CN105122661A - 在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供为了克服电力线通信的恶劣的信道环境而通过改变借助电力线供给的常用电源的电压(振幅)来发送从发送端所要传递的数据，并在接收端通过检测借助电力线供给的电源的电压来接收数据的电力线通信装置及方法，由此去除传送电力的限制，因而不受距离的限制，从而提供只要是传递220V/60Hz电压的范围，均可实现电力线通信，通过测定电力线的真有效值电压，来使噪音在检测电压时被平均化并消失，因而负荷的干扰及杂音的影响少，并且由于对60Hz频率的电力线的阻抗与当前所使用的电力线通信频率相比非常之高(数百倍以上)，因而不仅使信号衰减的不确定性消失，还通过使用电压变化装置来使得无需利用频率调制装置的频率调制技术，并且无需其他耦合器装置的电力线通信装置及方法。

Description

在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电力线通信装置及方法，尤其涉及为了克服电力线通信的恶劣的信道环境而通过改变借助电力线供给的常用电源的电压(振幅)来发送从发送端所要传递的数据，并在接收端通过检测借助电力线供给的电源的电压来接收数据的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法。

背景技术

电力线通信(PLC；PowerLineCommunication)为使用电力线来作为通信线，利用高频率过滤器来分离100kHz～30MHz的通信信号而进行发送及接收的方法，借助频率多重分隔方式来使电源和通信信号多重化并同时传送，通常使用60Hz的电源及使用数十kHz～数MHz的高频率信号来作为通信信号。图1a及图1b简要示出电力线通信的发送端及接收端中的远离。

电力线通信可适用于照明、家庭网络等多种领域，其中察看路灯双向管制系统的例，位于路灯分电箱内的主(Master)调制解调器以电力线作为媒介来传送调光指令，位于路灯柱内的次(Slave)调制解调器接收指令来以与指令相对应地控制调光用稳定器，从而控制灯的亮度。

如上所述，利用电力线通信的路灯双向管制系统无需其他线路施工地在现有个别路灯柱和分电箱设置电力线通信系统，在发生负责管理的公务人员进行查巡或上访人员投诉的情况之前，可通过中央控制系统来实时一目了然地掌握个别路灯的情况，当个别路灯漏电、稳定器及灯发生故障时，即可阻断电源，并向管理负责人的手机或中央控制室通知与所发生的情况相关的信息。

如上所述，电力线通信具有无需其他通信线路、设置简单、无需其他通信费用的优点。

但是，由于有限的传送电力，电力线通信在通信距离方面存在局限性，并具有产生如电动马达等的非同期性地产生的噪音、在60Hz的常数倍频率产生的高频率噪音、当开启或关闭电子设备的开关时所产生的独立的脉冲噪音等的高负荷干扰和杂音，并由于基于环境的阻抗的变化而存在信号衰减的不确定性的缺点。

具体察看发生上述的电力线通信的缺点的理由则如下。首先，电力线本来以传递电能为目的来制造，因而被设计成适用于60Hz的低频率电信号。即，与高频率信号的传递特性无关，由此仅以满足绝缘条件来制造的电力线的包覆和任意设置的支路及各种负荷设备成为对电力线信号特性产生影响的主要原因。

因此，由于电力线的这种特性，随着频率增加，作为相对高频率信号的通信信号将经历较大的衰减，并且需承受基于分岔的信号损失和信号扭曲，由于存在在电能传递过程中所产生的基于热的背景杂音及无法由绝缘包覆阻挡的外部的多种干扰信号，因而切实需要用于克服这种电力线通信的缺点的方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明的第一目的在于，提供无需用于传送控制信号的其他通信线路、设置简单、无需通信费用，并通过去除传送电力的限制来不受距离的限制，从而只要是传递220V/60Hz电压的范围，均可实现电力线通信的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法。

并且，本发明的第二目的在于，提供不仅使得负荷干扰及杂音的影响少，并使信号衰减的不确定性消失，而且无需利用频率调制装置的频率调制技术，无需其他耦合器装置的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法。

并且，本发明的第三目的在于，提供无其他线路工程地在现有的路灯分电箱和个别路灯柱分别设置包括电压变化装置(位于路灯分电箱内)和电压检测装置等的灯电源装置(位于个别路灯柱内)，并可根据环境急需要来控制(调光)路灯的亮度，由此可适用于可节能的路灯灯调光控制方式的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法。

并且，本发明的第四目的在于，提供与现有的通过电压变化的调光系统不同，可在通过数据通信来可控制的调光步骤中，当发送及接收数据的位数为n时，可控制2n步骤，不仅如此，在增加位数方面可以无限制性要素地控制更多步骤的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置及方法。

(二)技术方案

用于实现上述的目的的本发明的特征在于，在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置中，利用发送端的电压变化装置来以输入电源波形的零电压(ZeroCrossing)点为开始点，以规定周期的电压作为单位时间来发生规定电压程度的变化，由此发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端的电压检测装置检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值(RMS；RootMeanSquare)电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置在上述输入电源波形的电压不恒定的情况下，若发送数据为高(high)电平1，则上述电压变化装置在上述单位时间内不发生上述规定电压程度的电压变化，若发送数据为低(Low)电平0，则上述电压变化装置在上述单位时间内发生规定电压程度的电压变化。因此，忽略慢慢变化的量。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，上述电压检测装置在初期测定通过上述电力线接收的电源电压的真有效值电压，与所测定的电压无关地将波形设定成高电平1，之后在每个所设定的单位时间测定真有效值电压，若所测定的真有效值电压为与初期测定的电压相比下降临界电压以上的电压，则将第一数据确定为低电平0并开始接收数据，之后，将测定电压与之前电压进行比较，若其变化小于上述临界电压，则与之前数据相同地确定接收数据，若其变化为上升到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为高电平1，若其变化为下降到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为低电平0。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，上述电压检测装置通过对从上述发送端接收的数据改变脉冲宽度调制(PWM)信号的占空比(DUTY)来用作灯光调光(Dimming)及调节电动机速度的控制信号。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，上述电压变化装置设于路灯分电箱，上述电压检测装置设于个别路灯柱内的灯电源装置，上述电压变化装置包括：两级抽头单卷变压器，为了一边向负荷供给电力一边改变电压，由调光开关连接第一线圈的下端和第二线圈的上端；旁通开关，上述旁通开关的一端与向上述第一线圈的上端供给的输入电源相连接，上述旁通开关的另一端与用于连接上述第一线圈的下端和上述负荷的电源线路相连接；第一开关，上述第一开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第一开关的另一端与共用线相连接；第二开关，上述第二开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第二开关的另一端与连接于上述共用线的第一电阻相连接；第三开关，上述第三开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第三开关的另一端与上述共用线相连接；以及第四开关，上述第四开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第四开关的另一端与连接于上述共用线的第二电阻相连接。

并且，用于实现上述目的的本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，利用发送端的电压变化装置来以输入电源波形的零电压点为开始点，以规定周期的电压作为单位时间来发生规定电压程度的变化，由此发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，在上述输入电源波形的电压不恒定的情况下，若发送数据为高电平1，则上述电压变化装置不发生上述规定电压程度的电压变化，若发送数据为低电平0，则上述电压变化装置发生规定电压程度的电压变化。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压检测装置在初期测定通过上述电力线接收的电源电压的真有效值电压，与所测定的电压无关地将波形设定成高电平1，之后在每个所设定的单位时间测定真有效值电压，若所测定的真有效值电压为与初期测定的电压相比下降临界电压以上的电压，则将第一数据确定为低电平0并开始接收数据，之后，将测定电压与之前电压进行比较，若其变化小于上述临界电压，则与之前数据相同地确定接收数据，若其变化为上升到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为高电平1，若其变化为下降到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为低电平0。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压检测装置通过对从上述发送端接收的数据改变脉冲宽度调制信号的占空比来用作灯光调光及调节电动机速度的控制信号。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，在电力线通信方法中，在发送端的电压变化装置中，以输入电源波形的零电压点为开始点，来在数据未传送状态下维持高，以与所要传送的数据值相对应来使低状态的时间维持为单位时间的n倍的方式来发生规定电压程度的变化，从而发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

并且，在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压变化装置设于路灯分电箱，上述电压检测装置设于个别路灯柱内的灯电源装置，上述电压变化装置包括：两级抽头单卷变压器，为了一边向负荷供给电力一边改变电压，由调光开关连接第一线圈的下端和第二线圈的上端；第一开关，上述第一开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第一开关的另一端与共用线相连接；第二开关，上述第二开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第二开关的另一端与连接于上述共用线的第一电阻相连接；第三开关，上述第三开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第三开关的另一端与上述共用线相连接；以及第四开关，上述第四开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第四开关的另一端与连接于上述共用线的第二电阻相连接，当在上述调光开关及上述第一开关处于开启的状态下，上述电压变化装置为了改变电压而从上述第一抽头向第二抽头转换时，通过执行以下步骤来执行上述抽头的转换：第一步骤，开启上述第二开关；第二步骤，开启上述第四开关；第三步骤，关闭上述第一开关；第四步骤，开启上述第三开关；第五步骤，关闭上述第二开关；以及第六步骤，关闭上述第四开关。

并且，本发明的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压变化装置还包括旁通开关，上述旁通开关的一端与向上述第一线圈的上端供给的输入电源相连接，上述旁通开关的另一端与用于连接上述第一线圈的下端和上述负荷的电源线路相连接。

(三)有益效果

如上所述，本发明具有无需用于传送控制信号的其他通信线路、设置简单、无需通信费用的优点。

并且，由于本发明通过去除传送电力的限制来不受距离的限制，从而只要是传递220V/60Hz电压的范围，均可实现电力线通信，通过测定电力线的真有效值电压，来使噪音在检测电压时被平均化并消失，因而负荷的干扰及杂音的影响少，并且电力线的阻抗被设计成符合60Hz，从而具有不仅使信号衰减的不确定性消失，还通过使用电压变化装置来使得无需利用频率调制装置的频率调制技术，并且无需其他耦合器装置的优点。

由此，本发明在适用本发明的路灯灯调光控制方式中，具有以无其他工程地在现有的个别路灯柱和路灯分电箱设置电压变化装置和电压检测装置，并可根据环境及需要来控制路灯的亮度，由此可节能的效果。

并且，本发明具有可提供与现有的通过电压变化的调光系统不同，可在通过数据通信来可控制的调光步骤中，当发送及接收数据的位数为n时，可控制2n步骤的路灯灯调光控制方式，并在增加位数方面无限制性要素，并由此可控制更多步骤的优点。

并且，本发明在以单位时间的n倍传送低，来与所要传送的数据值相对应，并当未传送数据时维持高的数据发送及接收方法中，可使发送端装置的转换变化数量仅通过下降和上升两次来形成，从而具有可使系统稳定地工作，并在接收端也使检测的复杂性消失的优点。

并且，由于本发明可在电压过程中也使得接收端的工作所需的电力不被阻断地改变电压，从而具有接收端的控制部可以以无电池的方式稳定地工作。

附图说明

图1a及图1b为示出普通的电力线通信的发送端及接收端的原理的图。

图2a及图2b为示出本发明的电力线通信装置及方法的发送端及接收端的基本原理的图。

图3a及图3b为示出在现实电力线使用环境下基于本发明的电力线通信装置及方法的发送端及接收端的应用原理的图。

图4为示出将本发明的电力线通信装置及方法适用于路灯灯调光控制的结构图。

图5为用于本发明的电力线通信装置及方法的电压变化装置的回路图。

图6a至图6c为示出图5中的电压变化装置在电压变化时的状态的回路图。

图7a至图7g为示出按步骤表现出电压变化装置的电压变化过程的回路图。

图8为示出在将本发明的电力线通信装置及方法适用于路灯灯调光控制方式的情况下的路灯分电盘的结构的图。

图9为示出用于本发明的电力线通信装置及方法的接收部的电压检测装置的结构框图。

图10a至图10c为示出图9中的电压检测装置的电压变换器的一例的图。

图11a及图11b为分别示出图9中的电压检测装置的电波整流回路和取样方法的图。

图12a及图12b为分别示出通过计算图9中的电压检测装置的电压的真有效值来抽取接收的数据的方法的图。

图13为示出用作图9中的电压检测装置的中央处理器(CPU)的控制信号的脉冲宽度调制信号的一例的图。

图14为示出基于表1的指令传送帧格式的图。

图15a至图15c为基于位的种类的脉冲维持时间的图。

图16为示出基于图15a至15c的规则来需按表1中的六步骤变更的指令的波形的一例的图。

图17a至图17c为基于电压变化装置的各传递状态的回路图。

图18a至图18c为示出按输出电压的维持时间来传递调光指令的方法的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。需留意的是，以相同的附图标记表示附图中任何位置的相同结构。在下述说明中，出现具体的特定事项，这用于对更加全面理解本发明起到帮助。而且，在对本发明进行说明的过程中，若判断对相关的公知功能或结构的具体说明有可能不必要地使本发明的主旨变得模糊，则省略其详细说明。

为了克服电力线通信的恶劣的信道环境，则需要以下多种技术。作为所需的技术，首先需要以电力线作为媒介来将数据载于频率的频率调制技术，使被调制的通信信号与电力线相结合的偶联技术和用于仅接收接收端所希望的通信信号，并去除不必要的带宽的信号的预过滤器技术，还有用于减少错误率而转换为代码化的符号体系的信道编码技术等。

为此，本发明的电力线通信装置及方法提出通过改变借助电力线供给的常用电源(例如220V/60Hzor50Hz，100V/60Hzor50Hz)的电压(振幅)来发送从发送端所要传递的数据，并在接收端通过检测借助电力线供给的电源的电压来接收数据的电力线通信装置及方法。尤其，本发明的电力线通信装置及方法提出当电压变化时也向接收端持续供给电力的电力线通信装置及方法。

图2a及图2b为示出本发明的电力线通信装置及方法的发送端及接收端的基本原理的图，对220V/60Hz的电源波形，作为一例，利用10V的电压变化装置来改变电压(振幅)，从而发送发送数据(10011010)，在接收端通过检测借助电力线供给的电源的电压来接收数据(10011010)。如图2a及图2b所示，一个周期的电力线发送及接收波形表示一个数据。另一方面，还可以为在发送及接收侧之间设定的规定周期表示一个数据。接收端的电压检测装置以零电压点为开始点来测定真有效值，从而接收所接收的数据。

图3a及图3b为示出在现实电力线使用环境下的本发明的电力线通信装置及方法的发送及接收端的应用原理的图，在现实电力线环境下，电源波形并不始终维持220V/60Hz，而是电压根据电力使用环境来持续实时变化(并不急剧变化，而是在一个周期最大变化2～3V程度)。

如图3a所示，在发送端，在220V/60Hz的电力线输入电压按时间每次下降2V，并重新按时间每次上升2V的情况下，作为一例，若发送数据为高电平1，则在电压变化装置不产生电压下降，仅在发送数据为低电平0的情况下，下降10V的电压来进行传送。

由此，如图3b所示，在接收端将初期通过电力线接收的波形设定成高电平1，之后在每个所设定的单位时间测定真有效值电压，来在上述真有效值电压为下降临界值电压(Vth，在一例中，临界值电压为6V)以上的电压，则将第一数据确定为低电平0，并开始接收数据。之后，若接收信号的测定电压上升8V，来呈现出比临界值电压更大的上升变化，则将第二数据确定为高电平1。与此相同，之后测定所接收的信号的电压来与之前电压进行比较，若结果小于临界值电压，则将之前数据确定为接收信号的数据，若呈现出更大的上升变化，则以与之前数据无关地将数据确定为高电平1，若呈现出更大的下降变化，则以与之前数据无关地将数据确定为低电平0。

之后，参照作为将本发明的电力线通信装置及方法适用于路灯灯调光控制的结构图的图4，来详细说明实施例。为便于说明，未图示控制所需的中央控制室及便携式无线终端。

如图4所示，在路灯分电箱内安装电压变化装置，并以电力线为媒介来传送调光指令，则位于路灯柱内的电压检测装置接收所传送的调光指令，来以与上述调光指令相对应地控制调光用稳定器，从而控制灯的亮度。此时，调光用稳定器和电压检测装置可构成为一体型。

图4中所示的采用本发明的电力线通信装置及方法的路灯灯调光控制方式与现有的调光方式不同，以无其他线路工程地在现有的个别路灯柱和路灯分电箱设置电压变化装置和电压检测装置，并可根据环境及需要来控制(调光)路灯的亮度，由此可实现节能。因此，采用本发明的电力线通信装置及方法的路灯灯调光控制方式可去除通过数据通信来进行控制的调光步骤的局限性，相反，在现有的基于电压变化的调光系统(例，借助多级抽头的N步骤电压变化方式)中，调光步骤限定在N步骤。即，当发送及接收数据的位数为n时，可控制2n步骤。

如上所述，本发明的电力线通信装置及方法具有无需用于传送控制信号的其他通信线路、设置简单、无需通信费用的优点。

并且，本发明的电力线通信装置及方法克服了现有电力线通信的缺点，来去除了传送电力的限制，因而不受距离的限制，从而只要是传递220V/60Hz电压的范围，均可实现电力线通信。但是，由于无法向电压变化装置的电位高处(限流方向)进行通信，因而具有仅可向负荷方向进行单向通信的局限性。

并且，由于本发明的电力线通信装置及方法通过测定电力线的真有效值电压，来当检测电压时，使噪音被平均化并消失，因而负荷的干扰及杂音的影响少，并且由于对60Hz频率的电力线的阻抗与当前所使用的电力线通信频率相比非常之高(数百倍以上)，因而不仅使信号衰减的不确定性消失，还通过使用电压变化装置来使得无需利用频率调制装置的频率调制技术，并且无需其他耦合器装置

图5为用于本发明的电力线通信装置及方法的电压变化装置的回路图，如图所示，通过单卷变压器的两级抽头(TAP)结构，来根据所要发送的数据(高/低)来传送高电压和低电压。

以下参照图6a至图6c来详细说明图5中的电压变化装置在电压变化时的状态。首先，图6a为当输出电压为200V时的电压变化装置的回路图，对于220V/60Hz的输入电压，将第一线圈和第二线圈的线圈比调整为220:200，从而将200V输出为输出电压。此时，由于第二电压通过(第一电压×第二线圈比/第一线圈比)的数学式求得，因而代入输入电压及第一线圈比、第二线圈比，则将求得200V的输入电压。

之后，图6b为输出为210V时的电压变化装置的回路图，对于220V/60Hz的输入电压，将第一线圈和第二线圈的线圈比调整为440:420，从而输出210V的输出电压。相同地，由于第二电压通过(第一电压×第二线圈比/第一线圈比)的数学式求得，因而代入输入电压及第一线圈比、第二线圈比，则将求得210V的输出电压。

图6c为示出用于当发生紧急情况时阻断施加于变压器的电压并使输入电压向输出端旁通(BYPASS)的转换回路图，通过操作成关闭(off)第五开关sw5并开启第六开关sw6，从而使220V/60Hz的输入电压直接输出成输出电压。

之后，参照图7a至图7g，按步骤详细说明图5中的电压变化装置使电压从200V变化为210V的过程。在之前的对发送端和接收端的数据传递方法的说明中，以220V的参考电压和10V的电压变化为一例进行了说明，但即使以210V作为参考电压(Referencevoltage)并将200V作为10V变化的步骤来构成，动作也将相同。210V表示高，200V表示低。

尤其，下述中将要说明的图7a至图7g的电压变化过程为了消除由于开关的关闭(off)动作而使得通过开关来流通的电流被切断来发生的电弧(Arc)特性，使用阻尼(Damping)电阻，并使至少一个以上的开关通过支路线圈来处于开启(on)状态，从而防止支路线圈的全部开关被关闭(off)的现象，即使在抽头转换时，向负荷(接收端)供给的电源不被阻断，尤其在高压灯中，解决在存在瞬间的电压阻断的情况下无法重新亮灯的问题。并且，具有由于接收部稳定地接收电源来可以以没有电池的方式工作的优点。

首先，图7a为变化第一步骤，即开启(on)第一开关sw1，图7b为变化的第二步骤，即在开启第一开关sw1的状态下，开启第二开关sw2。接着，图7c为变化的第三步骤，即在开启第一开关、第二开关的状态下，开启第四开关sw4，图7d为变化的第四步骤，即关闭第一开关来仅使第二开关、第四开关处于开启的状态。之后，图7e为变化的第五步骤，即在开启第二开关、第四开关的状态下，开启第三开关sw3，图7f为变化的第六步骤，即在开启第三开关、第四开关的状态下关闭第二开关。最后，图7g为变化的第七步骤，即关闭第四开关来维持仅使第三开关开启的状态。

同样，在使电压从210V变化为200V的情况下，逆向执行上述的图7a至图7g的电压变化过程。

图8为示出在将本发明的电力线通信装置及方法适用于路灯灯调光控制方式的情况下的路灯分电盘的结构的图。参照图8，控制部根据所要发送的数据来控制电压变换装置的开关，由此变更输出电压，并通过无限调制解调器(通信部)来执行与服务器之间的通信，并相应服务器的各种电力信息及状态报告和从服务器传递的调光变更要求数据来控制电压变换装置的开关。

除此之外，采用本发明的电力线通信装置及方法的路灯灯调光控制方式的路灯分电盘具有包括测定输入及输出电压、电流、功率因素、电力等的功能，并可包括内部状态显示用显示装置(液晶显示器及发光二极管等)及设定变更要求用键区(KEYPAD)等。

图9为示出用于本发明的电力线通信装置及方法的接收部的电压检测装置的结构框图，电压转换及交流/直流(A/D)转换器将从发送不通过电力线供给的接收电源(210V或200V)转换成中央处理器(CPU)可测定的低于5V的电压(利用电力变压器(PT)或电流变压器(CT))来抽样后，将其值向中央处理器传递。接着，中央处理器将从电压转换及交流/直流转换器传递的电压计算为真有效值后，利用在上述的接收部中的数据判断方法来转换成接收数据，并分析其指令，来输出与上述执行相对应的控制信号。开关式电源(SMPS)将所接收的交流电压转换成用于使中央处理器及电压转换及交流/直流转换器工作的直流电压并提供。

图10a至图10c为示出在图9中的电压检测装置中用于将接收电源转换成5V以下的低电压的电压转换器的一例的图，图10a、图10b、图10c分别示出电力变压器(PT；PowerTransformer)、电阻分配器、电流变压器(CT；CurrentTransformer)。

首先，参照图10a，电力变压器以根据第一线圈比和第二线圈比的比率来将第一电压转换成第二电压的方式使电压降低至电压转换及交流/直流转换器可读取的电压区域。电力变压器具有使初级回路和次级回路电绝缘的优点。

之后，参照图10b，当按照电阻比来将220V的输入电压转换成2.2V的低电压时，回路简单的优点。

最后，参照图10c，在电流变压器具有100:1的比率的情况下，若第一电流为2.2mA，则第二电流为22uA，因而第二电阻(R2)的电压为2.2V(22uAx100kohm)。电流变压器具有使初级回路和次级回路电绝缘并与电力变压器相比，电压低的优点。

图11a及图11b为分别示出为使图9中的电压检测装置的电压转换及交流/直流转换器容易执行取样而将交流转换成直流的电波整流回路和取样方法的图，此时，电波整流回路还可使用半波整流回路，在使用差动交流/直流转换器(DifferentialA/Dconverter)的情况下，可省略整流回路。取样可通过在一周期内执行n次抽样来向中央处理器传递实时抽样的数字值。

图12a及图12b为示出图9中的电压检测装置的中央处理器计算电压的真有效值来抽取接收数据的方法的图，如图12a所示，中央处理器根据从电压转换及交流/直流转换器接收的数据来计算真有效值，并如图12b所示，检测出接收信息。在一例中，虽然计算了一周期的真有效值，但计算多个周期的真有效值并取平均也无妨。真有效值可通过下述数学式1来求得。

数学式1

$Vrms=\sqrt{(X{1}^2+X{2}^2+X{3}^2.........{\mathrm{Xn}}^2)}/n$

图13为示出图9中的电压检测装置的中央处理器用作控制(调光)灯亮度或控制电动机的速度的控制信号的脉冲宽度调制信号的一例的图，可通过脉冲宽度调制信号的占空比(DUTY)的变化来在接收部接收从发送部传递的数据并转换成与之相对应的控制信号。

之后，下表1为用于利用发送及接收的控制数据来传递调光指令的各步骤的指令数据的一例，为了传递十六步骤的调光指令，则需要四位，但为了避免通信错误，在调光指令四位增加各位的补充四位，来展现出共八位。

表1

调光步骤	指令数据	备注
			0步骤	0×00＝0b0000000	Bypass
1步骤	0×1E＝0b00011110
			2步骤	0×2D＝0b00101101
3步骤	0×3C＝0b00111100
			4步骤	0×4B＝0b01001011
5步骤	0×5A＝0b01011010
			6步骤	0×69＝0b01101001
7步骤	0×78＝0b01111000
			8步骤	0×87＝0b10000111
9步骤	0×96＝0b10010110
			10步骤	0×A5＝0b10100101
11步骤	0×B4＝0b10110100
			12步骤	0×C3＝0b11000011
13步骤	0×D2＝0b11010010
			14步骤	0×E1＝0b11100001
15步骤	0×F0＝0b11110000

图14为示出基于表1的指令传送帧格式的图，图15a至图15c为基于位的种类的脉冲维持时间的图，开始位在维持基准时间的两倍以上的低后，变为高，高位以高和低状态均维持基准时间，低位在以高状态维持基准时间后，以低状态维持基准时间的两倍。基准时间T被设定成以秒为单位。

图16示出基于图15a至15c的规则来需按表1中的六步骤变更的指令的波形的一例的图。参照图16，以需按六步骤变更的指令的波形应传递0×69，因而在开始信号之后，传递L、H、H、L、H、L、L、H。若将基准时间T设定为1秒，则一共22T，即22秒。

图17a至图17c分别示出基于各传递状态的电压变化装置的回路。图17a示出空闲(Idle)状态的开关开闭状态，图17b示出高位传递状态的开关开闭状态，图17c示出低位传递状态的开关开闭状态。

图18a至图18c示出以输出电压的维持时间来传递调光指令的方法。图18a示出以已变更的输出电压的维持时间来传递调光指令的方法，在维持低达基准时间的n倍后，变为高，基准时间T被设定成以秒为单位。按若n为1，则为旁通指令，若n为2，则为第一步骤，若n为3，则为第二步骤的顺序来传递调光指令。

在图18b中，以已变更的输出电压的维持时间来传递调光指令，但与图18a不同，在维持高达基准时间的n倍后，变为低。相同地，按若n为1，则为旁通指令，若n为2，则为第一步骤，若n为3，则为第二步骤的顺序来传递调光指令。

图18c示出以输出电压的变更周期来传递调光指令的方法，以基准时间T的n倍为周期来使低及高变更设定次数。如图所示，旁通指令在以基准时间T的一倍为周期使低及高变更设定次数，并且第一步骤指令可以以基准时间T的两倍为周期使低及高变更变更设定次数的方式传递调光指令。

如上所述，本发明的电力线通信装置及方法无需用于传送控制信号的其他通信线路、设置简单，并无需通信费用。

并且，本发明的电力线通信装置及方法通过去除传送电力的限制来不受距离的限制，只要是传递220V/60Hz电压的范围，均可实现电力线通信，通过测定电力线的真有效值电压，来使噪音在检测电压时被平均化并消失，因而负荷的干扰及杂音的影响少，并且由于对60Hz频率的电力线的阻抗与当前所使用的电力线通信频率相比非常之高(数百倍以上)，因而不仅使信号衰减的不确定性消失，还通过使用电压变化装置来使得无需利用频率调制装置的频率调制技术，并且无需其他耦合器装置

由此，采用本发明的电力线通信装置及方法的路灯灯调光控制方式无需其他线路施工地在现有个别路灯柱和分电箱设置电力变化装置和电力检测装置，并可根据环境及需要来控制(调光)路灯的亮度，并由此可节能。

并且，采用本发明的电力线通信装置及方法的路灯灯调光控制方式与现有的基于电压变化的调光系统不同，可在通过数据通信来可控制的调光步骤中，当发送及接收数据的位数为n时，可控制2n步骤。

另一方面，在本发明的详细说明中，对具体实施例进行了说明，但在不脱离本发明范围的情况下，可实施多种变形。因此，本发明的范围不应限定于在上述中进行说明的实施例，应根据本发明要求保护范围及与其等同的发明要求保护范围来定义本发明。

产业上的可利用性

在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光装置及方法。

Claims (12)

1.一种在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，在电力线通信装置中，利用发送端的电压变化装置来以输入电源波形的零电压点为开始点，以规定周期的电压作为单位时间来发生规定电压程度的变化，由此发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端的电压检测装置检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

2.根据权利要求1所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，在上述输入电源波形的电压不恒定的情况下，若发送数据为高电平(1)，则上述电压变化装置在上述单位时间内不发生上述规定电压程度的电压变化，若发送数据为低电平(0)，则上述电压变化装置在上述单位时间内发生规定电压程度的电压变化。

3.根据权利要求2所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，上述电压检测装置在初期测定通过上述电力线接收的电源电压的真有效值电压，与所测定的电压无关地将波形设定成高电平(1)，之后在每个所设定的单位时间测定真有效值电压，若所测定的真有效值电压为与初期测定的电压相比下降临界电压以上的电压，则将第一数据确定为低电平(0)并开始接收数据，之后，将测定电压与之前电压进行比较，若其变化小于上述临界电压，则与之前数据相同地确定接收数据，若其变化为上升到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为高电平(1)，若其变化为下降到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为低电平(0)。

4.根据权利要求3所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，上述电压检测装置通过对从上述发送端接收的数据改变脉冲宽度调制信号的占空比来用作灯光调光及调节电动机速度的控制信号。

5.根据权利要求1所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制装置，其特征在于，

上述电压变化装置设于路灯分电箱，上述电压检测装置设于个别路灯柱内的灯电源装置，

上述电压变化装置包括：

两级抽头单卷变压器，为了一边向负荷供给电力一边改变电压，由调光开关连接第一线圈的下端和第二线圈的上端；

旁通开关，上述旁通开关的一端与向上述第一线圈的上端供给的输入电源相连接，上述旁通开关的另一端与用于连接上述第一线圈的下端和上述负荷的电源线路相连接；

第一开关，上述第一开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第一开关的另一端与共用线相连接；

第二开关，上述第二开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第二开关的另一端与连接于上述共用线的第一电阻相连接；

第三开关，上述第三开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第三开关的另一端与上述共用线相连接；以及

第四开关，上述第四开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第四开关的另一端与连接于上述共用线的第二电阻相连接。

6.一种在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，在电力线通信方法中，利用发送端的电压变化装置来以输入电源波形的零电压点为开始点，以规定周期的电压作为单位时间来发生规定电压程度的变化，由此发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

7.根据权利要求6所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，在上述输入电源波形的电压不恒定的情况下，若发送数据为高电平(1)，则上述电压变化装置不发生上述规定电压程度的电压变化，若发送数据为低电平(0)，则上述电压变化装置发生规定电压程度的电压变化。

8.根据权利要求7所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压检测装置在初期测定通过上述电力线接收的电源电压的真有效值电压，与所测定的电压无关地将波形设定成高电平(1)，之后在每个所设定的单位时间测定真有效值电压，若所测定的真有效值电压为与初期测定的电压相比下降临界电压以上的电压，则将第一数据确定为低电平(0)并开始接收数据，之后，将测定电压与之前电压进行比较，若其变化小于上述临界电压，则与之前数据相同地确定接收数据，若其变化为上升到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为高电平(1)，若其变化为下降到上述临界电压以上的变化，则将接收数据确定为低电平(0)。

9.根据权利要求8所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压检测装置通过对从上述发送端接收的数据改变脉冲宽度调制信号的占空比来用作灯光调光及调节电动机速度的控制信号。

10.一种在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，在电力线通信方法中，在发送端的电压变化装置中，以输入电源波形的零电压点为开始点，来在数据未传送状态下维持高，以与所要传送的数据值相对应来使低状态的时间维持为单位时间的n倍的方式来发生规定电压程度的变化，从而发送包含发送数据的已变化的电源电压，在接收端检测通过电力线供给的上述已变化的电源电压，以零电压点为开始点来测定真有效值电压，来从上述已变化的电源电压接收上述发送数据。

11.根据权利要求6或10所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，

上述电压变化装置设于路灯分电箱，上述电压检测装置设于个别路灯柱内的灯电源装置，

上述电压变化装置包括：

两级抽头单卷变压器，为了一边向负荷供给电力一边改变电压，由调光开关连接第一线圈的下端和第二线圈的上端；

第一开关，上述第一开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第一开关的另一端与共用线相连接；

第二开关，上述第二开关的一端与上述第二线圈的第一抽头相连接，上述第二开关的另一端与连接于上述共用线的第一电阻相连接；

第三开关，上述第三开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第三开关的另一端与上述共用线相连接；以及

第四开关，上述第四开关的一端与上述第二线圈的第二抽头相连接，上述第四开关的另一端与连接于上述共用线的第二电阻相连接，

当在上述调光开关及上述第一开关处于开启的状态下，上述电压变化装置为了改变电压而从上述第一抽头向第二抽头转换时，通过执行以下步骤来执行上述抽头的转换：

第一步骤，开启上述第二开关；

第二步骤，开启上述第四开关；

第三步骤，关闭上述第一开关；

第四步骤，开启上述第三开关；

第五步骤，关闭上述第二开关；以及

第六步骤，关闭上述第四开关。

12.根据权利要求11所述的在电力线通信中利用常用电源的振幅变化的调光控制方法，其特征在于，上述电压变化装置还包括旁通开关，上述旁通开关的一端与向上述第一线圈的上端供给的输入电源相连接，上述旁通开关的另一端与用于连接上述第一线圈的下端和上述负荷的电源线路相连接。