，数据处理单元根据不同的进制和数据，向斩波单元发送不同时长的电平信号进行斩波控制，其工作原理是一样的，只是其斩波的时长有区别。本发明上述实施例六、七、八将分别对二进制、四进制和八进制进行简单说明。

本发明实施例六给出了采用二进制进行传输时的波形图，如图6所示，用户输入数据为010110，斩波单元根据用户输入，当电压检测单元检测到过零信号时，对交流电进行斩波。通过1/2周期正弦波携带一个数据信号，当传输数据为0时，不进行斩波处理，当数据为1时，进行1/4交流电周期的斩波处理，当用户输入数据为010110时，斩波后的交流电波形如图6所示。在接收端，电压检测单元接收到斩波后的交流电信号，每1/2交流电周期进行电压检测，当数据为0时，输出低电平信号，当数据为1时，输出1/4交流电周期的高电平信号。数据接收单元接收到的数字信号如图6所示。

本发明实施例七给出了当数据传输以四进制方式进行传输时的数据传输波形，如图7所示。当数据为0时，不进行斩波；当数据为1时，则进行1/8交流电周期斩波处理；当数据为2时，则进行1/4交流电周期斩波处理；当数据为3时，则进行3/8交流电周期斩波处理。当传输数据为012301时，其斩波后的波形和输出的数字信号如图其所示。

本发明实施例八给出了当数据传输以八进制方式进行传输时的数据传输波形，如图8所示。当为数据0时，不进行斩波；当为数据1时，进行1/16交流电周期斩波处理；当为数据2时，进行2/16交流电周期斩波处理；当为数据3时，进行3/16交流电周期斩波处理；当为数据4时，进行4/16交流电周期斩波处理；当为数据5时，进行5/16交流电周期斩波处理；当为数据6时，进行6/16交流电周期斩波处理；当为数据7时，进行7/16交流电周期斩波处理。以此类推，当硬件条件符合要求时，理论是可以进行任何进制数据的传输，可以有效的提升传输的效率。

本发明实施例九提供了采用实施例一所述的数据发送装置进行数据发送的方法，和采用实施例三所述的数据接收装置进行数据接收的方法。其工作的原理和过程如实施例一和实施例三所述，在这里不再重复。在数据发送的时候，发送端首先对用户输入的数据按照某种数据传输协议进行编码，以保证数据传输的准确性。在接收数据的时候，需要根据协议的规定，首先判断数据传输的开始，然后，根据协议的规定，提取出所需要的用户数据。

本发明实施例十提供了一种数据传输的协议，如图9所示，用户在本发明实施例提供的数据发送和接收装置上采用图9所示的协议进行数据传输。本发明实施例提供的数据收发装置中，在没有信号传输的时候，发送端的可控硅将一直处于导通状态，交流电没有斩波，因此在接收端看来，一直接收到的都是数据0，因此，需要通过协议来区分是否有数据发送过来。接收端在接收到数据时，需要判断其是否为有效的数据，特别需要区分数据0。因此，本发明实施例十提供了一种用于该数据收发系统的数据传输协议，至少包括数据起始标示和数据内容两部分。起始标示用于指示接收端，判断数据的开始部分，数据内容用于承载用户的输入内容，结束标示用于指示接收端数据接收结束。假设以00000001作为数据接收标志，平时接收端会一直接收到0信号，这时系统会认为没有数据到来，拒绝接收数据，当收到00000001数据时，则认为开始有数据到来了，系统根据协议接收后面若干个数据后，认为接收数据完成。直到接收到下一个据接收标志00000001时，才再次开始接收数据。需要指出的是，起始标示的位数和数据内容的位数，用户可以自由定义，标示的内容，用户也可以自由定义，在这里不做限定。同时，对于较为复杂的传输环境，用户还可以在协议中加入如数据冗余校验位等，用于最大程度保证数据传输的准确性。

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，本领域普通技术人员也可以通过其他变形实现本发明，如通过更改电路使传输数字0时进行斩波，传输数字1时不进行斩波，或者正半波斩波代表0，负半波斩波代表1，或者通过两个或几个波形携带一个信号等，上述的所有变形都应包含在本发明的内容里面，通过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 (12)

1.一种用于照明控制的数据发送装置，其特征在于，包括同步单元、数据处理单元和斩波单元；

所述同步单元用于向数据处理单元发送同步指示信号；

所述数据处理单元用于在接收到同步指示信号时，将待发送数据转换成斩波控制信号，并将信号发送给斩波单元；

所述斩波单元在接收到数据处理单元发送的斩波控制信号后，对交流电进行斩波处理，并将斩波后的交流电进行发送；

所述数据处理单元以2、3、4……N进制中任一进制对斩波控制信号进行配置，数据处理单元根据不同的进制和数据，向斩波单元发送不同时长的电平信号进行斩波控制，所述斩波单元在接收到数据单元发送的不同时长的电平信号后，对交流电进行相应时长的斩波，其中，N为正整数；

所述同步单元采用光耦合器进行电压检测，光耦合器的输入端与电阻相串联进行限流然后连接到交流电上，光耦合器的输出端输出与交流电频率相一致的同步指示信号。

2.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述同步单元检测到交流电电压为零伏时，或电压达到最大有效值时，或电压到达预设的任意一个电压值时，向数据处理单元发送同步指示信号。

3.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述同步单元根据交流电周期输出时钟同步信号，将所述时钟同步信号作为同步指示信号发送给数据处理单元。

4.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述斩波单元在接收到数据单元发送的不同时长的电平信号后，对交流电进行相应时长的斩波。

5.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述数据处理单元发送二进制数据时，交流电被斩波部分对应于二进制中的1，不斩波部分对应于二进制中的0，当数据信号为0时，所述斩波单元对所述交流电不斩波，当数据信号为1时，所述斩波单元对所述交流电进行1/4交流电周期的斩波。

6.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述数据处理单元发送八进制数据时，当为数据0时，不进行斩波；当为数据1时，进行1/16交流电周期斩波处理；当为数据2时，进行2/16交流电周期斩波处理；当为数据3时，进行3/16交流电周期斩波处理；当为数据4时，进行4/16交流电周期斩波处理；当为数据5时，进行5/16交流电周期斩波处理；当为数据6时，进行6/16交流电周期斩波处理；当为数据7时，进行7/16交流电周期斩波处理。

7.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述斩波单元采用可控硅或三极管进行斩波处理。

8.如权利要求1所述的数据发送装置，其特征在于，所述数据处理单元发送的数据至少包括起始标志位和数据内容，所述起始标志位为固定长度，所述数据内容为任意长度。

9.一种用于照明控制的接收权利要求1至8任一项所述的数据发送装置发送的数据的数据接收装置，其特征在于，包括电压检测单元和数据接收单元，

所述电压检测单元用于对交流电进行检测，当检测到已斩波交流电时，根据其被斩波部分的时长，向数据接收单元发送一个对应时长的斩波检测信号；

所述数据接收单元接收电压检测单元发送的斩波检测信号，通过检测该信号的时长，将其转化为相应的数字信号，实现数据接收；

所述数据接收单元，使用与发送端所使用的进位制相同的进位制，将斩波检测信号转化为所传输的数据；

所述电压检测单元采用光耦合器进行电压检测。

10.一种采用权利要求1至8任意一项所述的数据发送装置进行数据发送的方法。

11.一种采用权利要求9所述的数据接收装置进行数据接收的方法。

12.一种采用权利要求1至8任意一项所述的数据发送装置和采用权利要求9所述的数据接收装置的数据传输系统。