CN105227215A - 一种电力载波通信装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种电力载波通信装置及其控制方法，利用电子开关电路，在电力载波通信处理模块处于唤醒时间窗时，将高频信号接收耦合电路并接入电力线，而在电力载波通信处理模块休眠时，切断高频信号接收耦合电路与电力线的连接，从而有效降低总线的负载，使得载波高频信号衰减值小，通过唤醒-休眠-唤醒这样地不断反复循环，可以大大降低电力载波通信处理模块的功耗，为了降低功耗，本发明在同步序列码后设置从机ID短地址，通过该从机ID短地址的设定，有效避免由于主机与某个从机通信时，其他接收到的从机均完整地打开时间接收窗口，从而加大功耗的问题。

Description

一种电力载波通信装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力载波通信装置及其控制方法。

背景技术

目前大部份的电力载波通信模块不管是否需要通信，都始终处于监听状态，全程监听电力线的载波信息，以便确认是否需要进行通信。随着电力载波通信模块的带宽及处理速度的加快，始终处于监听状态的模块功耗越来越高。

有些电力载波通信模块采用睡眠-唤醒-监听的方式，进行降低功耗的处理，但是由于通信时基无法同步，唤醒周期及时间窗口不一致，所以主从设备需要复杂的同步及协调的机制，且任何一次的失步，就无法正常收发。即使通过很多技术手段，随着时间的偏移、时钟源特性的改变，仍然会使得主从设备难于在一段长时间的唤醒时间窗口同步。

目前大部份的电力载波通信模块的通信请求，具有随机性的特点，即会在任一时刻发出通信请求，那么每次通信请求的同步序列码会随机分布在电力线工频周期里面的任一时间点。通过目前通信的机制及原理可知，因为同步序列码无法增加太多的纠错解决的手段，而数据域可以通过各种纠错的机制，使得数据域的通信增益要大于同步序列码的通信增益，而同步序列码是否能够有效检出，又很大程度决定了一帧数据是否可以正常接收，所以如果能够有效提高信号同步检测有效性，即可提高整帧数据的灵敏度。

电力线工频电压过零点是一个天然的全网同步时基，该时基信号与时间、器件、环璄参数均不相关，利于其特点，全网电力载波通信模块均以过零信号来产生睡眠及唤醒的时基信号，可以不须借助其他附加的手段及方法，即可实现长时间、高可靠、高稳定的唤醒时间窗口同步。

同步序列码是否有效检出，是通信是否成功的前提条件，然而如果利用一些技术手段来保证同步序列码跟数据域具备相同的通信增益，是不太现实的，因此利用电力线工频电压过零点附近具有对高频信号干扰少、信号衰减小的天然特性，把工频电压过零点作为通信起始的时基点，使每一帧通信请求时，其同步序列码均会落在电力线工频电压过零点的附近，从而得到了一部份的通信增益，有效提高通信成功率。

电力载波通信信道是一个总线式通信信道，所有电力载波通信模块均通过高频信号接收耦合电路并接在电力线上，那么针对每个电力载波通信模块而言，均为一个负载，显然，通过欧姆定理可知，随着负载加重，高频信号衰减越来越厉害，从而影响到通信的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降低总线式通信信道的负载，从而使得载波高频信号衰减值小，且可降低电力载波通信模块的功耗同时提高通信成功率的电力载波通信装置及其控制方法。

本发明一种电力载波通信装置，包括工频电压过零点检测电路、电力载波通信处理模块、载波高频耦合电路和电子开关，其中，工频电压过零点检测电路的一端并接入电力线，另一端的输出方波信号管脚连接电力载波通信处理模块的中断管脚；电子开关一端并接入电力线，另一端的两个接线端分别连接载波高频耦合电路的两管脚，且电子开关连接电力载波通信处理模块的IO使能端用于接收电力载波通信处理模块的IO使能信号；所述载波高频耦合电路的另一端分别连接电力载波通信处理模块的数据接收处理单元和数据发送处理单元。

所述的一种电力载波通信装置的控制方法，其中，数据帧封装为“同步序列码+从机ID短地址+有效数据”，具体包括如下步骤：

步骤1、电力载波通信处理模块处于休眠状态，当电力载波通信处理模块接收到数据发送请求后，该电力载波通信处理模块中断管脚接收工频电压过零点检测电路输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关闭合，使载波高频耦合电路并接入电力线，然后按预设的数据帧发送原则，由数据发送处理单元输出待发送的数据，通过载波高频耦合电路加载至电力线中进行数据发送，数据发送完成后，电力载波通信处理模块进入休眠状态，同时电力载波通信处理模块发送IO使能信号控制电子开关打开，切断载波高频耦合电路与电力线的连接；

步骤2、电力载波通信处理模块处于数据接收监听中，该电力载波通信处理模块中断管脚接收工频电压过零点检测电路输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关闭合，使载波高频耦合电路并接入电力线，同时电力载波通信处理模块启动监听同步序列码，当电力载波通信处理模块监测到同步序列码后，再接收从机ID短地址，并判断该从机ID短地址与电力载波通信处理模块自身的ID短地址是否匹配，如果匹配，那么电力载波通信处理模块开始接收有效数据，直至接收到完整的数据帧后，电力载波通信处理模块重新进入休眠状态，反之，电力载波通信处理模块直接进入休眠状态，该电力载波通信处理模块进入休眠状态的同时发送IO使能信号控制电子开关打开，切断载波高频耦合电路与电力线的连接。

本发明利用电子开关电路，在电力载波通信处理模块处于唤醒时间窗时，将高频信号接收耦合电路并接入电力线，而在电力载波通信处理模块休眠时，切断高频信号接收耦合电路与电力线的连接，从而有效降低总线的负载，使得载波高频信号衰减值小；同时，当电力载波通信处理模块处于休眠状态下时，关闭相关外设及数据处理单元的工作，只保留工频电压过零中断信号唤醒的功能，那么整个电力载波通信处理模块的工作功耗可以非常低，当唤醒后，电力载波通信处理模块随即开启相关外设及数据处理单元进入完全工作的状态。因此，通过唤醒-休眠-唤醒这样地不断反复循环，可以大大降低电力载波通信处理模块的功耗。本发明利用同步序列码在电压过零附近传输，提高同步序列码通信增益，从而提高电力线载波通信处理模块的通信成功率。为了降低功耗，本发明在同步序列码后设置从机ID短地址，通过该从机ID短地址的设定，有效避免由于主机与某个从机通信时，其他接收到的从机均完整地打开时间接收窗口，从而加大功耗的问题。

附图说明

图1为本发明一种电力载波通信装置的结构框图；

图2为工频电压过零信号检测示意图；

图3为数据接收顺序示意图；

图4为本发明中数据接收处理流程图；

图5为本发明中数据发送处理流程图。

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

具体实施方式

由工频电压过零检测电路输出以工频50/60Hz为周期、占空比为50%的方波信号，所有电力载波通信处理模块约定以上述检出的方波信号过零点的上升或下降沿来唤醒模块，如图2所示，工频电压过零点到T11为电力载波通信处理模块预置的唤醒时间窗口，在这个窗口时间内，电力载波通信处理模块会检测同步头及从机短地址ID，只有检测到同步头及从机短地址ID与本机的ID是匹配，才完全打开接收时间窗口，进行完整数据帧的接收，该接收数据的时长由实际传输数据帧的时长决定，在这个数据接收过程中，数据帧持续地接收直至完整的数据帧接收完，才切换进入休眠状态，不会受休眠时间窗口的影响，只有等完整的数据帧接收完成后方进入休眠状态；T11到下一个工频电压过零点为电力载波通信处理模块休眠时间窗口，在不接收数据的情况下，T11时间到，电力载波通信处理模块即进入休眠状态。通常情况下，一直交替通过电压过零点的唤醒，只有在电力载波通信处理模块接收到同步序列码且从机ID短地址匹配时，电力载波通信处理模块由于接收数据会持续一段时间，所以这段时间内，电力载波通信处理模块始终处于工作态（接收时长可能会存在经过几个电压过零点），直到电力载波通信处理模块收到完整的一帧数据后，再进入休眠状态。

如图1所示，本发明一种电力载波通信装置，包括工频电压过零点检测电路1、电力载波通信处理模块2、载波高频耦合电路3和电子开关4，其中，工频电压过零点检测电路1的一端并接入电力线，另一端的输出方波信号管脚连接电力载波通信处理模块2的中断管脚21；电子开关4一端并接入电力线，另一端的两个接线端分别连接载波高频耦合电路3的两管脚，且电子开关4连接电力载波通信处理模块2的IO使能端22用于接收电力载波通信处理模块2的IO使能信号；所述载波高频耦合电路3的另一端分别连接电力载波通信处理模块2的数据接收处理单元23和数据发送处理单元24。

如图4、5所示，本发明一种电力载波通信装置的控制方法，其中，数据帧封装为“同步序列码+从机ID短地址+有效数据”，通过CRC16算法将多字节的从机ID地址进行压缩形成ID短地址，放在同步序列码之后，具体包括如下步骤：

步骤1、电力载波通信处理模块2处于休眠状态，当电力载波通信处理模块2接收到数据发送请求后，该电力载波通信处理模块2中断管脚接收工频电压过零点检测电路1输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块2从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块2进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关4闭合，使载波高频耦合电路3并接入电力线，然后按预设的数据帧发送原则，由数据发送处理单元24输出待发送的数据，通过载波高频耦合电路3加载至电力线中进行数据发送，数据发送完成后，电力载波通信处理模块2进入休眠状态，同时电力载波通信处理模块2发送IO使能信号控制电子开关4打开，切断载波高频耦合电路3与电力线的连接；

步骤2、电力载波通信处理模块2处于数据接收监听中，该电力载波通信处理模块2中断管脚接收工频电压过零点检测电路1输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块2从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块2进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关4闭合，使载波高频耦合电路3并接入电力线，同时电力载波通信处理模块2启动监听同步序列码，当电力载波通信处理模块2监测到同步序列码后，再接收2个字节时长的从机ID短地址，判断该从机ID短地址与电力载波通信处理模块2自身的ID短地址是否匹配，如果匹配，那么电力载波通信处理模块2开始接收有效数据，直至接收到完整的数据帧后，电力载波通信处理模块2重新进入休眠状态，反之，电力载波通信处理模块2直接进入休眠状态，该电力载波通信处理模块2进入休眠状态的同时发送IO使能信号控制电子开关4打开，切断载波高频耦合电路3与电力线的连接。

本发明数据接收是从同步序列码开始的，通过判断接收的从机ID短地址是否与本机的ID短地址匹配，来确定所述数据是否发送给本从机，如果发送给本从机则继续接收，否则进入休眠状态。传统数据接收的流程为，接收到同步序列码及同步头后，接收设备即进入接收有效数据，由于有效数据的长度会比较长，就意味着需要开启较长的时间窗口，由于是总线接收的方式，很多时候，主机发送的数据只是针对发送给对应的从机，然后其他能接收到的从机不加以判断就开启较长时间窗口接收数据，显然就要牺牲了功耗。本发明为了降低功耗，在同步序列码后设置从机ID短地址，通过该从机ID短地址的设定，有效避免由于主机与某个从机通信时，其他接收到的从机均完整地打开时间接收窗口，从而加大功耗的问题。

Claims (2)

1.一种电力载波通信装置，其特征在于：包括工频电压过零点检测电路、电力载波通信处理模块、载波高频耦合电路和电子开关，其中，工频电压过零点检测电路的一端并接入电力线，另一端的输出方波信号管脚连接电力载波通信处理模块的中断管脚；电子开关一端并接入电力线，另一端的两个接线端分别连接载波高频耦合电路的两管脚，且电子开关连接电力载波通信处理模块的IO使能端用于接收电力载波通信处理模块的IO使能信号；所述载波高频耦合电路的另一端分别连接电力载波通信处理模块的数据接收处理单元和数据发送处理单元。

2.根据权利要求1所述的一种电力载波通信装置的控制方法，其特征在于：数据帧封装为“同步序列码+从机ID短地址+有效数据”，具体包括如下步骤：

步骤1、电力载波通信处理模块处于休眠状态，当电力载波通信处理模块接收到数据发送请求后，该电力载波通信处理模块中断管脚接收工频电压过零点检测电路输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关闭合，使载波高频耦合电路并接入电力线，然后按预设的数据帧发送原则，由数据发送处理单元输出待发送的数据，通过载波高频耦合电路加载至电力线中进行数据发送，数据发送完成后，电力载波通信处理模块进入休眠状态，同时电力载波通信处理模块发送IO使能信号控制电子开关打开，切断载波高频耦合电路与电力线的连接；

步骤2、电力载波通信处理模块处于数据接收监听中，该电力载波通信处理模块中断管脚接收工频电压过零点检测电路输出的方波信号，检测到方波信号过零点后上升或下降沿来临时，该电力载波通信处理模块从休眠状态中被唤醒；

当电力载波通信处理模块进入唤醒状态后，在唤醒时间窗口内完成硬件初始化工作，并发送IO使能信号控制电子开关闭合，使载波高频耦合电路并接入电力线，同时电力载波通信处理模块启动监听同步序列码，当电力载波通信处理模块监测到同步序列码后，再接收从机ID短地址，并判断该从机ID短地址与电力载波通信处理模块自身的ID短地址是否匹配，如果匹配，那么电力载波通信处理模块开始接收有效数据，直至接收到完整的数据帧后，电力载波通信处理模块重新进入休眠状态，反之，电力载波通信处理模块直接进入休眠状态，该电力载波通信处理模块进入休眠状态的同时发送IO使能信号控制电子开关打开，切断载波高频耦合电路与电力线的连接。