CN106787202A - 电力载波系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力载波系统及控制方法，一方面，本发明提供了一种电力载波系统，包括物联网关，还包括集中器和智能终端节点，所述智能终端节点通过外界的市电与集中器连接，集中器与物联网关信号连接。另一方面，本发明提供了一种电力载波控制方法。本发明通过物联网关与集中器连接，集中器通过市电与智能终端节点连接，充分的利用电力载波技术，可有效的降低安装成本，加大传输距离，增强安全性。

Description

电力载波系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其涉及一种电力载波系统，还涉及一种电力载波控制方法。
背景技术
电力线载波通信技术为充分利用现有的电网的技术，电力线载波通信技术通过在电网两端加以调制解调器，直接以50Hz交流电为载波，再以几百千赫兹的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。目前使用的总线传输技术，布线麻烦、安装维护成本高；同时无线传输技术，传输距离受限制、安全性低。因此，采用电力载波技术作为家居内网数据通信方式能有效解决总线传输技术与无线传输技术使用时存在的问题。
发明内容
本发明的目的一是，提供一种电力载波系统，可有效的降低安装成本，加大传输距离，增强安全性。
本发明目的二是，提供该系统的一种控制方法。
为实现上述目的一，提供了一种电力载波系统，包括物联网关，还包括集中器和智能终端节点，所述智能终端节点通过外界的市电与集中器连接，集中器与物联网关信号连接，
所述集中器包括与市电连接的第一变压模块，与第一变压模块连接的第一PLC模块，与第一PLC模块连接的集中器微控制单元，与集中器微控制单元连接的接发器，所述接发器与物联网关连接，
所述智能终端节点包括与市电连接的第二变压模块，与第二变压模块连接的第二PLC模块，与第二PLC模块连接的智能终端节点微控制单元，与智能终端节点微控制单元连接的传感元件和执行元件。
优选地，所述第一PLC模块包括与第一变压模块连接的第一电力线通信接发器，与第一电力线通信接发器连接的第一微控制单元，第一微控制单元与集中器微控制单元连接。
优选地，所述第二PLC模块包括与第二变压模块连接的第二电力线通信接发器，与第二电力线通信接发器连接的第二微控制单元，所述第二微控制单元与智能终端节点微控制单元连接。
优选地，所述集中器和智能终端节点均与线性电源连接。
优选地，所述线性电源包括第一变压器，分别与第一变压器连接的第一整流单元和第二整流单元，并联于第一整流单元输出端的第一调压单元，并联于第二整流单元输出端的第二调压单元，并联于第二调压单元输出端的第三调压单元，其中，所述第一调压单元的输入端与接地端之间并联一第一电容，第一调压单元的输出端与接地端之间依次并联一第三电容和一第二电容，所述第二调压单元的输入端与接地端之间并联一第四电容，第二调压单元的输出端与接地端之间依次并联一第五电容和一第六电容，第三调压单元的输出端与接地端之间依次并联一第七电容和第一电阻与第一LED灯的串联电路。
优选地，所述第一变压模块包括第六十一电容、第一变压模块变压器和第六十一电阻，第一变压模块变压器一次侧与市电两端连接并且通过第六十一电容与市电火线连接，第一变压模块变压器二次侧火线同名端通过第六十一电阻与第一PLC模块连接并且另一端接地。
优选地，所述第二变压模块包括第七十一电容、第二变压模块变压器和第七十一电阻，第二变压模块变压器一次侧与市电两端连接并且通过第七十一电容与市电火线连接，第二变压模块变压器二次侧火线同名端通过第七十一电阻与第二PLC模块连接并且另一端接地。
为实现目的二提供了一种电力载波控制方法，该方法有如下处理步骤：
步骤1：工作过程中，智能终端节点将实时检测到的数据打包通过市电发送到集中器，并且智能终端节点等待集中器回送确定信号；
步骤2：智能终端节点等待集中器回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤3：智能终端节点计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤4：智能终端节点接收到集中器的确认信号则显示发送成功；
步骤5：工作过程中，集中器将控制信号打包通过市电发送到智能终端节点，并且集中器等待智能终端节点回送确定信号；
步骤6：集中器等待智能终端节点回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤7：集中器计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤8：集中器接收到智能终端节点的确认信号则显示发送成功。
优选地，所述集中器还与物联网关通过RS485通信方式进行数据交换。
优选地，该方法中数据以数据帧形式传送，所述数据帧的结构依次包括帧头部、整个帧的长度字段、节点编号、源节点编号、帧类型、操作命令内容、操作序号和校验码字段。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过物联网关与集中器连接，集中器通过市电与智能终端节点连接，充分的利用电力载波技术，可有效的降低安装成本，加大传输距离，增强安全性。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中线性电源电路结构示意图；
图3为本发明中第一变压模块电路结构示意图；
图4为本发明中第二变压模块电路结构示意图；
图5为本发明中数据传输流程框图；
图6为本发明中数据帧形式结构框图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
如图1所示，一种电力载波系统，包括物联网关3，还包括集中器1和智能终端节点2，智能终端节点2通过外界的市电4与集中器1连接，集中器1与物联网关3信号连接。
集中器1包括与市电4连接的第一变压模块12，与第一变压模块12连接的第一PLC模块11，与第一PLC模块11连接的集中器微控制单元13，与集中器微控制单元13连接的接发器14，接发器14与物联网关3连接。
智能终端节点2包括与市电4连接的第二变压模块22，与第二变压模块22连接的第二PLC模块21，与第二PLC模块21连接的智能终端节点微控制单元23，与智能终端节点微控制单元23连接的传感元件24和执行元件25。
第一PLC模块11包括与第一变压模块12连接的第一电力线通信接发器111，与第一电力线通信接发器111连接的第一微控制单元112，第一微控制单元112与集中器微控制单元13连接。
第二PLC模块21包括与第二变压模块22连接的第二电力线通信接发器211，与第二电力线通信接发器211连接的第二微控制单元212，所述第二微控制单元212与智能终端节点微控制单元23连接。
在本实施例中，第一电力线通信接发器111和第二电力线通信接发器211采用新加坡gridComm公司的GC2200芯片，该收发器具有175kbps的最高数据传输速率，可以将54个载波被分入18个独立OFDM信道，允许进行频率划分，BPSK/QPSK可选择调制5kHz至500kHz载波频率窄带模拟和低频率模式将信道置于CENELEC频率范围内，可编程在用频带(BIU)阈值实现噪声预防及接收包含RSSI(接收信号强度指示)的数据包，通过更改载波频率最小化峰值与均值之比，独立可编程载波传输电压和功率调节。因此适合本发明实际使用需求。
在本实施例中，智能终端节点2负责传感元件24和执行元件25的控制，集中器1负责管理所有终端节点并进行信息的汇总与命令的下达，传感元件24包括有温度、湿度、人体红外感应等传感类器件。
如图2所示，集中器1和智能终端节点2均与线性电源5连接。线性电源5包括第一变压器TX1，分别与第一变压器TX1连接的第一整流单元DB1和第二整流单元DB2，并联于第一整流单元DB1输出端的第一调压单元U1，并联于第二整流单元DB2输出端的第二调压单元U2，并联于第二调压单元U2输出端的第三调压单元U3，其中，第一调压单元U1的输入端与接地端之间并联一第一电容C1，第一调压单元U1的输出端与接地端之间依次并联一第三电容C3和一第二电容C2，第二调压单元U2的输入端与接地端之间并联一第四电容C4，第二调压单元U2的输出端与接地端之间依次并联一第五电容C5和一第六电容C6，第三调压单元U3的输出端与接地端之间依次并联一第七电容C7和第一电阻R1与第一LED灯LED1的串联电路。
在本实施例中，第一调压单元U1调压后输出15V直流电压，第二调压单元U2调压后输出5V直流电压，第三调压单元U3调压后输出3.3V直流电压。第一电容C1和第二电容C2为100uF/25V，第三电容C3和第六电容C6为103uF，第四电容C4、第五电容C5和第七电容C7为100uF/16V,第一电阻R1为100Ω。第一LED灯LED1用于指示电路工作状态。通过各元件型号的选定使得线性电源5输出电压的精度高，而且便于维护。
如图3所示，第一变压模块12包括第六十一电容C61、第一变压模块变压器PLC-T1和第六十一电阻R61，第一变压模块变压器PLC-T1一次侧与市电两端连接并且通过第六十一电容C61与市电火线连接，第一变压模块变压器PLC-T1二次侧火线同名端通过第六十一电阻R61与第一PLC模块11连接并且另一端接地。其中，在本实施例中，第六十一电容C61为220nF/275V，第六十一电阻R61为100Ω。
如图4所示，第二变压模块22包括第七十一电容C71、第二变压模块变压器PLC-T2和第七十一电阻R71，第二变压模块变压器PLC-T2一次侧与市电两端连接并且通过第七十一电容C71与市电火线连接，第二变压模块变压器PLC-T2二次侧火线同名端通过第七十一电阻R71与第二PLC模块21连接并且另一端接地。其中，在本实施例中，第七十一电容C71为220nF，第七十一电阻R71为100Ω。
本实施例的工作过程：智能终端节点2中智能终端节点微控制单元23读取传感元件24的数据通过UART串口通信发送给第二PLC模块21，依次经第二微控制单元212和第二电力线通信接发器211调制后通过第二变压模块22加载到市电4中去，集中器1的第一PLC模块11从第一变压模块12获取市电信号中携带的信息，依次经第一电力线通信接发器111和第一微控制单元112解调为数字信息后，通过UART通信送给集中器微控制单元13，集中器微控制单元13将数据通过发送器14经过485通信将信息上报给物联网关3。在进行智能控制时，物联网关3经过485通信将控制信号发送给发送器14后，传送到集中器微控制单元13，集中器微控制单元13通过UART通信送给第一PLC模块11，依次经第一微控制单元112和第一电力线通信接发器111调制后通过第一变压模块12加载到市电4中去，智能终端节点2的第二PLC模块21通过第二变压模块22获取市电信号中携带的信息，依次经第二电力线通信接发器211和第二微控制单元212解调为数字信息后，通过UART通信送给智能终端节点微控制单元23，智能终端节点微控制单元23控制执行元件25做出相应的动作。
通过本发明的系统，可充分的利用电力载波技术，有效的降低安装成本，加大传输距离，增强安全性。
如图1、图5所示，本发明还提供了一种电力载波控制方法，该方法有如下处理步骤：
步骤1：工作过程中，智能终端节点2将实时检测到的数据打包通过市电4发送到集中器1，并且智能终端节点2等待集中器1回送确定信号；
步骤2：智能终端节点2等待集中器1回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤3：智能终端节点2计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤4：智能终端节点2接收到集中器1的确认信号则显示发送成功；
步骤5：工作过程中，集中器1将控制信号打包通过市电4发送到智能终端节点2，并且集中器1等待智能终端节点2回送确定信号；
步骤6：集中器1等待智能终端节点2回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤7：集中器1计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤8：集中器1接收到智能终端节点2的确认信号则显示发送成功。
集中器1还与物联网关3通过RS485通信方式进行数据交换。
此外，集中器1与物联网关3也可以通过网线或无线或RS232通信方式进行数据交换。
如图6所示，该方法中数据以数据帧形式传送，数据帧的结构依次包括帧头部(Head)、整个帧的长度字段(Len)、节点编号(Dst)、源节点编号(Src)、帧类型(Cmd)、操作命令内容(Val)、操作序号(Seq)和校验码字段(Crc)。其中，帧头部Head是一组确切唯一的数值，帧类型Cmd包括设置信息帧、获取信息帧以及确认帧等三种帧，操作序号Seq用于区别不同帧。
本实施例中的工作流程：工作过程中，智能终端节点2将微控制单元23读取传感元件24的数据通过UART串口通信发送给第二PLC模块21进行调制，然后通过第二变压模块22加载到市电4中去，并等待集中器1的确认数据帧，智能终端节点2等待集中器1回送确认数据帧时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算。智能终端节点2计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败。直到智能终端节点2接收到集中器1的确认信号则显示发送成功。集中器1中第一PLC模块11将数据信息解调后发送给集中器微控制单元13，然后通过发送器14将数据经过485通信将信息上报给物联网关3。在进行智能控制时，物联网关3通过485通信将信息发送给集中器1，集中器1依次经发送器14、集中器微控制单元13将信号发送给第一PLC模块11进行调制后通过第一变压模块12加载到市电4中去，并等待智能终端节点2的确认数据帧；集中器1在等待智能终端节点2回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；集中器1计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；集中器1接收到智能终端节点2的确认信号则显示发送成功。智能终端节点2中第二PLC模块21通过第二变压模块22获取市电信号中携带的信息，依次经第二电力线通信接发器211和第二微控制单元212解调为数字信息后，通过UART通信送给智能终端节点微控制单元23，智能终端节点微控制单元23控制执行元件25做出相应的动作。
通过本发明的方法，可充分的利用电力载波技术，有效的降低安装成本，加大传输距离，增强安全性。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (10)

1.一种电力载波系统，包括物联网关(3)，其特征在于：还包括集中器(1)和智能终端节点(2)，所述智能终端节点(2)通过外界的市电(4)与集中器(1)连接，集中器(1)与物联网关(3)信号连接，
所述集中器(1)包括与市电(4)连接的第一变压模块(12)，与第一变压模块(12)连接的第一PLC模块(11)，与第一PLC模块(11)连接的集中器微控制单元(13)，与集中器微控制单元(13)连接的接发器(14)，所述接发器(14)与物联网关(3)连接，
所述智能终端节点(2)包括与市电(4)连接的第二变压模块(22)，与第二变压模块(22)连接的第二PLC模块(21)，与第二PLC模块(21)连接的智能终端节点微控制单元(13)，与智能终端节点微控制单元(13)连接的传感元件(24)和执行元件(25)。
2.如权利要求1所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述第一PLC模块(11)包括与第一变压模块(12)连接的第一电力线通信接发器(111)，与第一电力线通信接发器(111)连接的第一微控制单元(112)，第一微控制单元(112)与集中器微控制单元(13)连接。
3.如权利要求1所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述第二PLC模块(21)包括与第二变压模块(22)连接的第二电力线通信接发器(211)，与第二电力线通信接发器(211)连接的第二微控制单元(212)，所述第二微控制单元(212)与智能终端节点微控制单元(13)连接。
4.如权利要求1所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述集中器(1)和智能终端节点(2)均与线性电源(5)连接。
5.如权利要求4所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述线性电源(5)包括第一变压器(TX1)，分别与第一变压器(TX1)连接的第一整流单元(DB1)和第二整流单元(DB2)，并联于第一整流单元(DB1)输出端的第一调压单元(U1)，并联于第二整流单元(DB2)输出端的第二调压单元(U2)，并联于第二调压单元(U2)输出端的第三调压单元(U3)，其中，所述第一调压单元(U1)的输入端与接地端之间并联一第一电容(C1)，第一调压单元(U1)的输出端与接地端之间依次并联一第三电容(C3)和一第二电容(C2)，所述第二调压单元(U2)的输入端与接地端之间并联一第四电容(C4)，第二调压单元(U2)的输出端与接地端之间依次并联一第五电容(C5)和一第六电容(C6)，第三调压单元(U3)的输出端与接地端之间依次并联一第七电容(C7)和第一电阻(R1)与第一LED灯(LED1)的串联电路。
6.如权利要求1所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述第一变压模块(12)包括第六十一电容(C61)、第一变压模块变压器(PLC-T1)和第六十一电阻(R61)，第一变压模块变压器(PLC-T1)一次侧与市电两端连接并且通过第六十一电容(C61)与市电火线连接，第一变压模块变压器(PLC-T1)二次侧火线同名端通过第六十一电阻(R61)与第一PLC模块(11)连接并且另一端接地。
7.如权利要求1所述的一种电力载波系统，其特征在于：所述第二变压模块(22)包括第七十一电容(C71)、第二变压模块变压器(PLC-T2)和第七十一电阻(R71)，第二变压模块变压器(PLC-T2)一次侧与市电两端连接并且通过第七十一电容(C71)与市电火线连接，第二变压模块变压器(PLC-T2)二次侧火线同名端通过第七十一电阻(R71)与第二PLC模块(21)连接并且另一端接地。
8.一种如权利要求1所述系统的电力载波控制方法，其特征在于，该方法有如下处理步骤：
步骤1：工作过程中，智能终端节点(2)将实时检测到的数据打包通过市电(4)发送到集中器(1)，并且智能终端节点(2)等待集中器(1)回送确定信号；
步骤2：智能终端节点(2)等待集中器(1)回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤3：智能终端节点(2)计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤4：智能终端节点(2)接收到集中器(1)的确认信号则显示发送成功；
步骤5：工作过程中，集中器(1)将控制信号打包通过市电(4)发送到智能终端节点(2)，并且集中器(1)等待智能终端节点(2)回送确定信号；
步骤6：集中器(1)等待智能终端节点(2)回送确定信号时进行进行超时计算，当未超过设定的一次发送等待时间则继续等待，超过设定的一次发送等待时间则进行重传次数计算；
步骤7：集中器(1)计算重传次数未超过设定的次数，则进行重传，超过设定的次数则显示发送失败；
步骤8：集中器(1)接收到智能终端节点(2)的确认信号则显示发送成功。
9.如权利要求8所述的一种电力载波控制方法，其特征在于：所述集中器(1)还与物联网关(3)通过RS485通信方式进行数据交换。
10.如权利要求8所述的一种电力载波控制方法，其特征在于：该方法中数据以数据帧形式传送，所述数据帧的结构依次包括帧头部(Head)、整个帧的长度字段(Len)、节点编号(Dst)、源节点编号(Src)、帧类型(Cmd)、操作命令内容(Val)、操作序号(Seq)和校验码字段(Crc)。
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