CN112073087A - 一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法，包括：用于连接交流电网的交流输入端，连接交流输入端、用于在交流输入端的交流输入为零时输出过零检测电平的过零检测电路，连接过零检测电路、用于在接收零检测电平时工作在第一状态或第二状态的控制电路，连接交流输入端和控制电路的通信电平处理电路；其中，控制电路在第一状态时，通过通信电平处理电路发送通信信号至交流输入端；控制电路在第二状态时，通过通信电平处理电路接收交流输入端输入的通信信号。实施本发明能够结构简单，能够方便的布局实现交流电网通信。

Description

一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法。
背景技术
由于交流电网的布线具有广泛性，如何利用交流电网进行通信信号的传递是电力通信技术研究的重要课题。当前主要采用的电力线载波技术是指利用电力线作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。当前一些成熟的电力载波技术存在对电路改造大，其电路成本高缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述部分技术缺陷，提供一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种交流电网通信电路，包括：
用于连接交流电网的交流输入端，连接所述交流输入端、用于在所述交流输入端的交流输入为零时输出过零检测电平的过零检测电路，
连接所述过零检测电路、用于在接收所述零检测电平时工作在第一状态或第二状态的控制电路，连接所述交流输入端和所述控制电路的通信电平处理电路；
其中，所述控制电路在所述第一状态时，通过所述通信电平处理电路发送通信信号至所述交流输入端；
所述控制电路在所述第二状态时，通过所述通信电平处理电路接收所述交流输入端输入的通信信号。
优选地，所述交流输入端包括L端和N端，所述通信电平处理电路包括通信信号提取电路和选频电路；
所述通信信号提取电路的第一端连接所述N端，所述通信信号提取电路的第二端连接所述L端；
所述选频电路的第一端连接所述通信信号提取电路，所述选频电路的第二端连接所述控制电路。
优选地，所述选频电路包括第一电容C1、第二电容C2和电阻R1，所述第一电容C1的第一端连接所述通信信号提取电路的第一端，所述第一电容C1的第二端经所述电阻R1连接所述控制电路，所述第二电容C2的第一端连接所述通信信号提取电路的第二端，所述第二电容C2的第二端接地；和/或
所述通信信号提取电路包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端连接所述N端，所述第三电容C3的另一端连接所述L端。
优选地，所述通信电平处理电路还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极接地，所述第一二极管D1的负极连接所述控制电路。
优选地，所述过零检测电路包括光电耦合器U1、第二二极管D2和电阻R3；
所述光电耦合器U1的第一端分别连接所述第二二极管D2的负极和所述电阻R3的第一端，所述光电耦合器U1的第二端分别连接所述第二二极管D2的正极和所述N端，所述光电耦合器U1的第三端接地，所述光电耦合器U1的第四端连接所述控制电路，所述电阻R3的第二端连接所述L端。
优选地，所述控制电路包括控制芯片IC1，所述控制芯片IC1的第二管脚连接所述通信电平处理电路，所述控制芯片IC1的第十管脚连接所述过零检测电路。
本发明还构造一种电器设备，包括：如上面任意一项所述的交流电网通信电路。
本发明还构造一种交流电网通信系统，包括多个如上面所述的电器设备，所述多个电器设备均与同一交流电网连接，任意选取一电器设备设置为主设备，其他电器设备为从设备，
所述从设备均接收所述主设备通过所述交流电网传输的通信信号。
本发明还构造一种交流电网通信方法，应用于如上面所述的交流电网通信系统，包括：
所述主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，所述从设备接收所述脉冲并记录；
连续执行上述过程至少两次以传输至少两个脉冲；
所述从设备将接收的所述至少两个脉冲按照接收顺序编组以得到通信指令。
优选地，
所述主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，包括：所述主设备在每一次检测到所述交流输入为零时均发送所述脉冲，或所述主设备在每检测到多次所述交流输入为零时发送一次所述脉冲。
优选地，发明的一种交流电网通信方法还包括：
所述主设备按照预设编码规则生成多个脉冲；
所述从设备接收所述多个脉冲依照所述预设编码规则进行解码以获取所述通信指令。
实施本发明的一种交流电网通信电路、电器设备、通信系统及方法，具有以下有益效果：结构简单，能够方便的布局实现交流电网通信。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种交流电网通信电路的逻辑框图；
图2是本发明一种交流电网通信电路一实施例的电路原理图；
图3是本发明一种电器设备一实施例的的逻辑框图；
图4是本发明一种交流电网通信系统一实施例的的逻辑框图；
图5是本发明一种交流电网通信方法的一实施例的程序流程图；
图6是本发明一种交流电网通信方法的另一实施例的程序流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，在本发明的一种交流电网通信电路100第一实施例中，包括：用于连接交流电网的交流输入端110，连接交流输入端110、用于在交流输入端110的交流输入为零时输出过零检测电平的过零检测电路130，连接过零检测电路130、用于在接收零检测电平时工作在第一状态或第二状态的控制电路140，连接交流输入端110和控制电路140的通信电平处理电路120；其中，控制电路140在第一状态时，通过通信电平处理电路120发送通信信号至交流输入端110；控制电路140在第二状态时，通过通信电平处理电路120接收交流输入端110输入的通信信号。具体的，交流输入端110用来连接交流电网，其可以用来接收交流电网的交流输入，同时该通信电路的通信信号也通过该交流输入端110传输至交流电网以通过交流电网与其他设备时间通信。过零检测电路130连接交流输入端110，其用来检测交流输入端110的交流输入，并在交流输入端110的交流输入过零时输出过零检测电平，其过零检测指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时过零检测电路130作出的检测。控制电路140连接过零检测电路130，其在接收到过零检测电路130的过零检测电平时，触发其工作状态。其工作状态可以包括通信信号发射状态和通信信号接收状态，即分别对应第一状态和第二状态，控制电路140与交流输入端110之间连接有通信电平处理电路120，其用来将来自交流输入端110输入的通信信号进行处理后输出至控制电路140接收，或者用来将控制电路140输出的通信信号经过处理后输出至交流输入端110，通过交流输入端110输出至交流电网。
可选的，如图2所示，交流输入端110包括L端111和N端112，通信电平处理电路120包括通信信号提取电路121和选频电路122；通信信号提取电路121的第一端连接N端112，通信信号提取电路121的第二端连接L端111；选频电路122的第一端连接通信信号提取电路121，选频电路122的第二端连接控制电路140。具体的，在过零点的时候，交流输入端110的L端111和N端112之间的瞬间电势一样，没有相对电压，此时通过交流输入端110输入的通信信号在L端111和N端112之间连接通信信号提取电路121上形成通信信号电压，该通信信号电压经过选频电路122选频处理后进入到主控电路，同时主控电路发送的通信信号，其通过选频电路122处理后并在通信信号提取电路121上形成通信信号电压后经交流输入端110输出至交流电网，并可通过交流电网传输至其他的设备。
可选的，通信信号提取电路121包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接N端112，第三电容C3的另一端连接L端111；通信信号提取电路121可以通过分压电阻实现，其包括第三电容C3，第三电容C3连接在交流输入的N端112和L端111，以在L端111和N端112形成电压。
可选的，选频电路122包括第一电容C1、第二电容C2和电阻R1，第一电容C1的第一端连接通信信号提取电路121的第一端，第一电容C1的第二端经电阻R1连接控制电路140；第二电容C2的第一端连接通信信号提取电路121的第二端，第二电容C2的第二端接地。具体的，通过电容C1、电容C2和电阻R1的设置及其对应的取值，可以控制通过选频电路122的信号频率，以使得刚好为通信信号通过。同时通过选频电路122可以阻止交流输入端110的交流输入进入控制电路140对控制电路140造成损坏。
可选的，通信电平处理电路120还包括第一二极管D1，第一二极管D1的正极接地，第一二极管D1的负极连接控制电路140。具体的，二极管D1用来稳压和保护，其可以对主控电路输出的通信信号进行稳压，以保证其输出的通信信号电压满足要求，保证在其通过交流电源输入端输出后，能够被其他设备所识别和接收。当输入至控制电路140的电流电压过高时，通过二极管D1二极管反向击穿和地短路，防止控制电路140被过大的电平输出而损坏。
可选的，过零检测电路130包括光电耦合器U1、第二二极管D2和电阻R3；光电耦合器U1的第一端分别连接第二二极管D2的负极和电阻R3的第一端，光电耦合器U1的第二端分别连接第二二极管D2的正极和N端112，光电耦合器U1的第三端接地，光电耦合器U1的第四端连接控制电路140，电阻R3的第二端连接L端111。具体的，光电耦合器U1的发光管连接在电源输入端，即其正极和负极分别连接交流输入端110的L端111和N端112，在交流输入端110交流输入时，交流输入端110的L端111和N端112会有电压差，该电压差使得光电耦合器的发光管导通发光，触发其光敏管导通，光电耦合器U1连接光敏管的第三管脚和第四管脚导通接地，第四管脚输出低电平，即此时控制电路140的与光电耦合器U1连接的管脚接收到低电平。而当交流输入端110之间的交流输入过零时，即L端111和N端112没有电压，此时发光管的正极和负极之间因为没有电压，其不再发光，光敏管停止导通，光电耦合器U1的第三管脚和第四管脚断开，其第四管脚因为上电阻R4的作用，形成高电平，此时控制电路140的与光电耦合器U1连接的管脚接收到高电平，因此可以理解光电耦合器U1的第四管脚输出的高电平即为对应的过零检测电平。
可选的，控制电路140包括控制芯片IC1，控制芯片IC1的第二管脚连接通信电平处理电路120，控制芯片IC1的第十管脚连接过零检测电路130。具体的，控制电路140包括控制芯片IC1，其通过第二管脚连接通信电平处理电路120接收或发送通信信号，通过第十管脚连接过零检测电路130以接收过零检测电平。其中控制芯片IC1可以采用器件型号96F8216D。
另，如图3所示，本发明的一种电器设备10，其包括上面任意一项的交流电网通信电路100，即，电器设备10中设置有工作电路200和该交流电网通信电路100，交流电网通信电路100的通信信号可以用来控制电器设备10的工作电路200进行对应的动作。在电器设备10中设置该交流电网通信电路100，可以实现电器设备10通过交流电网通信。
另，如图4所示，本发明的一种交流电网通信系统，包括多个如上面的电器设备10，多个电器设备10均与同一交流电网连接，任意选取一电器设备10设置为主设备，其他电器设备10为从设备，从设备均接收主设备通过交流电网传输的通信信号。具体的，通过上面的电器设备10进行组网连接，可形成多个电器设备10之间通过交流电网的通信。相互独立的电器设备10之间不用再接其它线，只要接在同个电网的交流电中，就实现通信，通过电网通信。其通信过程中，任意设置一个电器设备10为主设备，其他设备则为从设备，其中主设备在检测到交流输入过零时，输出通信信号，从设备通过电网接收该通信信号，实现了主设备与从设备之间的通信。可以理解，为了保证通信效果，电器设备10的组网为同一交流电网，该交流电网尽量为局域电网，例如其，可以设置为同一家庭，同一场地的所有的电器设备10之间的通信，其局域电网设计的场景更加贴近实际需求。
另，如图5所示，本发明的一种交流电网通信方法，应用于如上面的交流电网通信系统，包括：
S1、主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，从设备接收脉冲并记录；
S2、连续执行上述过程至少两次以传输至少两个脉冲；
S3、从设备将接收的至少两个脉冲按照接收顺序编组以得到通信指令。
具体的，上面的交流电网通信系统在通信过程中，由于过零时间限制，为了保证通信效果，其主设备在检测到交流输入过零时，开始发送单个脉冲信号，从设备接收该脉冲信号后进行记录，主设备连续的执行S1的动作，使得主设备与从设备之间至少传输两个脉冲信号，从设备接收到至少两个脉冲后按照接收顺序编组，以根据预设的编组规则解调该脉冲信号得到通信指令，以进行对应的动作。
可选的，主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，包括：主设备在每一次检测到交流输入为零时均发送脉冲，或主设备在每检测到多次交流输入为零时发送一次脉冲。具体的，主设备在交流输入为零时发送单个脉冲可以为其每检测到一次交流输入为零时发送一次脉冲信号，其还可以在依照预设规则，间隔发送脉冲信号，即检测到一定次数的交流输入为零时才发送一次脉冲信号。
可选的，如图6所示，本发明的一种交流电网通信方法还包括：
S01、主设备按照预设编码规则生成多个脉冲；
S02、从设备接收多个脉冲依照预设编码规则进行解码以获取通信指令。
具体的，主设备发送脉冲信号之前，可以按照预设编码规则将指令生成脉冲，并依照上述的步骤进行发送，从设备接收到该脉冲后，依照该预设编码进行解码得到通信指令。该预设编码规则可以根据需要进行事先设置，以达到输出和接收的一致。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种交流电网通信电路，其特征在于，包括：
用于连接交流电网的交流输入端，连接所述交流输入端、用于在所述交流输入端的交流输入为零时输出过零检测电平的过零检测电路，
连接所述过零检测电路、用于在接收所述零检测电平时工作在第一状态或第二状态的控制电路，连接所述交流输入端和所述控制电路的通信电平处理电路；
其中，所述控制电路在所述第一状态时，通过所述通信电平处理电路发送通信信号至所述交流输入端；
所述控制电路在所述第二状态时，通过所述通信电平处理电路接收所述交流输入端输入的通信信号。
2.根据权利要求1所述的交流电网通信电路，其特征在于，所述交流输入端包括L端和N端，所述通信电平处理电路包括通信信号提取电路和选频电路；
所述通信信号提取电路的第一端连接所述N端，所述通信信号提取电路的第二端连接所述L端；
所述选频电路的第一端连接所述通信信号提取电路，所述选频电路的第二端连接所述控制电路。
3.根据权利要求2所述的交流电网通信电路，其特征在于，所述选频电路包括第一电容C1、第二电容C2和电阻R1，所述第一电容C1的第一端连接所述通信信号提取电路的第一端，所述第一电容C1的第二端经所述电阻R1连接所述控制电路，所述第二电容C2的第一端连接所述通信信号提取电路的第二端，所述第二电容C2的第二端接地；和/或
所述通信信号提取电路包括第三电容C3，所述第三电容C3的一端连接所述N端，所述第三电容C3的另一端连接所述L端。
4.根据权利要求2所述的交流电网通信电路，其特征在于，所述通信电平处理电路还包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极接地，所述第一二极管D1的负极连接所述控制电路。
5.根据权利要求2所述的交流电网通信电路，其特征在于，所述过零检测电路包括光电耦合器U1、第二二极管D2和电阻R3；
所述光电耦合器U1的第一端分别连接所述第二二极管D2的负极和所述电阻R3的第一端，所述光电耦合器U1的第二端分别连接所述第二二极管D2的正极和所述N端，所述光电耦合器U1的第三端接地，所述光电耦合器U1的第四端连接所述控制电路，所述电阻R3的第二端连接所述L端。
6.根据权利要求1所述的交流电网通信电路，其特征在于，所述控制电路包括控制芯片IC1，所述控制芯片IC1的第二管脚连接所述通信电平处理电路，所述控制芯片IC1的第十管脚连接所述过零检测电路。
7.一种电器设备，其特征在于，包括：如权利要求1至6任意一项所述的交流电网通信电路。
8.一种交流电网通信系统，其特征在于，包括多个如权利要求7所述的电器设备，所述多个电器设备均与同一交流电网连接，任意选取一电器设备设置为主设备，其他电器设备为从设备，
所述从设备均接收所述主设备通过所述交流电网传输的通信信号。
9.一种交流电网通信方法，其特征在于，应用于如权利要求8所述的交流电网通信系统，包括以下过程：
所述主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，所述从设备接收所述脉冲并记录；
连续执行上述过程至少两次以传输至少两个脉冲；
所述从设备将接收的所述至少两个脉冲按照接收顺序编组以得到通信指令。
10.根据权利要求9所述的交流电网通信方法，其特征在于，
所述主设备在检测到其交流输入为零时发送单个脉冲，包括：所述主设备在每一次检测到所述交流输入为零时均发送所述脉冲，或所述主设备在每检测到多次所述交流输入为零时发送一次所述脉冲。
11.根据权利要求9所述的交流电网通信方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述主设备按照预设编码规则生成多个脉冲；
所述从设备接收所述多个脉冲依照所述预设编码规则进行解码以获取所述通信指令。
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