CN109600151A - 高可靠电源相线通信发送和接收方法及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高可靠电源相线发送方法、接收方法及通信装置，所述的发送方法为电源信息加载有导通角信号，不同的导通角信号与不同的编码信息相对应。所述接收方法，接收加载有导通角信号的电源信息，通过采样解码电路对电源信息进行解码，解码出相应的编码信息，然后控制被控制对象的相应操作。本发明由于采用上述方案，其成本低、易施工，易维护，且解码只需要对波形进行解析，即判断波形各个点的相对幅度，而无需解析波形的绝对幅度，因此，即使电网电压波动或长距离传输导致电源衰减，不会影响信号传输，具有高可靠性，尤其适用于电磁环境恶劣，可靠性要求极高，通信数据量小，通信频次低的场合。

Description

高可靠电源相线通信发送和接收方法及通信装置

技术领域

本发明涉及电源相线通信方法和装置。

背景技术

目前常用的通信方式有无线通讯和有线通信两大类，各有优劣和擅长的使用场景。

无线通信，包含NB-IOT/LORA/GPRS/ZigBee/2.4G/WIFI等，存在电磁兼容性差、防护等级低、用于路灯等户外场景时天线外露导致成品的防水等级降低。有线通信RS485/DMX512/RJ45/TTL，需要单独布置弱电线，施工、使用中易损坏，易受平行强电线干扰。电力载波通信PLC(Power Line Communication)，需要在电源线上加高频载波，编码解码电路部分成本高，误报率偏高，受线路状况影响大，远距离传输时电源衰减影响通信正确率。

有一大类使用场景，比如路灯控制、工业阀门控制等，使用电磁环境恶劣，可靠性要求极高，通信数据量小，通信频次低，现有的通信方式都存在不足。

发明内容

本发明的目的在于提出高可靠电源相线通信发送和接收方法及通信装置，提供一种高可靠、低成本、易施工、易维护的通信方法，尤其适用于电磁环境恶劣，可靠性要求极高，通信数据量小，通信频次低的场合。

本发明的技术实施方案是：高可靠电源相线发送方法，所述的电源信息加载有导通角信号，不同的导通角信号与不同的编码信息相对应。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：每个导通角信号对应一位编码信息，所述不同导通角信号分时加载到电源信号中，通过分时的导通角信号对应的不同编码信号的排列组合使其与不同的编码信息相对应。

基于上述目的，本发明还提供高可靠电源相线接收方法，根据其不同导通角信号与不同的编码信号相对应关系，分别将发送的信号传送给N个信号接收端，其中N表示不同编码信号所对应的信号接收端地址数，N为大于等于2的自然数,所述第一至第N个信号接收端分别接收加载有导通角信号的电源信息，通过采样解码电路对电源信息进行解码，解码出相应的编码信息，然后控制被控制对象的相应操作。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：不同的导通角信号所对应的编码信息包括：起始位、地址位、控制位和校验位，所述地址位用于确定信号发送端与信号接收端中的对应关系，用N来表示信号发送端与信号接收端的对应关系，其中N为大于等于2的自然数。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：所述用于加载编码信号的导通角调制范围为90°-180°。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：还对电源信号进行倍频，所述的倍频范围为2位到8倍。

基于上述目的，本发明还提供高可靠电源相线通信装置，包括信号发送端和第一至第N信号接收端，所述信号发送端包括第一电源电路、编码控制电路和大功率晶闸管或可控硅，所述第一电源电路输出端与编码控制电路相连，交流火线与与大功率晶闸管或可控硅的输入端相连接，编码控制电路的输出端接至大功率晶闸管或可控硅的控制端；所述大功率晶闸管或可控硅的输出端分别与第一至第N信号接收端的输入端相连接，所述第一至第N信号接收端分别包括第二电源电路、解码整流电路、降压电路、采样解码电路和解码控制电路，所述解码整流电路的输入端作为第一至第N信号接收端的输入端，所述第二电源电路给编码控制电路供电，解码整流电路的输出端与降压电路相连，降压电路的输出端与采样解码电路相连接，采样解码电路输出端与解码控制电路相连接，解码控制电路用于控制后续控制对象。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：所述的第一电源电路输出端还与交流火线相连接。

基于上述目的，本发明的进一步改进方案是：所述第一电源电路包括编码电源电路和第一稳压电路，所述编码电源电路输入端分别与火线和零线相连接，编码电源电路的输出端与第一稳压电路相连接，第一稳压电路的输出端作为第一电源电路的输出端，所述第二电源电路包括解码电源电路和第二稳压电路，解码电源电路的输入端与解码整流电路输出端相连接，解码电源电路的输出端接至第二稳压电路，第二稳压电路的输出端接至解码控制电路。

有益效果

本发明由于采用上述方案，其成本低、易施工，易维护，且解码只需要对波形进行解析，即判断波形各个点的相对幅度，而无需解析波形的绝对幅度，因此，即使电网电压波动或长距离传输导致电源衰减，不会影响信号传输，具有高可靠性，尤其适用于电磁环境恶劣，可靠性要求极高，通信数据量小，通信频次低的场合。

采用多位编码信息组合的方式可以扩展编码信息的长度。由于编码信息中包含有多位地址位，可以对应不同的信号接收端，进行一对多的控制。

为了减小正弦波畸变的问题，通过工程经验和计算，本发明认为导通角在90°-180°直接较为合理。

该通信方式是依附于相线电源，通信时间越长，对电网污染时间越长，产生的危害越大，需要倍频减少通信时间。但是倍频越多，信号的分辨率会下降。本发明认为2N到8N倍频较为合理。

附图说明

图1为现有技术单相半波导通角波形图；

图2为本发明导通角通信编码图；

图3为本发明实施例二高可靠电源相线通信装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本发明进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

高可靠电源相线发送方法，所述的电源信息加载有导通角信号，不同的导通角信号与不同的编码信息相对应。相应的：高可靠电源相线接收方法是，根据其不同导通角信号与不同的编码信号相对应关系，分别将发送的信号传送给N个信号接收端，其中N表示不同编码信号所对应的信号接收端地址数，N为大于等于2的自然数,所述第一至第N信号接收端分别接收加载有导通角信号的电源信息，通过采样解码电路对电源信息进行解码，解码出相应的编码信息，然后控制被控制对象的相应操作。优选的：每个导通角信号对应一位编码信息，所述不同导通角信号分时加载到电源信号中，通过分时的导通角信号对应的不同编码信号的排列组合使其与不同的编码信息相对应。不同的导通角信号所对应的编码信息包括：起始位、地址位、控制位和校验位，所述地址位用于确定信号发送端与信号接收端中的对应关系，用N来表示信号发送端与信号接收端的对应关系，其中N为大于等于2的自然数。优选的：所述用于加载编码信号的导通角调制范围为90°-180°。优选地：还对电源信号进行倍频，所述的倍频范围为2位到8倍。

实施例二

高可靠电源相线通信装置，包括信号发送端和第一至第N信号接收端，所述信号发送端包括第一电源电路、编码控制电路2和大功率晶闸管Q1或可控硅，所述第一电源电路输出端与编码控制电路2相连，所述的第一电源电路输出端还与交流火线相连接。交流火线与与大功率晶闸管Q1或可控硅的输入端相连接，编码控制电路2的输出端接至大功率晶闸管Q1或可控硅的控制端；所述大功率晶闸管Q1或可控硅的输出端分别与第一至第N信号接收端的输入端相连接，所述第一至第N信号接收端分别包括第二电源电路、解码整流电路3、降压电路7、采样解码电路6和解码控制电路5，所述解码整流电路3的输入端分别作为第一至第N信号接收端的输入端，所述第二电源电路给编码控制电路5供电，解码整流电路3的输出端与降压电路7相连，降压电路7的输出端与采样解码电路6相连接，采样解码电路6输出端与解码控制电路5相连接，解码控制电路5用于控制后续控制对象。所述第一电源电路包括编码电源电路1和第一稳压电路U1，所述编码电源电路1输入端分别与火线和零线相连接，编码电源电路1的输出端与第一稳压电路U1相连接，第一稳压电路U1的输出端作为第一电源电路的输出端，所述第二电源电路包括解码电源电路4和第二稳压电路U2，解码电源电路4的输入端与解码整流电路3输出端相连接，解码电源电路4的输出端接至第二稳压电路U2，第二稳压电路U2的输出端接至解码控制电路5。

下面结合附图3对本发明作进一步说明。

如图3所示，该发明一种高可靠电源相线发送和接收方法实施例中，包括信号发送端和信号接收端两部分。信号发送端和信号接收端为1对N的连接，即1个发送端可以控制N个接收端和供电。发送的指令包含地址码，例如10位地址码，则可实现1对1024个点的控制。

信号发送端，是电源供电和控制信号的提供者。信号发送端输入供电AC220V，采用L(火线)-N(零线)连接。电源线L-N连接编码电源电路1，输出低压直流电DC1，范围约DC9-15V。DC1再通过U1，一款线性LDO恒压在DC5V，该DC5V给后续编码控制电路2供电。编码控制电路，采用DC5V供电，根据某些预设的逻辑或者外部的信号，来控制大功率晶闸管Q1的通断，从而改变大功率晶闸管Q1的输出电源的导通角。大功率晶闸管Q1输入端连接L，输出端连接后续第一至第N信号接收端，大功率晶闸管Q1驱动端受编码控制电路2控制。为了有效驱动大功率晶闸管Q1，编码控制电路2的电压必须和大功率晶闸管Q1的输入端保持一致电平，因此，需要将DC5V和L短接，相当于DC5V悬浮在L火线上，重新标示为L/DC5V。信号发送端，通过大功率晶闸管Q1调制了输出电源的导通角，并输出到系统总线上，给N个信号接收端供电和通信。

信号接收端，依靠信号发送端供电和通信。信号接收端先通过解码整流电路3，将线路上交流电整流成高压全波，然后一方面通过解码电源电路4及U2-LDO给后续解码控制电路5供电；另一方面通过T1变压器降压电路降压到低压全波，然后通过采样解码电路6进行解码。采样解码电路6解码出来的低压控制信号，采用并行或串行的方式，送到解码控制电路5，解码控制电路5再根据获得的控制信号进行后续相应的操作。

解码后的通信指令一般包括：起始位、地址位、控制位、校验位。

通过控制大功率晶闸管或可控硅的输出，控制相线电源的导通角相位，如图1所示，从晶闸管开始承受正向电压到触发脉冲结束的相位角称为触发延迟角，用α表示，也称触发角或控制角。晶闸管在一个电源周期中处于导通状态的相位角称为导通角，用θ表示，此时θ＝π-α。输出至负载的电压平均值为：

调节α角，即调节导通角θ，可控制直流输出电压的值。每个电压值对应一组数字信号，通过一定的编码方式，将导通角与数字信号相对应。

对导通角进行合理的编码，需要综合考虑由于导通角的存在，导致的正弦波畸变，并由此给电网带来的谐波污染。正常使用情况下，电源线传输的市电为纯正弦波，仅包含基波信号，对电网无污染。按照傅里叶分解公式来看，如果正弦波被切角，即导通角不等于180°，则该电源信号可以分解成无数高次谐波。导通角变化范围越大，熵越大，可携带的信息量越大，但是在导通角小的时候高次谐波能量占比大，正弦波畸变严重，对电网污染大。反之导通角变化范围小，熵越小，可携带的信息量也就小了，当然好处就是导通角都趋于180°，波形趋于正弦波，高次谐波分量小，对电网污染小。通过工程经验和计算，本发明认为导通角在90°-180°直接较为合理。

该通信方式是依附于相线电源，相线频率50Hz，整流后为100Hz，通信频率即100Hz。通信时间越长，对电网污染时间越长，产生的危害越大，需要倍频减少通信时间。但是倍频越多，信号的分辨率会下降。本发明认为2N到8N倍频较为合理。

本发明指的是一类将相线电源的导通角进行编码、传输、解码的通信方法，如图2所示，导通角在90°-180°编码，2倍频，是其中一种编码方式，并不覆盖本专利所有的编码方式。

将含有如图2导通角信息的电源信号通过电源线传输至接收端，接收端有电压采样解码电路分析电路进行解码，解码需预留偏差空间。如图2解码：

Bit00：导通角80°-100°；Bit01：导通角110°-130°；

Bit10：导通角140°-160°；Bit11：导通角170°-180°；

解码只需要对波形进行解析，即判断波形各个点的相对幅度，而无需解析波形的绝对幅度，因此，即使电网电压波动或长距离传输导致电源衰减，不会影响信号传输。

本发明针对的通信信息，数据量不大，一般不超过64bit。例如用于智慧路灯的调光控制，采用一帧24bit通信(5bit起始位+10bit地址+8bit控制+1bit校验位)，2倍频，可实现：10bit地址位，可控制1024各对象；8bit控制位，可实现256阶调光。

计算通信时长，t＝24*5ms＝120ms (3-2)

本发明用于大系统时，为了减少对电网的影响，需要注意如下两点：单帧通信间隔要长，间隔时间以小时计；划片区通信，限制每个片区的负载功率，一般不超过20KW，片区轮流通信。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.高可靠电源相线发送方法，其特征在于：所述的电源信息加载有导通角信号，不同的导通角信号与不同的编码信息相对应。

2.根据权利要求1所述的高可靠电源相线发送方法，其特征在于：每个导通角信号对应一位编码信息，所述不同导通角信号分时加载到电源信号中，通过分时的导通角信号对应的不同编码信号的排列组合使其与不同的编码信息相对应。

3.高可靠电源相线接收方法，其特征在于：根据其不同导通角信号与不同的编码信号相对应关系，分别将发送的信号传送给N个信号接收端，其中N表示不同编码信号所对应的信号接收端地址数，N为大于等于2的自然数,所述第一至第N个信号接收端分别接收加载有导通角信号的电源信息，通过采样解码电路对电源信息进行解码，解码出相应的编码信息，然后控制被控制对象的相应操作。

4.根据权利要求1或3所述的高可靠电源相线发送方法或者接收方法，其特征在于：不同的导通角信号所对应的编码信息包括：起始位、地址位、控制位和校验位，所述地址位用于确定信号发送端与信号接收端中的对应关系，用N来表示信号发送端与信号接收端的对应关系，其中N为大于等于2的自然数。

5.根据权利要求1或3所述的高可靠电源相线发送方法或者接收方法，其特征在于：所述用于加载编码信号的导通角调制范围为90o-180o。

6.根据权利要求1或3所述的高可靠电源相线发送方法或者接收方法，其特征在于：还对电源信号进行倍频，所述的倍频范围为2位到8倍。

7.高可靠电源相线通信装置，其特征在于：包括信号发送端和第一至第N信号接收端，所述信号发送端包括第一电源电路、编码控制电路和大功率晶闸管或可控硅，所述第一电源电路输出端与编码控制电路相连，交流火线与与大功率晶闸管或可控硅的输入端相连接，编码控制电路的输出端接至大功率晶闸管或可控硅的控制端；所述大功率晶闸管或可控硅的输出端分别与第一至第N信号接收端的输入端相连接，所述第一至第N信号接收端分别包括第二电源电路、解码整流电路、降压电路、采样解码电路和解码控制电路，所述解码整流电路的输入端作为第一至第N信号接收端的输入端，所述第二电源电路给编码控制电路供电，解码整流电路的输出端与降压电路相连，降压电路的输出端与采样解码电路相连接，采样解码电路输出端与解码控制电路相连接，解码控制电路用于控制后续控制对象。

8.根据权利要求7所述的高可靠电源相线通信装置，其特征在于：所述的第一电源电路输出端还与交流火线相连接。

9.根据权利要求7或8所述的高可靠电源相线通信装置，其特征在于：所述第一电源电路包括编码电源电路和第一稳压电路，所述编码电源电路输入端分别与火线和零线相连接，编码电源电路的输出端与第一稳压电路相连接，第一稳压电路的输出端作为第一电源电路的输出端，所述第二电源电路包括解码电源电路和第二稳压电路，解码电源电路的输入端与解码整流电路输出端相连接，解码电源电路的输出端接至第二稳压电路，第二稳压电路的输出端接至解码控制电路。