CN1886018B

CN1886018B - 基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统

Info

Publication number: CN1886018B
Application number: CN200610051699A
Authority: CN
Inventors: 张岳军; 吴明光; 杨丕楠
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: CN1886018A

Abstract

本发明公开了一种基于无线射频技术和电力线载波通信技术的智能照明系统。它由无线遥控器，无线信号转发模块，电力线接收模块以及被控灯具组成。无线遥控器发射射频信号，无线信号转发模块则将接收到的射频信号转换成电力线载波信号，再调制到电力线上进行传输，电力线接收模块接收到信号后，根据指令进行相应的处理。无线遥控器和电力线接收模块通过地址绑定来决定是否执行此指令，地址共有8位，因此系统最多可控制256组灯光设备。该系统综合了无线遥控技术和电力线载波技术的优点，使得对灯光设备的控制更为方便灵活，操作简单，成本低廉，维护方便，可扩展性良好。

Description

基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统

技术领域

本发明涉及一种照明控制系统，尤其涉及一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统。

背景技术

传统的照明控制系统，其能量流和控制流合一，通过机械式开关控制照明线路。如要实现多点控制，则需要额外安装线路，布线工作量大、安全性差，且无法实现移动集中遥控。

目前还有一些小型的专用照明控制系统，各控制开关间通过总线和无线方式连接。但此类系统工作范围有限，系统不具有可扩展性；设备间信息交换均采用数字编码技术，存在实现技术复杂，抗干扰能力差，可靠性差的缺陷。

此外，还有一些附属楼宇自动化系统的照明控制系统，采用特定的协议，如Lonworks、BACnet、EIB等，这类系统功能丰富，规模庞大，安装调试复杂，必须由专业技术人员施工，而且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统。

基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统由无线遥控器、多个无线信号转发模块、电力线接收模块、被控灯具组成；无线信号转发模块：微处理器模块分别与过零检测模块、电源模块、电力线信号调制模块、灯光驱动模块、无线信号接收模块、地址设定模块、对码电路相接，过零检测模块、电源模块、电力线信号调制模块、灯光驱动模块分别与电力线相接。

本发明的无线信号接收和解码由微处理器和外围电路共同完成。解码则由无线信号转发模块中的软件实现，因此转发模块MCU实现控制功能的同时，兼做解码，省略了解码芯片PT2272，这种将功能集中实现的设计方法充分利用了微处理器的闲置资源，简化了电路结构，提高了设备的可靠性，同时有效的降低了成本。转发模块将接收到的无线信号和本身的地址进行核对，如果无线遥控器发出的房间号与转发模块一致，则接收信号，并相应对的调制成电力线载波信号发送到电力线上。这样既利用了无线遥控模块灵活方便的特点，又避免其传输距离有限的不足，并且利用电力线传输控制无需重新布线，使得家庭安装极为方便。

附图说明

图1是基于无线射频技术和电力线载波通信技术的智能照明系统结构图；

图2是本发明的无线信号转发模块结构框图；

图3是本发明的过零检测模块电路原理图；

图4是本发明的无线信号接收模块电路原理图；

图5是本发明的电力线信号调制模块电路原理图；

图6是本发明的电力线信号接收模块结构图；

图7是本发明的电力线信号检波模块电路原理图。

具体实施方式

基于无线射频技术和电力线载波通信技术的智能照明系统由一个无线遥控器，最多16个无线信号转发模块，以及电力线接收模块，被控灯具组成，每个转发模块对应的房间最多可支持16个电力线接收模块，因此系统可以设定256组设备地址。

无线遥控器采用315MHz的工作频率(业余频段)，控制距离最大为50m。遥控器由PT2262编码芯片对用户的按键进行编码，经发射电路发射。

无线遥控器在设定256组地址的基础上可实现六种控制功能，针对具体地址的开，关，调亮，调暗，以及面向全部被控设备的全开，全关。

电力线接收模块接收到载波信号后进行解码，如果地址一致，则执行相关指令操作；如果不一致，则丢弃指令，重新等待接收。

如图1所示，基于无线射频技术和电力线载波通信技术的智能照明系统由无线遥控器0和无线转发模块1-16(实际使用过程中一般不会用这么多)，以及电力线接收模块11-116，21-216……161-1616和相应的被控灯具组成。无线遥控信号经转发模块后调制成120KHz的电力线载波信号，发送到电力线上。控制信号中的1规定为前一过零处有频率为120KHz，幅度为5V，持续时间为1ms的脉冲信号，接下来的过零点处则没有脉冲信号。控制信号中的0则在前一过零点出没有脉冲信号，后一过零点出则有脉冲信号。控制信号共有12位，前面8位表示地址，后4位表示指令。

图2中所示，无线信号转发模块：微处理器模块M26分别与过零检测模块M21、电源模块M22、电力线信号调制模块M23、灯光驱动模块M24、无线信号接收模块M25、地址设定模块M27、对码电路M28相接，过零检测模块M21、电源模块M22、电力线信号调制模块M23、灯光驱动模块M24分别与电力线相接。

通过过零检测模块M21将过零检测信号送至微处理器模块M26的接收管脚，电源模块M22则把220V的交流电转化为5V的直流电源，供微处理器模块M26和其他模块使用。无线遥控器和转发模块之间通过对码电路确定信号的正确收发。无线信号接收模块将射频信号接收后送至微处理器模块M26，地址设定模块给转发模块设定代表房间的地址。灯光驱动则使得转发模块可以相应的具有接收模块的部分功能，由无线信号控制相连灯具的状态。

如图3所示，过零检测模块M21：由电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34，二极管D31、二极管D32，光耦U31、光耦U32组成，连接微处理器模块M26的信号线INT0通过电阻R33与直流电源VCC相连，并直接连接在光耦U31上；连接微处理器模块M26的信号线INT1通过电阻R34与直流电源VCC相连，并直接连接在光耦U32上，光耦U32的另外两段各接二极管D32、二极管D32，二极管D31负端通过电阻R31连到AC220V的一端，正端与AC220V的另一端相连；二极管D32负端通过电阻R32连到AC220V的一端，正端与AC220V的另一端相连。

如图4所示，无线信号接收模块M25：由电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49，三极管VT41、三极管VT42，电感L41、电感L42，电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C410，非门U41组成，电阻R41的一端接地，另一端连接电感L41和电容C43，电容C43的另一端接地，电感L41的另一端连接电容C42和三极管VT41的射极，三极管VT41的集电极与电容C41的一端、电容C45的一端和可调电感L42的一端相连，电容C41的另一端连接的是三极管VT41的射极，三极管VT41的基极连接电阻R42的一端、电容C4的一端、电容C411和电阻R46的一端，电容C4的另一端与电容C45、可调电感L42的另一端、电阻R43的一端、电阻R45的一端相连，电阻R42的另一端与二极管D41的阳极相连，二极管D41的阴极接地，电容C411的阴极也接地，电阻R43的另一端连接电容C46的一端和电容C47的一端，电容C46的另一端连接电阻R44的一端和三极管VT42的基极，三极管VT42的射极连接电容C47的另一端、电容C48的一端、电容C49的一端并接地，三极管VT42的集电极连接电阻R44的另一端、电容C48的另一端、电容C410的一端和电阻R47的一端，电阻R47的另一端与电容C49的另一端、电阻C45的另一端、电阻R46的另一端和电源Vcc相连，电容C410的另一端与电阻R48的一端相连，电阻R48的另一端与电阻R49的一端和非门U41的输入端相连，电阻R49的另一端接地，最后将非门U41接收的信号传送至微处理器的无线信号接收管脚，供微处理器进行处理.

如图5所示，电力线调制模块M23：由电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55，三极管Q51，与非门U51、与非门U52，非门U53，变压器T51和电容C51、电容C52、电容C53、电容C53、电容C54组成，电阻R51的一端与电源Vcc相连，另一端和与非门U51的一个输入端2连接，与非门U51的另一个输入端3和电阻R52的一端、电容C51的一端连接，与非门U51的输出端1和电阻R52的另一端、与非门U52的两个输入端5、6相连，与非门U52的输出端4与电容C51的另一端、非门U53的输入端相连，非门U53的输出端连接电阻R53的一端和电阻R54的一端，电阻R53的另一端连接电源Vcc，电阻R54的另一端连接三极管Q51的基极，三极管Q51的射极接地，三极管Q51的集电极与电容C52的一端、电容C53的一端和变压器T51输入侧的一端相连，电容C52的另一端，电容C53的另一端和变压器T51输入侧的另一端与-15v电源相连，变压器T51输出侧的一端连接电力线，变压器T51输出侧的另一端与电阻R55的一端、电容C54的一端相连，电阻R55的另一端与电容C54的另一端和电力线相连，此电路将微处理器的电平信号调制成频率为120KHz的脉冲信号，在过零点时加载到电力线上，信号持续时间为1ms。

如图6所示，电力线接收模块：由过零检测模块M61、检波电路M62、地址设定模块M63、调光模块M64，微处理器M65组成，微处理器M65分别与过零检测模块M61、检波电路M62、地址设定模块M63、调光模块M64相接，过零检测模块M61、检波电路M62、调光模块M64分别接到电力线上，调光模块M64与照明灯具相连。

其中过零检测模块M61和地址设定模块M63和无线转发模块的对应模块功能相同，检波电路M62的功能是将电力线上的载波信号检测出来在发送到微处理器，调光模块M64执行发送的指令，对灯光设备进行相应的操作，共有六种操作：开、关、调亮、调暗、全开、全关。

如图7所示，检波电路M62：它由电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79，电容C71、电容C72、电容C73、电容C74、电容C75、电容C76、电容C77、电容C78、电容C79、电容C710、电容C711，非门U7A、非门U7B、非门U7C、非门U7D、非门U7E，二极管D71、压敏电阻RTC71组成；输入接口J1的一端1与压敏电阻RTC71的一端、可变电阻R79的一端连接，输入接口J1的另一端2与电容C71的一端、电阻R71的一端和可变电阻R79的另一端相连，电容C71的另一端与电阻R71的另一端、电阻R72的一端连接，电阻R72的另一端与电容C72的一端连接，电容C72的另一端与电阻R73的一端、电容C73的一端连接，电阻R73的另一端接地，电容C73的另一端与非门U7A的输入端、电感L1的一端、电容C74的一端、电容C76的一端和电阻R74的一端连接，电阻R74的另一端连接电源Vcc，非门U7A的输出端同非门U7B的输入端、电感L1的另一端、电容C74的另一端、电容C76的另一端、电感L2的一端、电容C75的一端和电容C77的一端连接，非门U7B的输出端与电感L2的另一端、电容C75的另一端、电容C77的另一端、电阻R75的一端和电容C78的一端连接，电阻R75的另一端与电源Vcc相连，电容C78的另一端同非门U7C的输入端、电阻R76的一端和电容C79的一端相连，非门U7C的输出端同非门U7D的输入端、电阻R76的另一端、电容C79的另一端、电阻R77的一端和电容C710的一端连接，非门U7D的输出端同电阻R77的另一端、电容C710的另一端和二极管D71的阴极连接，二极管D71的阳极同非门U7E的输入端、电阻R78的一端和电容C711的一端连接，电阻R78的另一端和电容C711的另一端连接.

电力线上的载波信号通过解耦电容、高通滤波器、谐振放大器和包络检波电路后传送至微处理器接收管脚。

无线遥控器发出的信号频率为315MHz，其中包括8位地址和4位指令，其中8位地址中的前四位对应为房间号，后四位对应为房间内的灯光设备号。无线信号转发模块只设置房间号地址，即每个房间只需安装一个转发模块，其功能是将无线信号转换成电力线载波信号。电力线载波信号频率为120KHz的脉冲群，加载在过零点处进行传输，延时时间为1ms，实现设备间的通信。无线信号发送模块通过无线信号转发模块与电力线接收模块之间配置对码功能。

Claims

1.一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统，其特征在于它由无线遥控器、多个无线信号转发模块、电力线接收模块、被控灯具组成；无线信号转发模块：微处理器模块M26分别与过零检测模块M21、电源模块M22、电力线信号调制模块M23、灯光驱动模块M24、无线信号接收模块M25、地址设定模块M27、对码电路M28相接，过零检测模块M21、电源模块M22、电力线信号调制模块M23、灯光驱动模块M24分别与电力线相接；

所述的过零检测模块M21：由电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34，二极管D31、二极管D32，光耦U31、光耦U32组成，连接微处理器模块M26的信号线INT0通过电阻R33与直流电源VCC相连，并直接连接在光耦U31上；连接微处理器模块M26的信号线INT1通过电阻R34与直流电源VCC相连，并直接连接在光耦U32上，光耦U31的另外两端与二极管D31两端连接，光耦U32的另外两端与二极管D32两端连接，二极管D31负端通过电阻R31连到AC220V的一端，正端与AC220V的另一端相连；二极管D32负端通过电阻R32连到AC220V的一端，正端与AC220V的另一端相连；

所述的无线信号接收模块M25：由电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49，三极管VT41、三极管VT42，电感L41、电感L42，电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、电容C49、电容C410、非门U41组成，电阻R41的一端接地，另一端连接电感L41和电容C43，电容C43的另一端接地，电感L41的另一端连接电容C42和三极管VT41的射极，三极管VT41的集电极与电容C41的一端、电容C45的一端和可调电感L42的一端相连，电容C41的另一端连接的是三极管VT41的射极，三极管VT41的基极连接电阻R42的一端、电容C4的一端、电容C411和电阻R46的一端，电容C4的另一端与电容C45、可调电感L42的另一端、电阻R43的一端、电阻R45的一端相连，电阻R42的另一端与二极管D41的阳极相连，二极管D41的阴极接地，电容C411的阴极也接地，电阻R43的另一端连接电容C46的一端和电容C47的一端，电容C46的另一端连接电阻R44的一端和三极管VT42的基极，三极管VT42的射极连接电容C47的另一端、电容C48的一端、电容C49的一端并接地，三极管VT42的集电极连接电阻R44的另一端、电容C48的另一端、电容C410的一端和电阻R47的一端，电阻R47的另一端与电容C49的另一端、电阻C45的另一端、电阻R46的另一端和电源Vcc相连，电容C410的另一端与电阻R48的一端相连，电阻R48的另一端与电阻R49的一端和非门U41的输入端相连，电阻R49的另一端接地，最后将非门U41接收的信号传送至微处理器的无线信号接收管脚，供微处理器进行处理；

所述的电力线信号调制模块M23：由电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55，三极管Q51，与非门U51、与非门U52，非门U53，变压器T51和电容C51、电容C52、电容C53、电容C53、电容C54组成，电阻R51的一端与电源Vcc相连，另一端和与非门U51的一个输入端2连接，与非门U51的另一个输入端3和电阻R52的一端、电容C51的一端连接，与非门U51的输出端1和电阻R52的另一端、与非门U52的两个输入端5、6相连，与非门U52的输出端4与电容C51的另一端、非门U53的输入端相连，非门U53的输出端连接电阻R53的一端和电阻R54的一端，电阻R53的另一端连接电源Vcc，电阻R54的另一端连接三极管Q51的基极，三极管Q51的射极接地，三极管Q51的集电极与电容C52的一端、电容C53的一端和变压器T51输入侧的一端相连，电容C52的另一端，电容C53的另一端和变压器T51输入侧的另一端与-15v电源相连，变压器T51输出侧的一端连接电力线，变压器T51输出侧的另一端与电阻R55的一端、电容C54的一端相连，电阻R55的另一端与电容C54的另一端和电力线相连，此电路将微处理器的电平信号调制成频率为120KHz的脉冲信号，在过零点时加载到电力线上，信号持续时间为1ms；

所述的电力线接收模块：由过零检测模块M61、检波电路M62、地址设定模块M63、调光模块M64、微处理器M65组成，微处理器M65分别与过零检测模块M61、检波电路M62、地址设定模块M63、调光模块M64相接，过零检测模块M61、检波电路M62、调光模块M64分别接到电力线上，调光模块M64与照明灯具相连；

所述的检波电路M62：由电阻R71、电阻R72、电阻R73、电阻R74、电阻R75、电阻R76、电阻R77、电阻R78、电阻R79，电容C71、电容C72、电容C73、电容C74、电容C75、电容C76、电容C77、电容C78、电容C79、电容C710、电容C711，非门U7A、非门U7B、非门U7C、非门U7D、非门U7E，二极管D71、压敏电阻RTC71组成；输入接口J1的一端1与压敏电阻RTC71的一端、可变电阻R79的一端连接，输入接口J1的另一端2与电容C71的一端、电阻R71的一端和可变电阻R79的另一端相连，电容C71的另一端与电阻R71的另一端、电阻R72的一端连接，电阻R72的另一端与电容C72的一端连接，电容C72的另一端与电阻R73的一端、电容C73的一端连接，电阻R73的另一端接地，电容C73的另一端与非门U7A的输入端、电感L1的一端、电容C74的一端、电容C76的一端和电阻R74的一端连接，电阻R74的另一端连接电源Vcc，非门U7A的输出端同非门U7B的输入端、电感L1的另一端、电容C74的另一端、电容C76的另一端、电感L2的一端、电容C75的一端和电容C77的一端连接，非门U7B的输出端与电感L2的另一端、电容C75的另一端、电容C77的另一端、电阻R75的一端和电容C78的一端连接，电阻R75的另一端与电源Vcc相连，电容C78的另一端同非门U7C的输入端、电阻R76的一端和电容C79的一端相连，非门U7C的输出端同非门U7D的输入端、电阻R76的另一端、电容C79的另一端、电阻R77的一端和电容C710的一端连接，非门U7D的输出端同电阻R77的另一端、电容C710的另一端和二极管D71的阴极连接，二极管D71的阳极同非门U7E的输入端、电阻R78的一端和电容C711的一端连接，电阻R78的另一端和电容C711的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统，其特征在于所述的无线遥控器发出的信号频率为315MHz，其中包括8位地址和4位指令，其中8位地址中的前四位对应为房间号，后四位对应为房间内的灯光设备号。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统，其特征在于所述的无线信号转发模块只设置房间号地址，即每个房间只需安装一个转发模块，其功能是将无线信号转换成电力线载波信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线射频技术和电力线载波技术的智能照明系统，其特征在于所述的电力线载波信号频率为120KHz的脉冲群，加载在过零点处进行传输，延时时间为1ms，实现设备间的通信。