CN106788606A - 一种电力线载波通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电力线载波通讯方法，应用该方法的通讯控制系统由控制主机和多个终端控制器组成。系统外部电网通过控制主机将电能输送到内部电力线，供应给多个终端控制器以及所控制的用电器。控制主机将控制指令的载波信号耦合到电力总线上，电力总线上传输电能和载波信号的混合信号；终端控制器接收并响应控制指令，完成指定的动作，并按需求进行通讯指令回传。特别适用于需要集中供电的智能控制系统，如标志建筑物、景区的景观照明、智能路灯，体育场照明、机场跑道专用照明、舞台特效照明、智能农业、工业控制等场合。
Description
技术领域
本发明一种电力线载波通讯方法，特别涉及需要集中供电的智能控制用电系统。
背景技术
电力载波通信(Power Line Communication，PLC)是利用电力线作为信息传输媒介进行数据传输的一种特殊通信方式。该技术的最大优势是依托电力线网络，不需要重新布线，具有施工、运行成本低等特点。
电力线载波通讯具有很明显的优势，但是多年来除了电网抄表、电话网络、部分路灯等有所应用之外并没有大规模的应用。原因很多，技术复杂造价高，网络环境干扰严重，系统不可靠，只有受控的网络有所涉及，如上述的电网抄表但是也并没有普及。
发明内容
针对现有技术复杂和成本高的不足，本发明的目的是提供一种简单可靠的电力线载波通讯方法，以解决专用集成电路成本高，技术复杂，推广困难等问题。
本发明所述的一种电力线载波通讯方法，该方法的系统包括：控制主机和多个终端控制器组成设备网络。控制主机与系统外部电网连接，为系统内部设备提供电力。载波信号调制控制指令后由控制主机输出到内部电力线上，控制主机输出电能和载波信号的混合信号。终端控制器收到载波信号解调出控制指令，完成指令功能。终端控制器如果需要回复通讯数据调制载波信号，发送到内部电力线上回传给控制主机，控制主机接收终端控制器回传的载波信号，解调后得到回复数据指令。
控制主机发送的控制指令载波信号是(ASK)幅度调制的信号。终端控制器发送回传通讯信号是(FSK)频率调制的信号。
系统中使用低功耗阻波电路，用以降低对通讯载波的衰减，实现在不增加过多电力消耗的情况下达到高可靠通讯、远距离控制的目的。
为了降低终端控制器发送控制数据的衰减，终端控制器只在需要发送载波数据的瞬间连接电力线，通讯结束后断开连接。
控制主机和终端的通讯载波选择在20至500KHz的频率范围，要求通讯速度快的选择高载波频率，长距离的通讯线路可以选择比较低载波频率，通讯载波频率根据需求折中选择，控制主机和终端优选相同的载波频率，也可根据需求选择不同载波频率。
控制主机发出的调幅载波信号幅度在5V至50V之间，优选24V。
终端发出的调频载波信号幅度3V至12V，优选使用3.3V或者5V，发射电流一般不超过500mA。现有技术主机接收毫伏级的通讯信号就可以可靠的接收解调，但不乏会对电路进行优化从而达到更高性能。
本发明的效果是应用该方法，系统可以利用双向的载波信号实现半双工、全双工的传输控制信号，系统通讯距离达到2公里，总线上控制终端数量可以达到数百个，终端控制器静态功耗可以做到毫瓦级。
附图说明
本发明的具体实施例在附图中示出，并在随后的描述中结合优选实施例具体说明。
图1示出了本发明一种电力线载波通讯方法的系统连接示意图。
图2示出了本发明的控制主机原理框图。
图3示出了本发明的控制终端原理框图。
图4示出了本发明的控制主机电路简图。
图5示出了本发明的控制终端电路简图。
具体实施方式
图1示出了应用本发明一种电力线载波通讯方法的系统连接示意图：包括控制主机和连接在电力总线上的若干个终端控制器，系统外部电网通过控制主机将电能输送到内部电力线供应给多个终端控制器以及所控制的用电器。
图2示出了本发明的控制主机原理框图：控制主机包括系统外部电网1、主机阻波器2、设备隔离电源3、调幅发射电路4、调频接收电路5、主机微控制器6、通讯接口7。
图3示出了本发明的控制终端原理框图：终端包括调幅接收电路8、调频发射开关9、调频发射电路10、终端控制器电源11、终端微控制器12、终端阻波器13、通讯接口14、用电器15。
图2所示控制主机连接系统外部电网1，设备隔离电源3在主机阻波器2之前连接电网，为设备中的其他电路提供电源，在主机阻波器2之后接入调幅发射电路4和调频接收电路5，主机微控制器6通过通讯接口7和上位系统进行通讯，主机微控制器6控制调幅发射电路4，在需要发送控制指令时输出经过调制的载波信号，主机微控制器6从调频接收电路5接收解调后的数据信号。
图3所示终端控制器连接在内部电力线上，内部电力线接入终端控制器后连接调幅接收电路8，接收总线上传输的载波信号，解调后传送给终端微控制器12。终端微控制器12控制调频发射开关9和调频发射电路10；调频发射电路10通过调频发射开关9接入电力总线。在需要发射调频载波信号时，微控制器12先打开调频发射开关9，再控制调频发射电路10，将要发送的数据调制后发送到电力总线，数据发送完成后，断开调频发射开关9。内部电力线通过终端阻波器13输出电力给用电器15。终端电源11连接于终端阻波器和用电器之间，将电力总线的电压转变成其他电路需要的电压。微控制器12根据接收到的指令通过通讯接口14控制用电器15完成相应的功能。
图4所示控制主机电路简图，系统外部电网通过LC阻波器后接入内部电力线。频率发生器产生调幅信号的基频信号，信号放大驱动器受控于主机微控制器，将该基频信号放大后通过变压器耦合到内部电力线上。由终端发出的调频载波信号通过LC带通滤波器和隔离耦合变压器，将信号耦合到调频接收电路，由调频接收电路解析成控制指令传送给主机微控制器解析。上行控制网络通过通讯接口与主机微控制器连接组成完整的控制系统。
图5所示终端控制器电路简图，系统内部电力线接入终端控制器后经过电容将信号耦合到接收LC滤波器，经过滤波后的信号进入调幅接收电路，解析后的指令传送给终端微控制器，终端控制器分析指令内容发送给用电器或直接控制用电器完成相应动作。如果需要回传通讯，首先打开调频输出开关，控制受控频率发生器根据回传指令发出调频信号，经过信号放大驱动器，输出给耦合变压器，将信号耦合到内部电力线。内部电力线通过阻波器输出电能给用电器使用。
以上对本发明一种电力线载波通讯方法的实施例进行了详细描述，本领域技术人员应当理解所述实施例描述的电路示意及原理并非本发明的所有可能的方式，在不背离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可对本实施例做出若干修改和改进，这些修改和改进也落入本发明权利要求的范围。对发明中描述的用于说明该方法的调频调幅电路的更改替换并不超过本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电力线载波通讯方法，该方法的系统包括：控制主机和多个终端控制器；
其特征在于所述的控制主机包括外部电网输入1、主机阻波器2、设备隔离电源3、调幅发射电路4、调频接收电路5、主机微控制器6和通讯接口7；
所述的终端控制器包括调幅接收电路8、调频发射开关9、调频发射电路10、终端控制器电源11、终端微控制器12、终端阻波器13、通讯接口14和用电器15；
所述的控制主机输出电能和载波混合信号，终端控制器接收载波信号解调出控制指令；终端控制器回复通讯数据调制载波信号，发送到内部电力线上回传给控制主机，控制主机接收终端控制器回传的载波信号。
2.根据权利要求1所述的一种电力线载波通讯方法，其特征在于所述的控制系统与外部电网通过阻波器相连。
3.根据权利要求1所述的一种电力线载波通讯方法，其特征在于所述的终端控制器与用电器通过阻波器连接。
4.根据权利要求1所述的一种电力线载波通讯方法，其特征在于所述的控制主机发送的控制指令载波信号是(ASK)幅度调制的信号。
5.根据权利要求1所述的一种电力线载波通讯方法，其特征在于所述的终端控制器发送回传通讯信号是(FSK)频率调制的信号。
6.根据权利要求1所述的一种电力线载波通讯方法，控制主机和终端的通讯载波频率在20KHz至500KHz的范围。
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