CN110708092B - 通过斩波实现电力线通讯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过斩波实现电力线通讯的方法，信号发送装置发送数据时，信号发送装置通过在交流信号零点位置后进行斩波预设时长以在电力线中形成斩波后的交流信号；信号接收装置接收数据时，获取斩波后的交流信号并转换为斩波脉冲，通过检测斩波脉冲的脉宽并以此获得数据；所述斩波脉冲的脉宽与预设时长相对应。采用本发明的技术方案，能够以非常低廉、简单的方式，来实现信号传输，无需增设额外的载波模块，能够最大限度的解决了产品空间和成本问题。

Description

通过斩波实现电力线通讯的方法
技术领域
本发明涉及电力线通信技术领域，尤其涉及一种通过斩波实现电力线通讯的方法。
背景技术
电力线用于传输220V，50Hz的标准交流电，通常仅起到电能传输的作用。为了在电力线上实现信息传输，现有技术通常采用电力线载波技术，将载有信息的高频信号加载到标准交流电上。常规电力载波方案，通常在过零点附近进行信号耦合。电路复杂，同时传输的数据较多。
电力线载波能在电力线上直接实现信息传输，免于另外布通讯线，但其要采用专用的调制/解调模块，成本上较高。
在一些应用领域，比如低成本照明控制应用中，具有所传输的数据少、实时性要求低的特点，使用电力线载波又会使其成本极大提高。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种通过斩波实现电力线通讯的方法及系统，以非常低廉、简单的方式，来实现信号传输，无需增设额外的载波模块，能够最大限度的解决了产品空间和成本问题。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
通过斩波实现电力线通讯的方法，包括至少一个信号发送装置以及多个信号接收装置，所述信号发送装置与信号接收装置通过同一电力线并实现数据通讯；
信号发送装置发送数据时，信号发送装置通过在交流信号零点位置后进行斩波预设时长以在电力线中形成斩波后的交流信号；
信号接收装置接收数据时，获取斩波后的交流信号并转换为斩波脉冲，通过检测斩波脉冲的脉宽并以此获得数据；
所述斩波脉冲的脉宽与预设时长相对应。
作为进一步的改进方案，所述信号发送装置至少包括第一电源单元、第一过零检测单元、第一控制单元和斩波单元，其中，所述第一电源单元与电力线相连接，用于为信号发送装置提供供电；
所述第一过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲并发送给第一控制单元；
所述斩波单元串接在火线或零线中，用于控制火线或零线的导通与断开；
所述第一控制单元与所述第一过零检测单元和斩波单元相连接，当所述信号发送装置向所述信号接收装置发送数据时，所述第一控制单元检测到零点脉冲时，控制所述斩波单元断开预设时长。
作为进一步的改进方案，所述信号接收装置至少包括第二电源单元、第二过零检测单元和第二控制单元，其中，所述第二电源单元与电力线相连接，用于为信号接收装置提供供电；
所述第二过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲以及用于检测所述斩波单元断开的预设时长以产生斩波脉冲并发送给第二控制单元；
所述第二控制单元与所述第二过零检测单元相连接，用于检测到零点脉冲后检测所述斩波脉冲的脉宽并以此获取数据。
作为进一步的改进方案，所述第一过零检测单元和第二过零检测单元采用相同结构的过零检测电路。
作为进一步的改进方案，所述斩波单元采用MOS管或者晶闸管。
作为进一步的改进方案，预设时长为100us/50us以此代表数据‘1’或‘0’。
作为进一步的改进方案，接收数据时，所述第二控制单元检测到零点脉冲后开启定时器，所述定时器以上升沿脉冲触发计时且以下降沿脉冲停止计时，其计时时间即为斩波脉冲的脉宽。
作为进一步的改进方案，所述信号发送装置还包括通讯单元，所述通讯单元与外部终端相连接，用于接收外部终端的控制指令，所述信号发送装置根据控制指令生成待发送数据。
作为进一步的改进方案，所述信号接收装置获取数据并解析为控制指令以此控制受控机构。
作为进一步的改进方案，所述过零检测电路至少包括整流桥BD1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管Q1。
作为进一步的改进方案，所述第一电源单元和第二电源单元中设置储能电容，所述储能电容用于短时储存电能以用于在交流信号斩波期间为所述信号发送装置和信号接收装置提供供电。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明还公开了通过斩波实现电力线通讯的系统，包括至少一个信号发送装置以及多个信号接收装置，所述信号发送装置与信号接收装置通过同一电力线并实现数据通讯；
其中，所述信号发送装置至少包括第一电源单元、第一过零检测单元、第一控制单元和斩波单元，其中，所述第一电源单元与电力线相连接，用于为信号发送装置提供供电；
所述第一过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲并发送给第一控制单元；
所述斩波单元串接在火线中，用于控制火线的导通与断开以在电力线上形成斩波后的交流信号；
所述第一控制单元与所述第一过零检测单元和斩波单元相连接，当所述信号发送装置向所述信号接收装置发送数据时，所述第一控制单元检测到零点脉冲时，控制所述斩波单元断开一定时长；
所述信号接收装置至少包括第二电源单元、第二过零检测单元和第二控制单元，其中，所述第二电源单元与电力线相连接，用于为信号接收装置提供供电；
所述第二过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲以及用于检测所述斩波单元的断开时长以产生斩波脉冲并发送给第二控制单元；
所述第二控制单元与所述第二过零检测单元相连接，用于检测到零点脉冲后检测所述斩波脉冲的脉宽并以此获取数据。
与现有技术相比较，本发明具有如下技术效果：
1、在交流过零点附近进行斩波，由于零点附近电压低，电流小，能够直接进行快速通、断操作，从而最大限度降低对电网的影响；
2、通过控制斩波时长实现传输数据，从而每次可以实现多bit的数据传输。
3、无需增设额外的载波模块，能够最大限度的解决了产品空间和成本问题。
附图说明
图1为本发明通过斩波实现电力线通讯的方法的原理框图。
图2为本发明通过斩波实现电力线通讯的方法的流程框图。
图3为本发明中信号发送装置的原理框图的原理框图。
图4为本发明中信号接收装置的原理框图的原理框图。
图5为本发明中另一种实施方式的信号发送装置的原理框图的原理框图。
图6为本发明中另一种实施方式的信号接收装置的原理框图的原理框图。
图7为本发明中零点脉冲的示意图。
图8为本发明中斩波后交流信号的示意图。
图9为本发明中第二过零点单元零点脉冲和斩波脉冲的示意图。
图10为本发明中发送不同数据时斩波脉冲的示意图。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
参见图1，本发明提供一种通过斩波实现电力线通讯的方法的原理框图，包括至少一个信号发送装置以及多个信号接收装置，信号发送装置与信号接收装置通过同一电力线并实现数据通讯；特别适合在户外照明等项目的多单元控制使用，成本低廉、控制有效，在一定的范围内，实现多个产品的统一控制管理，达到设定的功能场景。
参见图2，所示为本发明通过斩波实现电力线通讯的方法的流程图，控制步骤如下：
信号发送装置发送数据时，信号发送装置通过在交流信号零点位置后进行斩波预设时长以在电力线中形成斩波后的交流信号；
信号接收装置接收数据时，获取斩波后的交流信号并转换为斩波脉冲，通过检测斩波脉冲的脉宽并以此获得数据；
斩波脉冲的脉宽与预设时长相对应。
上述技术方案中，在交流过零点附近进行斩波，由于零点附近电压低，电流小，能够直接进行快速通、断操作，从而最大限度降低对电网的影响；
同时由于本发明采用控制斩波时长实现传输数据，从而每次可以实现多 bit的数据传输。比如实现1bit传输时，可以将预设时长定为100us/50us以此代表数据‘1’/‘0’；实现2bit传输时，可以设时长定为 200us/150us/100us/50us以此代表数据‘11’/‘10’/‘01’/‘00’；以此原理，可以实现更多比特的数据传输。
在一种优选实施方式中，每个过零点，只传1-2个数据位，从而断开电压低损耗小，保证高低电平的时间可以足够长。
参见图3，所示为本发明中信号发送装置的原理框图，信号发送装置至少包括第一电源单元、第一过零检测单元、第一控制单元和斩波单元，其中，第一电源单元与电力线相连接，用于为信号发送装置提供供电；
第一过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲并发送给第一控制单元；
斩波单元串接在火线或零线中，用于控制火线或零线的导通与断开以在电力线中形成斩波后的交流信号；
第一控制单元与第一过零检测单元和斩波单元相连接，当信号发送装置向信号接收装置发送数据时，第一控制单元检测到零点脉冲时，控制斩波单元断开预设时长。
在一种优选实施方式中，信号发送装置还包括通讯单元，通讯单元与外部终端相连接，用于接收外部终端的控制指令，信号发送装置根据控制指令生成待发送数据。其中，通讯单元与外部终端可以采用有线连接，也可以采用无线连接；外部终端可以为手机、PAD等智能终端。
参见图4，所示为本发明中信号接收装置的原理框图，信号接收装置至少包括第二电源单元、第二过零检测单元和第二控制单元，其中，第二电源单元与电力线相连接，用于为信号接收装置提供供电；
第二过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲以及用于检测斩波单元断开的预设时长以产生斩波脉冲并发送给第二控制单元；
第二控制单元与第二过零检测单元相连接，用于检测到零点脉冲后检测斩波脉冲的脉宽并以此获取数据。
参见图5和图6，第一过零检测单元和第二过零检测单元采用相同结构的过零检测电路。
其中，过零检测电路至少包括整流桥BD1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管Q1。其工作原理如下：
交流信号经整流桥后变成馒头波信号，通过第一三极管Q1检测馒头波信号的零点，其中，第一三极管Q1的集电极经第四电阻R4上拉至电源VCC端，其发射极接地；第一三极管Q1的基极受控于馒头波信号，当处于零点位置时，第一三极管Q1截止，从而集电极T1端输出高电平，否则第一三极管Q1将导通，集电极T1为低电平。控制单元通过检测T1端的脉冲来检测零点。第一电阻R1和第二电阻R2为分压电路，第三电阻R3为限流电阻。
参见图7，所示为零点脉冲的示意图，每次过零点，T1点会产生一个高电平。
参见图8，所示为斩波后交流信号的示意图，通常第一控制单元检测到过零点脉冲后，稍加延迟，就控制斩波单元执行斩波操作。
第二过零检测单元的检测原理与上述相同，因为执行斩波操作后相当于是零点，由此电力线中执行斩波后，零点波形将发生变化，以此来判断是否有数据需要接收。
如果交流信号中进行了斩波操作，那第二过零检测单元在T1点接收到的波形如图9所示，其中P1脉冲是过零点脉冲，P2是斩波脉冲。本发明通过检测P2的宽度，识别数据。如图10所示，当发送不同的数据时，P2的脉宽不同。
在一种优选的实施方式中，斩波单元采用MOS管或者晶闸管。
在一种优选的实施方式中，第一控制单元和第二控制单元采用MCU实现。
在一种优选的实施方式中，接收数据时，第二控制单元检测到零点脉冲后开启定时器，定时器以上升沿脉冲触发计时且以下降沿脉冲停止计时，其计时时间即为斩波脉冲的脉宽。
在一种优选的实施方式中，第一电源单元和第二电源单元中设置储能电容，储能电容用于短时储存电能以用于在交流信号斩波期间为信号发送装置和信号接收装置提供供电。
在一种优选的实施方式中，信号接收装置获取数据并解析为控制指令以此控制受控机构。比如，在灯串控制应用中，受控机构为灯串，其采用电力线直接供电，在灯光控制器中设置本发明的信号发送装置，在每个灯串端设置本发明的信号接收装置，灯光控制器通过预设设定的通讯协议向灯串发送控制指令，以实现灯串亮度、色温、闪烁等状态的调节。因此，通过本技术方法，特别适合在户外照明等项目的多单元控制使用，成本低廉、控制有效，在一定的范围内，实现多个产品的统一控制管理，达到设定的功能场景。
为了实现上述方法，本发明还公开了一种通过斩波实现电力线通讯的系统，包括至少一个信号发送装置以及多个信号接收装置，信号发送装置与信号接收装置通过同一电力线并实现数据通讯；
其中，信号发送装置至少包括第一电源单元、第一过零检测单元、第一控制单元和斩波单元，其中，第一电源单元与电力线相连接，用于为信号发送装置提供供电；
第一过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲并发送给第一控制单元；
斩波单元串接在火线或零线中，用于控制火线的导通与断开以使电力线中形成斩波后的交流信号；
第一控制单元与第一过零检测单元和斩波单元相连接，当信号发送装置向信号接收装置发送数据时，第一控制单元检测到零点脉冲时，控制斩波单元断开一定时长；
信号接收装置至少包括第二电源单元、第二过零检测单元和第二控制单元，其中，第二电源单元与电力线相连接，用于为信号接收装置提供供电；
第二过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲以及用于检测斩波单元的断开时长以产生斩波脉冲并发送给第二控制单元；
第二控制单元与第二过零检测单元相连接，用于检测到零点脉冲后检测斩波脉冲的脉宽并以此获取数据。
需要指出的是，本发明信号发送装置和信号接收装置均为独立部件，可以作为独立产品使用和销售。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.通过斩波实现电力线通讯的方法，其特征在于，包括至少一个信号发送装置以及多个信号接收装置，所述信号发送装置与信号接收装置通过同一电力线并实现数据通讯；
信号发送装置发送数据时，信号发送装置通过在交流信号零点位置后进行斩波预设时长以在电力线中形成斩波后的交流信号；
信号接收装置接收数据时，获取斩波后的交流信号并转换为斩波脉冲，通过检测斩波脉冲的脉宽并以此获得数据；
所述斩波脉冲的脉宽与预设时长相对应；
所述信号发送装置至少包括第一电源单元、第一过零检测单元、第一控制单元和斩波单元，其中，所述第一电源单元与电力线相连接，用于为信号发送装置提供供电；
所述第一过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲并发送给第一控制单元；
所述斩波单元串接在火线或零线中，用于控制火线或零线的导通与断开以在电力线上形成斩波后的交流信号；
所述第一控制单元与所述第一过零检测单元和斩波单元相连接，当所述信号发送装置向所述信号接收装置发送数据时，所述第一控制单元检测到零点脉冲后，稍加延迟再控制所述斩波单元断开预设时长；
所述信号接收装置至少包括第二电源单元、第二过零检测单元和第二控制单元，其中，所述第二电源单元与电力线相连接，用于为信号接收装置提供供电；
所述第二过零检测单元用于检测电力线中交流信号的零点位置以产生零点脉冲以及用于检测所述斩波单元断开的预设时长以产生斩波脉冲并发送给第二控制单元；
所述第二控制单元与所述第二过零检测单元相连接，用于检测到零点脉冲后检测所述斩波脉冲的脉宽并以此获取数据；
所述第一过零检测单元和第二过零检测单元采用相同结构的过零检测电路；
所述过零检测电路至少包括整流桥BD1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一三极管Q1；
所述第一电源单元和第二电源单元中设置储能电容，所述储能电容用于短时储存电能以用于在交流信号斩波期间为所述信号发送装置和信号接收装置提供供电；
接收数据时，所述第二控制单元检测到零点脉冲后开启定时器，所述定时器以上升沿脉冲触发计时且以下降沿脉冲停止计时，其计时时间即为斩波脉冲的脉宽。
2.根据权利要求1所述的通过斩波实现电力线通讯的方法，其特征在于，所述斩波单元采用MOS管或者晶闸管。
3.根据权利要求1所述的通过斩波实现电力线通讯的方法，其特征在于，所述信号发送装置还包括通讯单元，所述通讯单元与外部终端相连接，用于接收外部终端的控制指令，所述信号发送装置根据控制指令生成待发送数据。
4.根据权利要求1所述的通过斩波实现电力线通讯的方法，其特征在于，所述信号接收装置获取数据并解析为控制指令以此控制受控机构。
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