CN205986869U - 电力线载波通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力线载波通信系统。其中，该系统包括：工频过零检测电路，用于进行工频过零检测，生成工频过零信号；信号耦合电路，分别与处理器和高压工频电力线相连，用于将处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至处理器；处理器，与工频过零检测电路相连，用于当检测到工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在所述工频过零信号对应的同一个工频过零点对信号耦合电路耦合的调制后的载波信号进行解调。本实用新型解决了现有技术中的电力载波通信的信号衰减大、可靠性低的技术问题。

Description

电力线载波通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体而言，涉及一种电力线载波通信系统。

背景技术

目前，以配电电力线为载体实现的通信都属于低压电力线载波通信(PLC，PowerLine Communication)，其含义是：通过将信息“载”到电力线上达到传输信息(通信)的目的。

由于电力线及配电网上的有关设备都是以传递交流电能(通常为50Hz)设计的，并不适合传输频率远远高于工频的普通PLC信号，以此为传输媒介的通信，在频率越高的情况下信号的衰减越严重，传输可靠性越低。因此，若使用传统的电力线载波通信实现远程通信，必须经过多次中继才能实现远程通信，多路由多次中继必然大大降低信号传输的可靠性，而且当线路上有容性负载时，会对载波信号构成较大的衰减。

针对现有技术中的电力载波通信的信号衰减大、可靠性低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电力线载波通信系统，以至少解决现有技术中的电力载波通信的信号衰减大、可靠性低的技术问题。

根据本实用新型实施例的一方面，提供了一种电力线载波通信系统，包括：工频过零检测电路，用于进行工频过零检测，生成工频过零信号；信号耦合电路，分别与处理器和高压工频电力线相连，用于将处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至处理器；处理器，与工频过零检测电路相连，用于当检测到工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在工频过零信号对应的同一个工频过零点对信号耦合电路耦合的调制后的载波信号进行解调。

进一步地，工频过零检测电路包括：二极管，与高压工频电力线相连，用于在高压工频电力线上的交流电为正值时导通；光耦，与二极管相连，用于在二极管导通的情况下使电源与地导通；电源，与所述光耦相连；输出端，用于在所述电源与地导通的情况下输出对应的信号，否则输出为零；其中，工频过零信号为所述输出端输出的信号跳变为零时的信号。

进一步地，光耦包括：发光二极管，发光二极管的正极与二极管的负极相连，负极与二极管的正极相连，同于在二极管导通的情况下导通；光敏三极管，光敏三极管的发射极接地，集电极与输出端相连，用于在发光二极管导通的情况下导通；其中，电源连接于光敏三极管的集电极。

进一步地，工频过零检测电路还包括：第一分压电阻，连接于二极管的负极与高压工频电力线之间，用于对高压工频电力线提供的电源进行分压；第二分压电阻，连接于电源与光敏三极管的集电极之间；第三分压电阻，连接于第二分压电阻与输出端之间，用于和第二分压电阻对电源进行分压。

进一步地，信号耦合电路包括：耦合变压器，耦合变压器的第一绕组的两端连接于高压工频电力线，第二绕组的两端连接于处理器；电容器和电阻，连接于耦合变压器和高压工频电力线之间，用于对载波信号进行滤波。

进一步地，信号耦合电路还用于进行工频高压隔离。

进一步地，系统还包括：滤波电路，包括无源滤波单元、有源滤波单元和放大单元，依次连接于信号耦合电路和处理器之间，用于滤除信号耦合电路耦合至处理器的载波信号中预设载波频率以外的噪声，并放大载波信号。

进一步地，处理器包括：调制单元，用于生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制；解调单元，与信号耦合电路相连，用于对信号耦合电路耦合的载波信号进行解调。

进一步地，解调单元包括：模数转换子单元，与滤波电路相连，用于滤波后的载波信号进行模数转换；数据滤波子单元，与模数转换子单元相连，用于对数字载波信号进行数字滤波；快速傅里叶变换子单元，与数据滤波子单元相连，用于根据滤波后的数字载波信号解调出载频信号；解码子单元，与快速傅里叶变换子单元相连，用于根据载频信号解码出原载波信号。

进一步地，预设频率为2.6KHz。

在本实用新型实施例中，通过工频过零检测电路进行工频过零检测，生成工频过零信号，通过信号耦合电路将处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至处理器，通过处理器与工频过零检测电路相连，用于当检测到工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在工频过零信号对应的同一个工频过零点对信号耦合电路耦合的载波信号进行解调。上述方案通过采用预设频率的载波信号，由于预设频率的载波信号可以是低于现有技术中几百千赫兹的载波信号，且在工频过零点时对载波信号进行调制，以耦合至高压工频电力线上，从而避免了由于载波信号的频率高所引起的高压工频电力线对载波信号的较大的衰减，同时能够保证较远的传输距离(不小于2.5千米)，解决了现有技术中的电力载波通信的信号衰减大、可靠性低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的一种电力线载波通信系统的结构示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的工频过零检测电路；

图3是根据本申请实施例的一种可选的耦合电路的示意图；

图4是根据本申请实施例的一种可选的滤波电路的结构图；以及

图5是根据本申请实施例的一种可选的解调单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本申请还提供了一种电力线载波通信系统，图1是根据本申请实施例的一种电力线载波通信系统的结构示意图，该电力线载波通信系统包括：

工频过零检测电路10，用于进行工频过零检测，生成工频过零信号。

具体的，上述工频过零点用于表示在电力线上传输的在交流系统中，当交流电的波形从正半周向负半周转换时，经过零位时，系统检测的信号。工频过零信号指的是在交流系统中，当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时系统作出的检测。

信号耦合电路12，分别与处理器和高压工频电力线相连，用于将处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至处理器。

处理器14，与工频过零检测电路相连，用于当检测到工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在工频过零信号对应的同一个工频过零点对信号耦合电路耦合的调制后的载波信号进行解调。

此处需要说明的是，如果在电力线上传输的交流电电压刚好到达峰值时对载波信号进行调制，对负载的冲击很大，在检测到工频过零信号时进行载波信号的调制，此时工频过零点附件的信号最弱，容易实现载波信号与高频信号的耦合，从而提高耦合效率，且仍选择调制时检测到的工频过零信号对应的工频过零点进行解调，起到通信的同步作用，使得发射和接收端实现同步，从而保障了通信成功率。

由上可知，本申请上述系统通过工频过零检测电路进行工频过零检测，生成工频过零信号，通过信号耦合电路将处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至处理器，通过处理器与工频过零检测电路相连，用于当检测到工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在工频过零信号对应的同一个工频过零点对信号耦合电路耦合的调制后的载波信号进行解调。上述方案通过采用预设频率的载波信号，由于预设频率的载波信号可以是低于现有技术中几百千赫兹的载波信号，且在工频过零点时对载波信号进行调制，以耦合至高压工频电力线上，从而避免了由于载波信号的频率高所引起的高压工频电力线对载波信号的较大的衰减，同时能够保证较远的传输距离(不小于2.5千米)，解决了现有技术中的电力载波通信的信号衰减大、可靠性低的技术问题。

可选的，根据本申请上述实施例，工频过零检测电路包括：

二极管，与高压工频电力线相连，用于在高压工频电力线上的交流电为正值时导通。

光耦，与二极管相连，用于在二极管导通的情况下使电源与地导通。

在上述电路中，二极管用于在高压工频电力线上的交流电为正值时导通，从而使得光耦输出对应的工频过零信号。

电源，与光耦相连。

输出端，用于在电源与地导通的情况下输出对应的信号，否则输出为零；其中，工频过零信号为输出端输出的信号跳变为零时的信号。

可选的，根据本申请上述实施例，光耦包括：

发光二极管，发光二极管的正极与二极管的负极相连，负极与二极管的正极相连，同于在二极管导通的情况下导通。

光敏三极管，光敏三极管的发射极接地，集电极与输出端相连，用于在发光二极管导通的情况下导通。

在发光二极管导通的情况下，光敏三极管基极和发射极之间的电压大于光敏三极管的导通电压，从而使得光敏三极管导通。

其中，电源连接于光敏三极管的集电极。

上述电路在光敏三极管导通的情况下，电源通过光敏三极管与地导通，输出端连接于电源与光敏三极管的集电极之间，在电源通过光敏三极管与地导通的情况下输出相应的电平。

可选的，根据本申请上述实施例，工频过零检测电路还包括：

第一分压电阻，连接于二极管的负极与高压工频电力线之间，用于对高压工频电力线提供的电源进行分压。

第二分压电阻，连接于电源与光敏三极管的集电极之间。

第三分压电阻，连接于第二分压电阻与输出端之间，用于和第二分压电阻对电源进行分压。

图2是根据本申请实施例的一种可选的工频过零检测电路，结合图2可知，工频电力线的电源为-220V，50Hz，与二极管通过第一分压电阻(电阻1)相连，光耦的端口1与二极管的负极相连，端口2与二极管的正极相连，端口3连接至地，端口4通过第二分压电阻(电阻2)连接与电源VCC相连，且端口4还通过第三分压电阻(电阻3)后作为输出端，在交流电过零时向处理器输出工频过零终中断信号。

可选的，根据本申请上述实施例，信号耦合电路包括：

耦合变压器，耦合变压器的第一绕组的两端连接于高压工频电力线，第二绕组的两端连接于处理器。

电容器和电阻，连接于耦合变压器和高压工频电力线之间，用于对载波信号进行滤波。

图3是根据本申请实施例的一种可选的耦合电路的示意图，在一种可选的实施例中，使用T耦合变压器，并在T耦合变压器的端口1通过用于滤波的电抗器和电容器与工频交流电源相连，端口2连接与工频交流电源的另一端，端口3和端口4连接于处理器，在处理器生成脉冲信号对原载波信号进行调制后，将调制后的载波信号通过T耦合变压器耦合至高压工频电力线上。

可选的，根据本申请上述实施例，信号耦合电路还用于进行工频高压隔离。

可选的，根据本申请上述实施例，系统还包括：

滤波电路，包括无源滤波单元、有源滤波单元和放大单元，依次连接于信号耦合电路和处理器之间，用于滤除信号耦合电路耦合至处理器的载波信号中预设载波频率以外的噪声，并放大载波信号。

图4是根据本申请实施例的一种可选的滤波电路的结构图，结合图4所示的示例，耦合信号是由信号耦合电路从高压工频电力线上耦合至处理器的载波信号，处理器对耦合信号进行无源滤波、有源滤波和放大后，输出载波信号。

可选的，根据本申请上述实施例，处理器包括：

调制单元，用于生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制。

解调单元，与信号耦合电路相连，用于对信号耦合电路耦合的载波信号进行解调。

此处需要说明的是，由于电力线的电压信号在工频过零点附件的信号最弱，最容易实现高频信号的耦合，上述调制和解调的过程都在处理器收到过零信号时进行。

可选的，根据本申请上述实施例，解调单元包括：

模数转换子单元，与滤波电路相连，用于滤波后的载波信号进行模数转换。

在上述电路中，可以通过ADC(Analog-to-Digital Converter)进行模数转换，从而避免混叠现象。

数据滤波子单元，与模数转换子单元相连，用于对数字载波信号进行数字滤波。

快速傅里叶变换子单元，与数据滤波子单元相连，用于根据滤波后的数字载波信号解调出载频信号。

解码子单元，与快速傅里叶变换子单元相连，用于根据载频信号解码出原载波信号。

图5是根据本申请实施例的一种可选的解调单元的结构示意图，在检测到工频过零信号时候，对滤波后的信号进行模数转换，然后进行数字滤波，通过快速傅立叶变换之后进行解码，得到原载波信号。

可选的，根据本申请上述实施例，预设频率为2.6KHz。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力线载波通信系统，其特征在于，包括：

工频过零检测电路，用于进行工频过零检测，生成工频过零信号；

信号耦合电路，分别与处理器和高压工频电力线相连，用于将所述处理器调制的载波信号耦合至发送端的高压工频电力线，并将高压工频电力线传输的载波信号耦合至所述处理器；

所述处理器，与所述工频过零检测电路相连，用于当检测到所述工频过零检测电路提供的工频过零信号时，生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制，并在所述工频过零信号对应的同一个工频过零点对所述信号耦合电路耦合的调制后的载波信号进行解调。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述工频过零检测电路包括：

二极管，与所述高压工频电力线相连，用于在高压工频电力线上的交流电为正值时导通；

光耦，与所述二极管相连，用于在所述二极管导通的情况下使电源与地导通；

所述电源，与所述光耦相连；

输出端，用于在所述电源与地导通的情况下输出对应的信号，否则输出为零；

其中，所述工频过零信号为所述输出端输出的信号跳变为零时的信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光耦包括：

发光二极管，所述发光二极管的正极与所述二极管的负极相连，负极与所述二极管的正极相连，同于在所述二极管导通的情况下导通；

光敏三极管，所述光敏三极管的发射极接地，集电极与所述输出端相连，用于在所述发光二极管导通的情况下导通；

其中，所述电源连接于所述光敏三极管的集电极。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述工频过零检测电路还包括：

第一分压电阻，连接于所述二极管的负极与所述高压工频电力线之间，用于对所述高压工频电力线提供的电源进行分压；

第二分压电阻，连接于所述电源与所述光敏三极管的集电极之间；

第三分压电阻，连接于所述第二分压电阻与所述输出端之间，用于和所述第二分压电阻对所述电源进行分压。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号耦合电路包括：

耦合变压器，所述耦合变压器的第一绕组的两端连接于所述高压工频电力线，第二绕组的两端连接于所述处理器；

电容器和电阻，连接于所述耦合变压器和所述高压工频电力线之间，用于对载波信号进行滤波。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号耦合电路还用于进行工频高压隔离。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

滤波电路，包括无源滤波单元、有源滤波单元和放大单元，依次连接于所述信号耦合电路和所述处理器之间，用于滤除所述信号耦合电路耦合至所述处理器的载波信号中所述预设载波频率以外的噪声，并放大所述载波信号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理器包括：

调制单元，用于生成预设频率的脉冲调制信号对原载波信号进行调制；

解调单元，与所述信号耦合电路相连，用于对所述信号耦合电路耦合的载波信号进行解调。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述解调单元包括：

模数转换子单元，与所述滤波电路相连，用于滤波后的载波信号进行模数转换；

数据滤波子单元，与所述模数转换子单元相连，用于对数字载波信号进行数字滤波；

快速傅里叶变换子单元，与所述数据滤波子单元相连，用于根据滤波后的数字载波信号解调出载频信号；

解码子单元，与所述快速傅里叶变换子单元相连，用于根据所述载频信号解码出所述原载波信号。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设频率为2.6KHz。