CN213937947U - 一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，包括多条电力线和充电设备，所述充电设备通过所述电力线与所述直流供电通讯网络系统连接，其特征在于，还包括：用户终端、隔离电路、上位机和下位机；所述隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；所述第一隔离电路设置在所述充电设备与所述上位机之间；所述第二隔离电路设置在所述上位机和所述下位机之间；所述上位机和所述下位机通过所述电力线进行供电和数据交互；所述上位机与所述用户终端电性连接。本实用新型采用直流供电网络环境，利用小体积，低成本，低能耗的控制器及外围简易电路实现数据的调制解调，简化了布线安装，实现了智能系统的接入和互联互通。

Description

一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统

技术领域

本实用新型涉及电力线通信技术领域，更具体的说是涉及一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统。

背景技术

智能化家居环境的建设需要安置大量的传感检测与执行设备。如自动窗帘，红外夜灯等，在安装使用时需要增设通信线路，提高了改造成本。

现有的电力线通信(Power Line Communication，简称PLC)技术在大功率场景利用电力线进行中高速的通信。若直接使用该技术于本系统场景，PLC耦合模块复杂的结构既提高了成本与功耗，也难以适配家装中电源插座的尺寸标准，因此，PLC于智能家居环境中仍存在缺陷。

POE(Power Over Ethernet)技术利用以太网线缆供电，芯片成本高，线路较为复杂。且POE模块馈电功率小，不足以驱动如智能窗帘等功率相比较高的机械传动设备，不能满足对智能家居中下位机执行设备驱动控制的需求。

例如，在智慧家居中的智能夜灯系统中，利用识别住户行为运动的传感器 (距离传感器，红外传感器，PIR传感器等)作为数据采集装置，当采集到住户运动之后，上位机通过运算下达开关灯指令。类似的数据采集装置安装的越多，布设的通信线路就越为复杂，且使用智能前端系统时亦有运行时功耗低，安装时体积小，制作成本低的要求。

在智慧家居系统中，智能前端一般为以嵌入式系统为核心的智能设备。现有的解决方案多为仅在传输信号方法上的改进，通过增强耦合信号的方式(而非通过减小噪声的方式)增大信噪比。

因此，如何提供一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，采用直流供电网络环境，利用小体积，低成本，低能耗的控制器及外围简易电路实现数据的调制解调，简化了布线安装，实现了智能系统的接入和互联互通。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，包括多条电力线和充电设备，所述充电设备通过所述电力线与所述直流供电通讯网络系统连接，还包括：用户终端、隔离电路、上位机和下位机；所述隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；所述第一隔离电路设置在所述充电设备与所述上位机之间；所述第二隔离电路设置在所述上位机和所述下位机之间；所述上位机和所述下位机通过所述电力线进行供电和数据交互；所述上位机与所述用户终端电性连接。

优选的，在上述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统中，所述上位机包括：第一输入滤波电路以及与所述第一输入滤波电路依次连接的第一输入整形电路、第一控制器、第一耦合驱动电路、第一输出整形电路；所述第一控制器与所述用户终端电性连接。

优选的，在上述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统中，所述下位机为数据采集器，且每条电力线上设置多个下位机；多个所述下位机与同一所述上位机通过所述电力线连接。

进一步，所述下位机还可以为执行器，具体根据应用场景的不同做出选择。

优选的，在上述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统中，所述下位机包括数据采集器、第二输入滤波电路以及与所述第二输入滤波电路依次连接的第二输入整形电路、第二控制器、第二耦合驱动电路、第二输出整形电路；所述电力线通过所述第二隔离电路为所述数据采集器供电；所述数据采集器与所述第二控制器的输入端连接；且每条电力线上，所述下位机与所述上位机一一对应。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，利用微控制器单元搭载低成本的模拟信号处理外围电路进行信号收发，利用隔离电路设计提高信噪比，为基于智能家居中直流供电网络上，设计小体积、低成本、低功耗的智能前端，使终端控制、数据采集与执行设备接入家庭网络，实现了互联互通；在智能家居环境中利用隔离网络结构抑制通讯网络外部噪声，对信号进行预处理，提高了信噪比，相比现有的载波通信模块降低了成本和功耗，本系统利用原有家装线缆实现接入设备的通讯，简化了布线改造。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，包括多条电力线和充电设备，充电设备通过电力线与直流供电通讯网络系统连接，还包括：用户终端、隔离电路、上位机和下位机；隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；第一隔离电路设置在充电设备与上位机之间；第二隔离电路设置在上位机和下位机之间；上位机和下位机通过电力线进行供电和数据交互；上位机与用户终端电性连接。

在本实用新型的一个实施例中，上位机包括：第一输入滤波电路以及与第一输入滤波电路依次连接的第一输入整形电路、第一控制器、第一耦合驱动电路、第一输出整形电路；第一控制器与用户终端电性连接。

一种可选的实施例，为避免各支路之间信号不发生串扰，用电方与供电方的电源纹波不影响通讯支路，在供电网络与电源及第三方接入设备间设置第一隔离电路，利用第一隔离电路抑制电源与外部环境对通信总线所产生的噪声干扰。

进一步，采用简单的RLC滤波电路作为第一隔离电路，滤波器可采用π型结构，通过根据不同的噪声环境而选取不同电容值，以达到最合适的滤波效果。在设备供电端(远网端)采用100uF钽电容，在通信网络端采用100nF 贴片电容滤除线缆上所产生的的高频电流噪声。使用者亦可根据需要改变系统预分频器以修正载波频阈值。

一种可选的实施例，第一输入滤波电路与第一输入整形电路；

当信号被从机解耦合电路取出，即进入第一输入滤波电路，设计方可根据应用场景而选择合适的滤波器组。

信号经滤波后进入第一输入整形电路，第一输入整形电路可由放大器、比较器等电路进行组合，经处理后得到第一控制器可识别的有效信号。

一种可选的实施例，第一耦合驱动电路与第一输出整形电路；

选用低成本功耗的门驱动芯片来增大信号在电力线上的最大传输距离，利用第一输出整形电路抑制所调信号在线路上的高次谐波。

一种可选的实施例，第一控制器；

第一控制器由稳压模块提供电力，选取具有输出短路保护功能，具有较低静态漏电流的集成电路，可以降低整体设备的功耗。

为了调制指令信号至本通信网络，主从机利用微控制器比较输出单元调制载波信号，通过第一耦合驱动电路馈送至电力线通信网络。若有效信号频率与电力线上噪声频率具有较大重叠而影响正常通讯，可调整预分频器或计数寄存器，以改变输出波形的频率在满足环境需求的范围内。

进一步，下位机还搭载并控制数据采集器与执行器，整体系统实现对网络数据包的解析并上传至用户终端或上级网络。设备的软件部分是嵌入式微控制器的系统固件，主要管理上位机设备与通信主干网及下位机接入设备之间的双向通信。

进一步，下位机可以为驱动设备，例如为直流电机根据具体网络应用领域，确定下位机具体组成。

第一控制器采用的ATmega32芯片具有高可靠性，功能强，高速度，低功耗，低价位的特点。该芯片在微机中起着最重要的作用，构成了系统的控制中心，对各部件进行统一协调和控制，该芯片还具有一些特殊的调试控制形式，而这种控而这种控制部分或全部由JTAG管理。固件利用微控制器的精确定时，调制成所需载波信号。

本实用新型，不可避免在数据传输过程中存在低数据丢包率，主机在访问从机数据包时可采用轮询指令，若通过奇偶校验发现丢包事件发生，可指定从机重发数据包。

在本实用新型的一个实施例中，下位机为数据采集器，且每条电力线上设置多个下位机；多个下位机与同一上位机通过电力线连接。

进一步，下位机的选择可以根据该通信网络具体应用领域确定，可以是数据采集器、传感器、直流电机等。

实施例2：

一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，包括多条电力线和充电设备，充电设备通过电力线与直流供电通讯网络系统连接，还包括：用户终端、隔离电路、上位机和下位机；隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；第一隔离电路设置在充电设备与上位机之间；第二隔离电路设置在上位机和下位机之间；上位机和下位机通过电力线进行供电和数据交互；上位机与用户终端电性连接。

进一步，上位机包括：第一输入滤波电路以及与第一输入滤波电路依次连接的第一输入整形电路、第一控制器、第一耦合驱动电路、第一输出整形电路；第一控制器与用户终端电性连接。

一种可选的实施例，为避免各支路之间信号不发生串扰，用电方与供电方的电源纹波不影响通讯支路，在供电网络与电源及第三方接入设备间设置第一隔离电路，利用第一隔离电路抑制电源与外部环境对通信总线所产生的噪声干扰。

进一步，采用简单的RLC滤波电路作为第一隔离电路，滤波器可采用π型结构，通过根据不同的噪声环境而选取不同电容值，以达到最合适的滤波效果。在设备供电端(远网端)采用100uF钽电容，在通信网络端采用100nF 贴片电容滤除线缆上所产生的的高频电流噪声。使用者亦可根据需要改变系统预分频器以修正载波频阈值。

一种可选的实施例，第一输入滤波电路与第一输入整形电路；

当信号被从机解耦合电路取出，即进入第一输入滤波电路，设计方可根据应用场景而选择合适的滤波器组。

信号经滤波后进入第一输入整形电路，第一输入整形电路可由放大器、比较器等电路进行组合，经处理后得到第一控制器可识别的有效信号。

一种可选的实施例，第一耦合驱动电路与第一输出整形电路；

选用低成本功耗的门驱动芯片来增大信号在电力线上的最大传输距离，利用第一输出整形电路抑制所调信号在线路上的高次谐波。

一种可选的实施例，第一控制器；

第一控制器由稳压模块提供电力，选取具有输出短路保护功能，具有较低静态漏电流的集成电路，可以降低整体设备的功耗。

为了调制指令信号至本通信网络，主从机利用微控制器比较输出单元调制载波信号，通过第一耦合驱动电路馈送至电力线通信网络。若有效信号频率与电力线上噪声频率具有较大重叠而影响正常通讯，可调整预分频器或计数寄存器，以改变输出波形的频率在满足环境需求的范围内。

第一控制器采用的ATmega32芯片具有高可靠性，功能强，高速度，低功耗，低价位的特点。该芯片在微机中起着最重要的作用，构成了系统的控制中心，对各部件进行统一协调和控制，该芯片还具有一些特殊的调试控制形式，而这种控而这种控制部分或全部由JTAG管理。固件利用微控制器的精确定时，调制成所需载波信号。

进一步，下位机还搭载并控制数据采集器与执行器，整体系统实现对网络数据包的解析并上传至用户终端或上级网络。设备的软件部分是嵌入式微控制器的系统固件，主要管理上位机设备与通信主干网及下位机接入设备之间的双向通信。

下位机与上位机除数据采集与执行器外，其他结构、连接关系均相同，不再赘述。

进一步，下位机包括数据采集器、第二输入滤波电路以及与第二输入滤波电路依次连接的第二输入整形电路、第二控制器、第二耦合驱动电路、第二输出整形电路；电力线通过第二隔离电路为数据采集器供电；数据采集器与第二控制器的输入端连接；且每条电力线上，下位机与上位机一一对应。

进一步，上位机和下位机中处理信号的具体电路中，其中整形电路目的是辅助抑制噪声源，对于滤波、整形、并不做具体限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (6)

1.一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，包括多条电力线和充电设备，所述充电设备通过所述电力线与所述直流供电通讯网络系统连接，其特征在于，还包括：用户终端、隔离电路、上位机和下位机；所述隔离电路包括第一隔离电路和第二隔离电路；所述第一隔离电路设置在所述充电设备与所述上位机之间；所述第二隔离电路设置在所述上位机和所述下位机之间；所述上位机和所述下位机通过所述电力线进行供电和数据交互；所述上位机与所述用户终端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，其特征在于，所述上位机包括：第一输入滤波电路以及与所述第一输入滤波电路依次连接的第一输入整形电路、第一控制器、第一耦合驱动电路、第一输出整形电路；所述第一控制器与所述用户终端电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，其特征在于，所述下位机包括但不限于：数据采集器、传感器、驱动设备，且每条电力线上设置多个下位机。

4.根据权利要求3所述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，其特征在于，多个所述下位机与同一所述上位机通过所述电力线连接。

5.根据权利要求1所述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，其特征在于，所述下位机包括数据采集器、第二输入滤波电路以及与所述第二输入滤波电路依次连接的第二输入整形电路、第二控制器、第二耦合驱动电路、第二输出整形电路；所述电力线通过所述第二隔离电路为所述数据采集器供电；所述数据采集器与所述第二控制器的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种适用于智能家居环境中直流供电通信网络系统，其特征在于，每条电力线上所述下位机与所述上位机一一对应。

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