CN112969270A - 基于电力载波的电压自适应方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及灯串控制的领域，尤其是涉及一种基于电力载波的电压自适应方法、系统、设备及存储介质，该基于电力载波的电压自适应方法包括：获取数据流信息，所述数据流信息包括数据流电压；根据所述数据流电压获得参考电压；根据所述参考电压解码所述数据流电压。本申请采用数据流电压自适应检测方法，不依赖于固定数据流电压的参考，而是直接从数据流的信号中获取参考电压，以当前数据流的参考电压来解码当前数据流，从而解决了对数据流电压绝对值限制的弊端，提高了电力载波的适用性。
Description
技术领域
本申请涉及灯串控制的领域，尤其是涉及一种基于电力载波的电压自适应方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，不需要铺设额外的通信线路而直接利用已有的电力线资源进行数据传输，这将会大大降低通信成本，相比于其它通讯方式有很大的优势，被广泛应用于电缆防窃、各类灯具控制以及监控系统的云台控制等领域。
低压电力载波通信是以低压电力线为通信载体，由发送端把数据调制到几十至几百KHz的载波频率上，通过低压电力线发送到接收端，并由接收端从低压电力线上接收载波信号并进行解调，把原来的数据进行信息还原的过程。相关技术中，接收端的电力载波模块可以通过采样和识别载波信号的数据流电压，并将数据流电压与预先设定的特定电压进行比较，当数据流电压高于特定电压时，识别为数据“1”，当数据流电压低于特定电压时，识别为数据“0”。
针对上述中的相关技术，发明人认为，电力载波模块中预先设定的特定电压在芯片设计时便已确定，无法更改，且不同厂家的电力载波模块的特定电压各不相同，彼此不能够互相通信，限制了电力载波模块的应用。
发明内容
为了提高电力载波的适用性，本申请提供了一种基于电力载波的电压自适应方法、系统、设备及存储介质。
第一方面，本申请提供一种基于电力载波的电压自适应方法，采用如下的技术方案：
一种基于电力载波的电压自适应方法，包括：
获取数据流信息，所述数据流信息包括数据流电压；
根据所述数据流电压获得参考电压；
根据所述参考电压解码所述数据流电压。
通过采用上述技术方案，根据当前的数据流电压确定参考电压，然后用参考电压来解码数据流电压获得控制信号。
可选的，所述根据所述数据流电压获得参考电压，包括：采用滤波单元对所述数据流电压进行滤波，获取低频分量作为所述参考电压。
通过采用上述技术方案，采用滤波单元对数据流电压进行滤波后，得到一个相对平滑的低频分量作为参考电压，随着输入的数据流电压大小的改变，该参考电压能够跟着改变，从而提高灯串的通用性和适用性。
可选的，所述滤波单元包括电阻器R和第一电容器C1，所述电阻器R一端连接于所述滤波单元输入端，所述电阻器R另一端连接于所述滤波单元输出端和所述第一电容器C1一端，所述第一电容器C1另一端接地。
通过采用上述技术方案，采用RC滤波，用一个电容器和一个电阻器即可对数据流信息进行滤波，从数据流信息中滤出低频分量作为参考电压。
可选的，所述滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容器C2，所述第一二极管D1阳极连接于所述滤波单元输入端和所述第二二极管D2阴极，所述第一二极管D1阴极连接于所述滤波单元输出端、所述第二二极管D2阳极和所述第二电容器C2一端，所述第二电容器C2另一端接地。
通过采用上述技术方案，采用二极管组和电容器作为滤波单元，可以拥有更快的响应速度，利用二极管的快速开启特性，可以更快地使滤波单元输出端处于直流工作点附近，并且制作二极管所需耗费的芯片面积相比于电阻器更小，从而比采用电阻器更加节省成本。
可选的，所述滤波单元包括场效应管MOS和第三电容器C3，所述场效应管MOS源极连接于所述滤波单元输入端，所述场效应管MOS漏极连接于所述滤波单元输出端、所述场效应管MOS栅极和所述第三电容器C3一端，所述第三电容器C3另一端接地。
通过采用上述技术方案，因为二极管在标准CMOS工艺下很难实现，可以采用场效应管替代二极管，利用场效应管的亚阈值导通的特性，配合电容器的使用，即可实现滤波功能。
第二方面，本申请提供一种基于电力载波的电压自适应系统，采用如下的技术方案：
一种基于电力载波的电压自适应系统，包括：
获取模块，用于获取数据流信息，所述数据流信息包括数据流电压；
转换模块，用于根据所述数据流电压获得参考电压；
解码模块，用于根据所述参考电压解码所述数据流电压。
通过采用上述技术方案，根据当前的数据流电压确定参考电压，然后用参考电压来解码数据流电压获得控制信号。
可选的，所述转换模块包括滤波单元，所述滤波单元对所述数据流电压进行滤波，获取低频分量作为所述参考电压。
通过采用上述技术方案，根据数据流电压获得参考电压可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，其中，采用硬件实现的方式具体为：采用滤波单元对数据流电压进行滤波，获取低频分量作为参考电压；采用滤波单元对数据流电压进行滤波后，得到一个相对平滑的参考电压，然后再将该参考电压与数据流电压进行比较，最终可以得到解调后的控制信号输出。
可选的，所述解码模块包括比较单元，所述比较单元将所述参考电压与所述数据流电压进行比较，解码所述数据流电压。
通过采用上述技术方案，根据参考电压解码数据流电压可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，其中，采用硬件实现的方式具体为：采用比较器，对参考电压和数据流电压进行比较，从而获得解调后的控制信号。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，采用如下的技术方案：
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述任一种基于电力载波的频率自适应方法的计算机程序。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，采用如下的技术方案：
一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述任一种基于电力载波的频率自适应方法的计算机程序。
综上所述，本申请采用数据流电压自适应检测方法，不依赖于固定数据流电压的参考，而是直接从数据流的信号中获取参考电压，以当前数据流的参考电压来解码当前数据流，从而解决了对数据流电压绝对值限制的弊端，提高了电力载波的适用性。
附图说明
图1是相关技术中灯串电力载波通讯系统框图。
图2是本申请基于电力载波的电压自适应方法流程示意图。
图3是本申请电压自适应系统的一种实施方式原理图。
图4是本申请电压自适应系统的另一种实施方式原理图。
图5是本申请电压自适应系统的又一种实施方式原理图。
图6是本申请基于电力载波的电压自适应系统框图。
图7是本申请电压自适应系统的一种实施方式的信号波形图。
图8是本申请电压自适应系统的另一种实施方式的信号波形图。
附图标记说明：1、获取模块；2、转换模块；3、解码模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-8及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，相关技术中，灯串的控制方法变的越来越智能化，圣诞灯灯串的控制方法可以采用电力载波通讯控制，由一个发送端控制一条或多条回路上的每个灯串中的接收端，通过在发送端中设定不同策略，然后借助电力载波通讯方式实现对各个灯串的控制。低压电力载波通信信号频带峰值电压一般不会超过10V，因此不会对电力线路造成不良影响；它主要是在一个变压器范围内进行数据的传输，发送端采用电力线调制器把控制信号调制到几十至几百KHz的载波频率上形成数据流，并在电力线上传输该数据流，接收端的电力载波模块采用电力线解调器将数据流中的控制信号解调提取出来。
相关技术中，接收端的电力载波模块采用电力线解调器通过采样和识别载波信号的数据流电压，并将数据流电压与预先设定的特定电压进行比较，当数据流电压高于特定电压时，将控制信号识别为数据“1”，当数据流电压低于特定电压时，将控制信号识别为数据“0”，然而，电力载波模块中预先设定的特定电压在芯片设计时便已确定，无法更改，当控制信号的数据流电压发生改变的情况下，就出现无法识别的状况；例如，当预先设定的特定电压为3.5V时，电压为4V的信号代表数据‘1’，电压为3V的信号代表数据‘0’，但是由于某种原因（例如接收端采用了不同厂家的电力载波模块时）控制信号的数据流电压只能用电压为3V的信号代表数据‘1’， 电压为2V的信号代表数据‘0’，而由于预先设定的特定电压为3.5V，3.5V大于当前表示数据‘1’的电压3V和表示数据‘0’的电压2V，此时无法正确识别控制信号的数据流电压。
本申请实施例公开一种基于电力载波的电压自适应方法。参照图2，基于电力载波的电压自适应方法包括：
S01：获取数据流信息，数据流信息包括数据流电压；
S02：根据数据流电压获得参考电压；
S03：根据参考电压解码数据流电压。
具体来说，根据数据流电压获得参考电压可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，其中，采用硬件实现的方式具体为：采用滤波单元对数据流电压进行滤波，获取低频分量作为参考电压；采用滤波单元对数据流电压进行滤波后，得到一个相对平滑的参考电压，然后再将该参考电压与数据流电压进行比较，最终可以得到解调后的控制信号输出。根据参考电压解码数据流电压可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，其中，采用硬件实现的方式具体为：采用比较器，对参考电压和数据流电压进行比较，从而获得解调后的控制信号。
参照图3，作为滤波单元的一种实施方式，滤波单元包括电阻器R和第一电容器C1，电阻器R一端连接于滤波单元输入端，电阻器R另一端连接于滤波单元输出端和第一电容器C1一端，第一电容器C1另一端接地。采用RC滤波，用一个电容器和一个电阻器即可对数据流信息进行滤波，从数据流信息中滤出低频分量作为参考电压，该参考电压的纹波大小取决于电阻值和电容值，将数据流电压与参考电压进行比较即可检查出数据流上的控制信号。
参照图4，作为滤波单元的另一种实施方式，滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容器C2，第一二极管D1阳极连接于滤波单元输入端和第二二极管D2阴极，第一二极管D1阴极连接于滤波单元输出端、第二二极管D2阳极和第二电容器C2一端，第二电容器C2另一端接地。采用二极管组和电容器作为滤波单元，当数据流电压的信号幅度比较大时，滤波单元输出端的纹波会比较大，但并不影响信号解调的效果，却可以拥有更快的响应速度，利用二极管的快速开启特性，可以更快地使滤波单元输出端处于直流工作点附近，并且制作二极管所需耗费的芯片面积相比于电阻器更小，从而比采用电阻器更加节省成本。
参照图5，作为滤波单元的又一种实施方式，滤波单元包括场效应管MOS和第三电容器C3，场效应管MOS源极连接于滤波单元输入端，场效应管MOS漏极连接于滤波单元输出端、场效应管MOS栅极和第三电容器C3一端，第三电容器C3另一端接地。场效应管MOS可以采用P-MOS或N-MOS，其中，采用P-MOS时，P-MOS的衬底栅极设置有反向二极管。因为二极管在标准CMOS工艺下很难实现，可以采用场效应管替代二极管，利用场效应管的亚阈值导通的特性，配合电容器的使用，即可实现滤波功能。
本申请实施例还公开一种基于电力载波的电压自适应系统。参照图6，基于电力载波的电压自适应系统包括：
获取模块1，用于获取数据流信息，数据流信息包括数据流电压；
转换模块2，用于根据数据流电压获得参考电压；
解码模块3，用于根据参考电压解码数据流电压。
具体来说，转换模块2可以采用滤波单元来实现，解码模块3可以采用比较单元来实现；利用滤波单元对数据流电压进行滤波，即可获取低频分量作为参考电压；比较单元将参考电压与数据流电压进行比较，从而解码数据流电压，即可检查出数据流上的控制信号，最终可以根据控制信号控制灯串的颜色和亮度。
相关技术中，当预先设定的特定电压为3.5V时，电压为4V的信号代表数据‘1’，电压为3V的信号代表数据‘0’，但是由于某种原因（例如接收端采用了不同厂家的电力载波模块时）控制信号的数据流电压只能用电压为5V的信号代表数据‘1’， 电压为3.6V的信号代表数据‘0’，而由于预先设定的特定电压为3.5V，3.5V小于当前表示数据‘1’的电压5V和表示数据‘0’的电压3.6V，此时无法正确识别控制信号的数据流电压。
参照图3，作为本申请实施例基于电力载波的电压自适应系统的一种实施方式，该系统包括滤波单元和比较单元，滤波单元包括电阻器R和第一电容器C1，比较单元包括比较器U，电阻器R一端和比较器U正相输入端连接于电力线，用于获取数据流电压，电阻器R另一端连接于第一电容器C1一端和比较器U反相输入端，第一电容器C1另一端接地，比较器U输出端用于输出控制信号。
参照图3、7，控制信号的数据流电压用电压为5V的信号代表数据‘1’， 电压为3.6V的信号代表数据‘0’，当无控制信号时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，数据流电压VDD经过电阻器R对第一电容器C1进行充电，使得比较器U反相输入端电压VP也处于相对高电平（5V）位置，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；当接收到控制信号的低电平（3.6V）时，数据流电压VDD处于相对低电平（3.6V）位置，此时，第一电容器C1两端电压不能突变，只能通过电阻器R进行放电，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐降低，但比较器U反相输入端电压VP此时大于数据流电压VDD（3.6V），因此，比较器U输出端电压DIN为低电平（0V），代表数据‘0’；当接收到控制信号的高电平（5V）时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，数据流电压VDD经过电阻器R对第一电容器C1进行充电，此时，第一电容器C1两端电压不能突变，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐升高，但比较器U反相输入端电压VP此时小于数据流电压VDD（5V），因此，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；以此类推，即可检查出数据流上的控制信号。
参照图4，作为本申请实施例基于电力载波的电压自适应系统的另一种实施方式，该系统包括滤波单元和比较单元，滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容器C2，比较单元包括比较器U，第一二极管D1阳极、第二二极管D2阴极和比较器U正相输入端连接于电力线，用于获取数据流电压，第一二极管D1阴极连接于比较器U反相输入端、第二二极管D2阳极和第二电容器C2一端，第二电容器C2另一端接地，比较器U输出端用于输出控制信号。
参照图4、8，控制信号的数据流电压用电压为5V的信号代表数据‘1’， 电压为3.6V的信号代表数据‘0’，当无控制信号时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，数据流电压VDD经过第一二极管D1对第二电容器C2进行充电，使得比较器U反相输入端电压VP也处于相对高电平（5V）位置，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；当接收到控制信号的低电平（3.6V）时，数据流电压VDD处于相对低电平（3.6V）位置，此时，第二电容器C2两端电压不能突变，只能通过第二二极管D2进行放电，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐降低，但比较器U反相输入端电压VP此时大于数据流电压VDD（3.6V），因此，比较器U输出端电压DIN为低电平（0V），代表数据‘0’；当接收到控制信号的高电平（5V）时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，数据流电压VDD经过第一二极管D1对第二电容器C2进行充电，此时，第二电容器C2两端电压不能突变，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐升高，但比较器U反相输入端电压VP此时小于数据流电压VDD（5V），因此，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；以此类推，即可检查出数据流上的控制信号。
参照图5，作为本申请实施例基于电力载波的电压自适应系统的又一种实施方式，该系统包括滤波单元和比较单元，滤波单元包括场效应管P-MOS和第三电容器C3，比较单元包括比较器U，场效应管P-MOS源极和比较器U正相输入端连接于电力线，用于获取数据流电压，场效应管P-MOS漏极连接于比较器U反相输入端、场效应管P-MOS栅极和第三电容器C3一端，第三电容器C3另一端接地，比较器U输出端用于输出控制信号；其中，场效应管P-MOS栅极设置有反向二极管。
具体来说，因为二极管在标准CMOS工艺下很难实现，可以采用场效应管P-MOS及其栅极设置的反向二极管替代上述的第一二极管D1和第二二极管D2，利用场效应管的亚阈值导通的特性，可以实现等效于第一二极管D1和第二二极管D2的功能。
参照图5、8，控制信号的数据流电压用电压为5V的信号代表数据‘1’， 电压为3.6V的信号代表数据‘0’，当无控制信号时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，比较器U反相输入端电压VP处于低电平（0V）位置，从而导通场效应管P-MOS的栅极，数据流电压VDD经过场效应管P-MOS的源极S和漏极D对第三电容器C3进行充电，使得比较器U反相输入端电压VP处于相对高电平（5V）位置，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；当接收到控制信号的低电平（3.6V）时，数据流电压VDD处于相对低电平（3.6V）位置，此时，场效应管P-MOS截断，第三电容器C3两端电压不能突变，只能利用场效应管P-MOS的亚阈值特性，通过场效应管P-MOS的源极S和漏极D进行微量漏电流放电，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐降低，但比较器U反相输入端电压VP此时大于数据流电压VDD（3.6V），因此，比较器U输出端电压DIN为低电平（0V），代表数据‘0’；当接收到控制信号的高电平（5V）时，数据流电压VDD处于相对高电平（5V）位置，数据流电压VDD经过场效应管P-MOS的源极S和漏极D对第三电容器C3进行充电，此时，第三电容器C3两端电压不能突变，从而使得比较器U反相输入端电压VP（3.6V<VP<5V）逐渐升高，但比较器U反相输入端电压VP此时小于数据流电压VDD（5V），因此，比较器U输出端电压DIN为高电平（5V），代表数据‘1’；以此类推，即可检查出数据流上的控制信号。
本申请实施例还公开一种计算机设备。
具体来说，该计算机设备包括存储器和处理器，存储器上存储有能够被处理器加载并执行上述任一种基于电力载波的频率自适应方法的计算机程序。
本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质。
具体来说，该计算机可读存储介质，其存储有能够被处理器加载并执行上述任一种基于电力载波的频率自适应方法的计算机程序，该计算机可读存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (10)
1.一种基于电力载波的电压自适应方法，其特征在于，包括：
获取数据流信息，所述数据流信息包括数据流电压；
根据所述数据流电压获得参考电压；
根据所述参考电压解码所述数据流电压。
2.根据权利要求1所述的基于电力载波的电压自适应方法，其特征在于，所述根据所述数据流电压获得参考电压，包括：采用滤波单元对所述数据流电压进行滤波，获取低频分量作为所述参考电压。
3.根据权利要求2所述的基于电力载波的电压自适应方法，其特征在于：所述滤波单元包括电阻器R和第一电容器C1，所述电阻器R一端连接于所述滤波单元输入端，所述电阻器R另一端连接于所述滤波单元输出端和所述第一电容器C1一端，所述第一电容器C1另一端接地。
4.根据权利要求2所述的基于电力载波的电压自适应方法，其特征在于：所述滤波单元包括第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容器C2，所述第一二极管D1阳极连接于所述滤波单元输入端和所述第二二极管D2阴极，所述第一二极管D1阴极连接于所述滤波单元输出端、所述第二二极管D2阳极和所述第二电容器C2一端，所述第二电容器C2另一端接地。
5.根据权利要求2所述的基于电力载波的电压自适应方法，其特征在于：所述滤波单元包括场效应管MOS和第三电容器C3，所述场效应管MOS源极连接于所述滤波单元输入端，所述场效应管MOS漏极连接于所述滤波单元输出端、所述场效应管MOS栅极和所述第三电容器C3一端，所述第三电容器C3另一端接地。
6.一种基于电力载波的电压自适应系统，其特征在于，包括：
获取模块（1），用于获取数据流信息，所述数据流信息包括数据流电压；
转换模块（2），用于根据所述数据流电压获得参考电压；
解码模块（3），用于根据所述参考电压解码所述数据流电压。
7.根据权利要求6所述的基于电力载波的电压自适应系统，其特征在于：所述转换模块（2）包括滤波单元，所述滤波单元对所述数据流电压进行滤波，获取低频分量作为所述参考电压。
8.根据权利要求6所述的基于电力载波的电压自适应系统，其特征在于：所述解码模块（3）包括比较单元，所述比较单元将所述参考电压与所述数据流电压进行比较，解码所述数据流电压。
9.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至5中任一种方法的计算机程序。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至5中任一种方法的计算机程序。
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2021
- 2021-02-07 CN CN202110175193.4A patent/CN112969270A/zh active Pending
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