DE112008000293T5

DE112008000293T5 - System und Verfahren zur Datenübertragung über einen Netzleitungsträger mittels Hochfrequenzton-Bursts

Info

Publication number: DE112008000293T5
Application number: DE112008000293T
Authority: DE
Inventors: Philip Georgetown McKenzie; James Pflugerville Koehler
Original assignee: Universal Lighting Technologies Inc
Current assignee: Universal Lighting Technologies Inc
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-22
Also published as: WO2009070351A1; US20080278295A1; DE112008000293B4; US7843145B2; JP4861513B2; JP2010525766A

Abstract

Verfahren zur Datenkommunikation auf einer AC-Netzleitung, die ein Wechselstromsignal führt, umfassend:
(a) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten, periodisches Einführen eines Hochfrequenzsignals in die AC-Netzleitung derart, dass dem Wechselstromsignal Hochfrequenz-Ton-Bursts übergelegt werden;
(b) Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal; und
(c) Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Systeme und Verfahren zur Daten-Kommunikation über ein Stromnetz. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Daten-Kommunikation unter Verwendung eines Wechselstromsignals, das an eine mit der Netzleitung verbundene Vorrichtung ausgegeben wird, um die Energieverwaltung und/oder -steuerung der Vorrichtung durchzuführen.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Systeme zur Kommunikation über das Stromnetz als Träger (power line carrier PLC) werden häufig zum Übermitteln von Daten und Steuersignalen zwischen Vorrichtungen verwendet, die mit einem Stromnetz verbunden sind. Einige herkömmliche PLC-Systeme führen die Daten-Kommunikation durch, indem sie in dem 60-Hz-Wechselstromsignal, das zum Zuführen von Strom zu einer Lastvorrichtung verwendet wird, Störungen erzeugen und diese dann detektieren. Bei zahlreichen derartigen PLC-Systemen wird die Signalstörung erzeugt, indem ein PLC-Sender verwendet wird, um mittels eines gegatterten elektronischen Schalters wie z. B. eines Triac periodisch einen ”Kurzschluss”-Zustand an der AC-Netzleitung zu erzeugen. Der Kurzschlusszustand wird typischerweise an oder nahe dem Nulldurchgang des Wechselstromsignals erzeugt. Ein mit der Lastvorrichtung verbundener Empfänger detektiert die Störungen (z. B. eine ”Kerbe”) in dem Wechselstromsignal und dekodiert verschiedene Sequenzen oder Muster derartiger Störungen als Vorrichtungssteuersignale. Wenn bei derartigen Systemen des Standes der Technik der Sender in Reihe mit der AC-Netzleitung und der Lastvorrichtung geschaltet ist, können solche Systeme die Daten nur mit einer Daten-Rate von 60 Hz übertragen, da die Störung nur in dem positiven bis negativen Halbzyklus des Wechselstromsignals eingeführt werden kann. Zudem können viele der bei diesen herkömmlichen Systemen verwendeten gegatterten Schalter nicht mittels ihres Gate-Signals abgeschaltet werden. Somit wird, falls der Schalter direkt nach einem Nulldurchgang eingeschaltet wird, die AC-Netzleitung durch den Schalter kurzgeschlossen. Dies kann möglicherweise den Schalter beschädigen und/oder die Netzleitung deaktivieren, indem eine mit der Schaltung verbundene Überstromvorrichtung ausgelöst wird. Ferner sind herkömmliche PLC-Systeme, bei denen eine gegatterte Schalterkonfiguration verwendet wird, weniger effizient und erfordern die Verwendung größerer und kostenaufwendigerer Komponenten, um die bei derartigen Systemen inhärent auftretenden Schaltverluste zu handhaben.
Somit besteht Bedarf an einem PLC-Kommunikationssystem, das problemlos an existierenden Stromnetzen verwendbar ist, energieeffizient ist und im Vergleich mit herkömmliche gegatterten ”Schalter”-Systemen des Typs mit ”Kerbe” kleinere Abmessungen hat und kostengünstiger ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Zur Reduzierung der Kosten und der Abmessungen eines über eine AC-Netzleitung betriebenen PLC-Kommunikationssystems wird bei dem System und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dem Wechselstromsignal ein Ton-Burst anstelle einer Kerbe übergelegt. Mit der AC-Netzleitung ist eine Tongeneratorschaltung wie z. B. ein Oszillator verbunden, um dieses Ton-Burst in das Stromsignal einzuführen. Das Vorhanden sein eines Ton-Bursts an dem Wechselstromsignal kann angeben, dass ein erster Bit-Wert, wie z. B. eine Eins, übertragen wird. Das Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts an dem Wechselstromsignal kann angeben, dass ein erster Bit-Wert, wie z. B. eine Null, übertragen wird.
An der Empfängervorrichtung wird eine Tondetektionsschaltung verwendet, um das Vorhandensein des Ton-Burst in einem Wechselstromsignal zu detektieren. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Ton-Burst kann als Dateninformationspaket detektiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal bei einer bestimmten Referenzspannung oder bei einem vorbestimmten Phasenwinkel synchronisiert. Diese Referenzspannung oder dieser Phasenwinkel kann dem Nulldurchgang des Wechselstromsignals entsprechen.
Zum Detektieren der Ton-Bursts weist die Tondetektionsschaltung eine Filterschaltung auf, um das Ton-Burst aus dem Wechselstromsignal herauszufiltern. Mit der Filterschaltung ist eine Ton-Burst-Detektionsschaltung verbunden, um ein Hinweissignal zu erzeugen, wenn das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist. Dieses Hinweissignal wird an eine Impulsgeneratorschaltung übertragen, die Impulse ausgibt. Wenn ein Hinweissignal vorhanden ist, wird die Länge des Impulses derart modifiziert, dass eine die Impulse empfangende Vorrichtung unterscheiden kann, ob ein erster Bit-Wert oder ein zweiter Bit-Wert auf dem Wechselstromsignal übertragen worden ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das PLC-System verwendet, um Steuersignale, wie z. B. Signale zum Dimmen einer Lampe, an eine elektronische Ballastschaltung auszugeben, die mit einer Gasentladungslampe verbunden ist.
Somit besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, die Abmessungen und die Kosten der Komponenten in einem PLC-Kommu nikationssystem, bei dem eine AC-Netzleitung zum Übertragen von Information verwendet wird, zu reduzieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ton-Burst anstelle einer dem Wechselstromsignal übergelegten Kerbe zu verwenden, um Information an eine mit der AC-Netzleitung verbundene Vorrichtung zu übertragen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Übertragung von Information über eine AC-Netzleitung, ohne einen Kurzschlusszustand auf der AC-Netzleitung zu verursachen.
Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein System geschaffen werden, das weniger anfällig gegenüber Interferenz mit existierenden Netzleitungs-Trägersystemen ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zur Datenübertragung mittels eines Wechselstromsignals;
2 zeigt eine graphische Darstellung eines Pakets oder Stroms einem Wechselstromsignal übergelegter Daten-Bits und Ton-Bursts, die den Daten-Bit-Werten entsprechen, welche an eine Empfängervorrichtung übertragen werden;
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu erzeugen;
4(a) zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu detektieren;
4(b) zeigt ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu detektieren;
5 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Ballastschaltung und einer Gasentladungslampe, die mit einer AC-Netzleitung verbunden sind, um das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Dimmen der Lampe zu verwenden;
6 zeigt eine graphische Darstellung der gemäß einem Aspekt der Erfindung erzeugten Datendetektionsimpulse, wobei ersichtlich ist, dass die Länge der Impulse von den durch das System übertragenen Daten-Bit-Werten abhängig ist; und
7 zeigt eine graphische Darstellung des gepulsten Treibersignals, das von dem erfindungsgemäßen System zum Erzeugen von Ton-Bursts verwendet wird.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In 1 und 2 ist ein zur Verwendung des Stromnetzes als Träger (power line carrier PLC) ausgelegtes Kommunikationssystem 1 gezeigt, bei dem Daten 10 in einem Wechselstromsignal 12 übertragen werden, das über eine AC-Netzleitung 14 ausgegeben wird. Um die Daten 10 auf der AC-Netzleitung 14 zu übertragen, speist das Kommunikationssystem 1 periodisch Hochfrequenz-Ton-Bursts 28 in das Wechselstromsignal 12 ein. Ge mäß 2 werden diese Ton-Bursts 28 an vorbestimmten Phasenwinkelpositionen entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals 12 eingespeist. Wie noch detailliert erläutert wird, wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser Ton-Bursts 28 an den vorbestimmten Stellen entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals 12 verwendet, um die entlang der AC-Netzleitung 14 übertragenen Daten-Bit-Werte zu bestimmen. Es kann eine einzige vorbestimmte Stelle entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals 12 vorgesehen sein, die für die Datenübertragung relevant ist, oder es können mehrerer derartige Stellen vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei relevante vorbestimmte Stellen entlang des Zyklus des Wechselstromsignals 12 vorgesehen: der Positiv-/Negativ-Nulldurchgang und der Negativ-/Positiv-Nulldurchgang des Wechselstromsignals. Eine mit der AC-Netzleitung 14 verbundene Vorrichtung beobachtet diese relevanten vorbestimmten Stellen, um die in dem Wechselstromsignal 12 übertragener Daten 10 mit einer Daten-Bit-Rate von 120 Hz zu detektieren und zu dekodieren.
Gemäß 1 ist die (einen gegatterten Oszillatior aufweisende) Tongeneratorschaltung 16 mit der AC-Netzleitung 14 verbunden, um die Ton-Bursts 28 zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Tongeneratorschaltung 16 über induktive Komponenten 17, wie z. B. einen Transformator, elektrisch mit der AC-Netzleitung 14 verbunden. Diese Anordnung unterstützt das Herausfiltern von Rauschen und anderer elektromagnetischer Interferenzen aus der AC-Netzleitung 14. Ein Leistungsverstärker 19 kann verwendet werden, um die Ton-Burst-Signale 28 zu verstärken, bevor sie in die AC-Netzleitung 14 eingekoppelt werden. Die induktiven Komponenten 17 sind vorzugsweise über den Leitungs-(L) und den neutralen (N) Strang der AC-Netzleitung 14 angeschlossen.
Vorzugsweise ist die AC-Netzleitung 14 mit einer herkömmlichen Überspannungsschutzschaltung 21 und einem Tiefpassfilter 23 versehen, um zu verhindern, dass Hochfrequenzsignale stromaufwärts im AC-Stromnetz übertragen werden.
Gemäß 2 erzeugt die Tongeneratorschaltung 16 ein Ton-Burst 28, das in das Wechselstromsignal 12 eingegeben wird. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts 28 in dem Wechselstromsignal 12 zeigt einer Empfängervorrichtung an, ob ein erster Bit-Wert 22 oder ein zweiter Bit-Wert 26 übertragen wird. Bei dem hier vorliegenden Beispiel ist der erste Bit-Wert 22 der Bit-Wert ”eins” und entspricht der Situation, dass ein Ton-Burst 28 in dem Wechselstromsignal 12 vorhanden ist. Der zweite Bit-Wert 26 ist ”null” und entspricht dem Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal 12.
Die Ton-Bursts 28 werden üblicherweise derart erzeugt, dass sie im Vergleich zu dem Wechselstromsignal 12 eine beträchtlich höhere Frequenz und eine beträchtlich niedrigere Amplitude haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Ton-Burst eine Frequenz von 9,8 kHz. Die Verwendung eines 9,8-kHz-Ton-Bursts bietet mehrere Vorteile. Erstens reduziert ein auf dieser Frequenz liegendes Ton-Burst ein Übersprechen zu benachbarten Tandem-Stromschaltungen, die gemeinsame Neutral-Stränge aufweisen. Zweitens liegt bei Verwendung dieses Systems für eine Gasentladungslampe ein Signal mit 9,8 kHz unter der Eigenschwingungsfrequenz eines typischen EMI-Filters für die Ballastschaltung. Zudem ist ein 9,8-kHz-Ton-Burst besser kompatibel mit herkömmlicher Hardware für Systeme mit Netzleitungs-Träger.
In 3 ist eine gegatterte Tongeneratorschaltung 16A gezeigt. Die Tongeneratorschaltung 16A ist dahingehend konzipiert, dass sie mit einem gepulsten Treibersignal 18 (6) arbeitet (von diesem aktiviert wird). Die Tongeneratorschaltung 16A empfängt das Treiber-(Aktivierungs-)Impulssignal 18 von einer Treiberschaltung 32 (1). Dies veranlasst eine Butterworth-Filteroszillatorschaltung 16B zum Erzeugen eines Ton-Bursts, das anschließend durch den Leistungsverstärker 19 verstärkt wird. Das Ton-Burst 28 wird dann in die AC-Netzleitung 14 eingekoppelt und dem Wechselstromsignal 12 übergelegt. Vorzugsweise wird das gepulste Treibersignal 18 derart synchronisiert, dass es Ton-Bursts nur an den vorbestimmten Stellen entlang des Zyklus des Wechselstromsignals erzeugt. Dies kann unter Verwendung einer herkömmlichen Nulldurchgangsdetektorschaltung 29 (1) erfolgen, die elektrisch mit der AC-Netzleitung 14 und mit der Treiberschaltung 32 gekoppelt ist, um die Synchronisierfunktion zu leisten. Ein Beispiel einer herkömmlichen Nulldurchgangsdetektorschaltung, die in diesem Zusammenhang verwendet werden kann, ist in 4(b) gezeigt und wird hier im Zusammenhang mit einer Systemdetektorschaltung beschrieben. Gemäß einer in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Nulldurchgangsdetektor 29 mit der AC-Netzleitung 14 durch eine herkömmliche Vollweg-Brückengleichrichterschaltung 31 und mit der Treiberschaltung 32 durch eine Optoisolator-Schaltung 33 verbunden. Ferner ist eine isolierte Stromquelle mit der Brückengleichrichterschaltung 31 verbunden, um die Systemkomponenten mit Betriebsstrom zu versorgen.
Ferner kann es sich gemäß 1 bei der Treiberschaltung 32 um einen Mikroprozessor handeln, der Kommunikationsports 37 zum Empfangen von Daten 10 von einer externen Quelle aufweist. Beispielsweise können die Kommunikationsports 37 mit einer (nicht gezeigten) Dimmer-Fernsteuerschaltung verbunden sein, um Dimm-Befehle für stromabwärts auf der AC-Netzleitung 14 angeschlossene Lampen-Lasten zu erhalten. Ferner kann die Treiberschaltung 32 mit einen Stromerkennungs-Eingang 41 versehen sein, der mit einem an die AC-Netzleitung angeschlossenen Stromtransformator 39 verbunden ist. Der Stromerkennungs-Eingang 41 kann zur Detektion des Wechselstromsignals verwendet werden, z. B. zwecks Synchronisierens des Betriebs des Systems mit bestimmten Phasenwinkeln oder anderen Parametern der Wellenform.
Nochmals gemäß 2 und gemäß 7 befindet sich das Treibersignal 18 in einem ersten Zustand oder einer ersten Form 20, wenn ein erster Bit-Wert 22 übertragen wird, und es befindet sich in einem zweiten Zustand oder einer zweiten Form 24, wenn ein zweiter Bit-Wert 26 übertragen wird. Bei dem hier erläuterten Beispiel handelt es sich bei dem ersten Zu stand 20 um einen Impuls 20A und bei dem zweiten Zustand 24A um das Nichtvorhandensein eines Impulses. Durch Übermittlung des ersten Zustands an die Tongeneratorschaltung 16 wird die Tongeneratorschaltung 16 aktiviert oder erregt, wodurch das Einbringen eines Ton-Bursts 28 in das Wechselstromsignal 12 veranlasst wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Form des Treibersignals 18 nicht auf einen Impuls beschränkt ist. Es kann jede beliebige Form verwendet werden, sofern diese Form mittels einer Tongeneratorschaltung in ein Ton-Burst 28 übersetzt werden kann.
Wie die graphische Darstellung in 2 zeigt, wird das Ton-Burst 28 dem Wechselstromsignal 12 übergelegt, wenn in dem Wechselstromsignal 12 ein erster Bit-Wert 22, der in diesem Fall eins beträgt, übertragen wird. Die Ton-Bursts 28 werden an gewissen vorbestimmten Stellen in das Wechselstromsignal 12 eingeführt. Um dies zu erreichen, kann das Treibersignal 18 derart synchronisiert werden, dass es die Tongeneratorschaltung 16 aktiviert, wenn das Wechselstromsignal 12 sich einer Referenzspannung 34 nähert oder dieser gleich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Referenzspannung ein Nulldurchgang 34A des Wechselstromsignals 12. Das Treibersignal 18 kann jedoch auch derart synchronisiert werden, dass es die Tongeneratorschaltung 16 bei sämtlichen vorgesehenen Referenzspannungen oder Sätzen von Referenzspannungen aktiviert. Diese Nulldurchgänge 34A oder Durchgänge bei anderen gewünschten Referenzspannungen 34 erfolgen bei vorbestimmten Phasenwinkeln 36 in dem Wechselstromsignal 12. Somit kann jede Schaltung, die Information aus dem Wechselstromsignal extrahieren soll, diese Referenzspannungen 34, 34A oder diese vorbestimmten Phasenwinkel 36 beobachten, um festzustellen, welcher Bit-Wert übertragen wird.
Wenn beispielsweise gemäß 2 ein Datenwert ”null” übertragen wird, ist in dem Wechselstromsignal 12 kein Ton-Burst 28 bei der Referenzspannung 34 oder einem vorbestimmten Phasenwinkel 36 vorhanden. Wenn jedoch eine ”Eins” übertragen wird, wird dem Wechselstromsignal 12 ein Ton-Burst 28 übergelegt.
Normalerweise ist eine Treiberschaltung 32 mit der Tongeneratorschaltung 16 verbunden, um das Treibersignal 18 zum Aktivieren der Tongeneratorschaltung 16 zu erzeugen. Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist die Treiberschaltung 32 zum Erzeugen von Impulsen 20A konfiguriert. Die Treiberschaltung 32 kann eine Hardware-Vorrichtung sein, welche die Daten 10 empfängt und die Daten 10 zu Impulsen 20A (7) kodiert. Die Treiberschaltung 32 kann jedoch auch als Mikroprozessor ausgebildet sein, der zum Empfangen der Daten 10 und zum Kodieren der Daten zu Impulsen 20A programmiert ist.
Gemäß 4(a), 4(b) und 5 kann das Kommunikationssystem 1 eine Dekodierschaltung 30 enthalten, die mit einer Empfängervorrichtung verbunden ist. Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist die Empfängervorrichtung eine elektronische Ballastschaltung 58, die eine Gasentladungslampe 56 speist. Die Dekodierschaltung 30 detektiert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Ton-Bursts 28, um festzustellen, welcher Bit-Wert 22, 26 übertragen wird. In 4(a) und 4(b) sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer Dekodierschaltung gezeigt. Bei der Dekodierschaltung gemäß 4(a) sind einige der grundlegenden Komponenten zum Implementieren einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Dekodierschaltung gemäß 4(b) ist eine bevorzugte Ausführungsform.
Um festzustellen, welcher Bit-Wert 22 oder 26 übertragen wird, enthalten die Dekodierschaltungen gemäß 4(a) und 4(b) eine Filterschaltung 38 zum Empfangen von Ton-Bursts 28 und zum Isolieren der Ton-Bursts von dem Wechselstromsignal 12. 4(b) zeigt die Filterschaltung 38 als Betriebsverstärker-(”op-amp”)Bandpassfilter zum Extrahieren der Ton-Bursts 28. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Filter 38 eine Mittenfrequenz von ungefähr 9.8 kHz. Vorzugsweise ist die Filterschaltung 38 durch eine Pufferstufe 60 (4(a)) mit der AC-Netzleitung 14 verbunden.
Eine Tondetektionsschaltung 40 ist mit der Filterschaltung 38 verbunden. Die Tondetektionsschaltung 40 erzeugt ein Hinweissignal 42 zur Angabe, dass ein Ton-Burst 28 in dem Wechselstromsignal 12 vorhanden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Tondetektionsschaltung 40 eine Peak-Detektionsschaltung 46, die mit einem Ausgang 47 der Filterschaltung 38 verbunden ist. Die Peak-Detektionsschaltung 46 arbeitet in herkömmlicher Weise dahingehend, dass sie eine Peak-Ausgabespannung aus der Filterschaltung 38 detektiert. Falls kein Ton-Burst 28 in dem Wechselstromsignal 12 vorhanden ist, ist die Spannung an dem Ausgang der Peak-Detektionsschaltung 46 niedrig. Falls jedoch ein Ton-Burst 28 in dem Wechselstromsignal 12 vorhanden ist, speichert die Peak-Detektionsschaltung 46 die Peak-Spannung des Ton-Bursts 28. Eine Komparatorschaltung 48 empfängt das Ausgangssignal 49 von der Peak-Detektionsschaltung 46 und vergleicht es mit einer Referenzspannung 51.
Die Komparatorschaltung 48 gibt ein Hinweissignal 42 an den Komparator-Ausgang 53 aus, falls die Peak-Ausgabespannung 49 größer als die Referenzspannung 51 oder dieser gleich ist. Die Referenzspannung 51 wird derart gewählt, dass, falls ein Ton-Burst 28 vorhanden ist, das Ausgangssignal 49 aus der Peak-Detektionsschaltung 46 größer ist als die Referenzspannung 51. In dieser Situation erzeugt die Komparatorschaltung 48 das Hinweissignal 42. Falls die Peak-Ausgabespannung 49 niedriger als die Referenzspannung 51, wird kein Hinweissignal 42 ausgegeben.
Das Hinweissignal 42 wird an eine Impulsgeneratorschaltung 44 angelegt, die Impulse 45 erzeugt. Gemäß 6 modifiziert die Impulsgeneratorschaltung 44 die Länge eines der Impulse 45, wenn das Hinweissignal 42 angibt, dass ein Ton-Burst 28 vorhanden ist. Somit erzeugt bei dem in 6 gezeigten Beispiel in dem Fall, dass eine Null übertragen wird, die Impulsgeneratorschaltung 44 einen Impuls mit normaler Länge. Falls jedoch eine Eins übertragen wird, wird ein längerer Impuls 45 ausgegeben.
Die Impulse 45 werden einer Empfängervorrichtung zugeführt, so dass die Vorrichtung die Information zum Durchführen einer bestimmten Funktion verwenden kann. Die Empfängervorrichtung kann einen Mikroprozessor enthalten, der eine Abfolge aus Einsen und Nullen als Laststeuerbefehle interpretiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhält die Impulsgeneratorschaltung 44 das Wechselstromsignal 12 in gleichgerichteter Form. Die Impulsgeneratorschaltung kann jedoch jeden mit dem Wechselstromsignal 12 zusammenhängenden Signaltyp empfangen, einschließlich des Wechselstromsignals 12 selbst. Ein gleichgerichtetes Vollweg-Wechselstrom-Eingangssignal 55 ermöglicht jedoch der Impulsgeneratorschaltung 44 das Erzeugen von Impulsen, die an oder nahe den Positiv-/Negativ- und Negativ-/Positiv-Nulldurchgängen des Wechselstromsignals 12 liegen.
Gemäß 4(a) und 4(b) enthält die Impulsgeneratorschaltung 44 eine Peak-Detektorschaltung 50. Die Peak-Detektorschaltung 50 empfängt das Wechselstrom-Eingangssignal 55 und erzeugt eine Eingangssignal-Referenzspannung 54, die einer Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals 55 proportional ist. Somit misst die Peak-Detektorschaltung 50 die Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals 55 und verwendet dann einen Spannungsteiler 54A, um die Eingangssignal-Referenzspannung 54 zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Eingangssignal-Referenzspannung 54 relativ nahe an dem Nulldurchgang des Wechselstrom-Eingangssignals 55. Eine Komparatorschaltung 52 empfängt die Eingangssignal-Referenzspannung 54 und das Wechselstrom-Eingangssignal 55 und vergleicht diese. Die Komparatorschaltung 52 gibt einen Impuls 45 aus, wenn das Wechselstrom-Eingangssignal 55 unterhalb der Eingangssignal-Referenzspannung 54 liegt. Wenn das Eingangssignal 55 wieder oberhalb der Eingangssignal-Referenzspannung 54 liegt, wird die Übertragung des Impulses 45 gestoppt.
Die Komparatorschaltung 52 empfängt ferner das Hinweissignal 42. Wenn das Hinweissignal 42 seitens der Komparatorschaltung 52 empfangen wird, wird die Eingangssignal-Referenzspannung 54 erhöht. Somit liegt die Größe des Wechselstrom-Eingangssignals 55 während einer längeren Zeitdauer unterhalb der Größe der Eingangssignal-Referenzspannung 54. Dadurch wird einer der Impulse 45 verlängert. Folglich wird, wenn ein Ton-Burst 28 in dem Wechselstromsignal 12 detektiert wird, ein längerer Impuls 45 erzeigt.
In 6 sind die Daten 10 durch die Länge der Impulse 45 repräsentiert. Ein Datenwert ”null” entspricht dem normalen Impuls, während ein Datenwert ”eins” einem längeren Impuls entspricht. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Vorhandensein des Hinweissignals 42 auch dazu verwendet werden könnte, die Referenzspannung 54 zu verkleinern und dadurch die Länge des normalen Impulses zu verkürzen, falls die Schaltung, die diese Information empfängt, die Information besitzt, dass ein kürzerer Impuls eine Veränderung des Impulslängenwerts repräsentiert.
Gemäß 5 können die Impulse 45 auch dazu ausgegeben werden, eine Vorrichtung zu steuern, die mit der AC-Netzleitung 14 verbunden ist, wie z. B. eine Gasentladungslampe 56A. Die Lampe 56A wird aus einer elektronischen Ballastschaltung 58 gespeist, die das Dimmen der Lampe 56 steuern kann. Zur Übermittlung der Dimm-Steuersignale an die Ballastschaltung 58 wird oft die AC-Netzleitung 14 verwendet. Die Ballastschaltung 58 enthält eine Dekodierschaltung 30, bei der es sich um einen Mikroprozessor handeln kann. Dieser Mikroprozessor empfängt die Folge von Impulsen 45 und ist dahingehend programmiert, dass er die Impulse dekodiert, um das übermittelte Daten-Paket 10 zu extrahieren. Auf diese Weise kann das gewünschte Dimm-Niveau der Lampe 56 unter Verwendung der Netzleitung 14 gesteuert werden.
Beispielsweise kann das gewünschte Dimm-Niveau kodiert werden, indem ein repetierendes Muster gleichmäßig verteilter Einsen und Nullen ausgegeben wird, wobei das Verhältnis von Einsen zu Nullen proportional zu der gewünschten Lampen-Helligkeit ist. Da die Einsen und Nullen gleichmäßig verteilt sind, kann das Dekodieren an beliebiger Stelle in dem Datenmuster beginnen. Das Dimm-Niveau wird dekodiert, indem die Anzahl von Einsen oder Nullen innerhalb einer Gruppe von Bits, die gleich dem Nenner ist, gezählt wird. Die gleichförmige Musterverteilung bewirkt, dass jede nachfolgende Gruppe von Bits das gleiche Ergebnis erbringt.
Obwohl vorstehend bestimmte Ausführungsbeispiele eines gemäß der Erfindung vorgesehenen neuartigen und zweckmäßigen Systems und Verfahrens zur Kommunikation über Netzleitungsträger mittels Hochfrequenzton-Bursts beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsbeispiele nicht im Sinne einer Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu interpretieren sind, der nur durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Zur Übertragung von Daten (10) über eine AC-Netzleitung (14) sind ein Kommunikationssystem (1) und ein entsprechendes Verfahren vorgesehen. Einem Wechselstromssignal (12) werden an vorbestimmten Spannungspegeln oder an vorbestimmten Phasenwinkeln Ton-Bursts (28) übergelegt, die Bit-Werte repräsentieren. Diese Bit-Werte werden entweder durch das Vorhandensein oder durch das Nichtvorhandensein des Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal (12) repräsentiert. Auf diese Weise kann Steuerinformation an eine Vorrichtung wie z. B. eine Ballastschaltung für eine Gasentladungslampe übertragen werden.

Claims

Verfahren zur Datenkommunikation auf einer AC-Netzleitung, die ein Wechselstromsignal führt, umfassend: (a) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten, periodisches Einführen eines Hochfrequenzsignals in die AC-Netzleitung derart, dass dem Wechselstromsignal Hochfrequenz-Ton-Bursts übergelegt werden; (b) Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal; und (c) Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die über die AC-Netzleitung übertragenen Daten durch eine Folge erster und zweiter Bit-Werte repräsentiert werden und dass der Schritt (c) umfasst: Feststellen, ob ein Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Erzeugen eines Hinweissignals, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Übermitteln des Hinweissignals an eine Impulsgeneratorschaltung, die elektrische Impulse erzeugt; und Modifizieren der elektrischen Impulse, wenn die Impulsgeneratorschaltung das Hinweissignal empfängt, derart, das ein modifizierter Impuls dem ersten Bit-Wert entspricht und ein unmodifizierter Impuls dem zweiten Bit-Wert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Feststellens, ob ein Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist, umfasst: Filtern des Wechselstromsignals zum Extrahieren von Ton-Bursts aus dem Wechselstromsignal; Bestimmen eines Peak-Spannungswerts des gefilterten Wechselstromsignals; und Vergleichen des Peak-Spannungswerts mit einer Referenzspannung, wobei der Peak-Spannungswert größer als die Referenzspannung ist, wenn das Ton-Burst vorhanden ist, und kleiner als die Referenzspannung ist, wenn das Ton-Burst nicht vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Impulsgeneratorschaltung jeden der Impulse mit einem vorbestimmten Phasenwinkel des Wechselstromssignals erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Impulsgeneratorschaltung aufweist: eine Peak-Detektorschaltung, die auf das Wechselstromssignal hin ein Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Peak-Detektorschaltung ein Ausgangssignal ausgibt, das einem Peak-Spannungswert des Wechselstrom-Eingangssignals proportional ist, und wobei das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung vergrößert wird, falls das Hinweissignal vorhanden ist; einen Komparator, der das Wechselstrom-Eingangssignal und das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung empfängt, und der das Hinweissignal empfängt, wenn ein Ton-Burst in dem Wechselstromssignal vorhanden ist, wobei der Komparator einen der Impulse erzeugt, so lange das Wechselstrom-Eingangssignal unterhalb des Ausgangssignals der Peak-Detektorschaltung liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt des Gleichrichtens des Wechselstromssignals zum Erzeugen des Wechselstrom-Eingangssignals.
System zur Datenkommunikation über ein Wechselstromsignal, mit: einer AC-Netzleitung zum Übertragen des Wechselstromsignals; einer Tongeneratorschaltung, die elektrisch mit der AC-Netzleitung verbunden ist, wobei die Tongeneratorschaltung Hochfrequenz-Ton-Bursts erzeugt, die dem Wechselstromssignal in Mustern übergelegt werden, welche den zu übertragenden Daten entsprechen; und einer Tondetektionsschaltung zum Detektieren des Vorhandenseins der Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal.
System nach Anspruch 7, ferner mit einer Treiberschaltung, die elektrisch mit der Tongeneratorschaltung verbunden ist, wobei die Treiberschaltung ein Treibersignal erzeugt, das die Tongeneratorschaltung veranlasst, die Ton-Bursts entsprechend den zu übertragenden Daten zu erzeugen.
System nach Anspruch 8, bei dem das Treibersignal derart synchronisiert wird, dass es die Tongeneratorschaltung veranlasst, die Ton-Bursts zu erzeugen, wenn das Wechselstromssignal sich einer Referenzspannung nähert oder dieser gleich ist.
System nach Anspruch 8, bei dem das Treibersignal derart synchronisiert wird, dass es die Tongeneratorschaltung veranlasst, die Ton- Bursts zu erzeugen, wenn das Wechselstromssignal sich einem vorbestimmten Phasenwinkel nähert oder diesem gleich ist.
System nach Anspruch 8, bei dem das Treibersignal derart synchronisiert wird, dass es die Tongeneratorschaltung veranlasst, die Ton-Bursts zu erzeugen, wenn das Wechselstromssignal sich einem Nulldurchgang nähert oder diesem gleich ist.
Verfahren zum Bestimmen von Daten-Bit-Werten, die auf einem über eine AC-Netzleitung übertragenen Wechselstromssignal geführt werden, wobei das Verfahren umfasst: (a) Feststellen, ob ein Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; (b) Erzeugen eines Hinweissignals, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; (c) Übermitteln des Hinweissignals an eine Impulsgeneratorschaltung, die Impulse erzeugt; und (d) Modifizieren der Impulse, falls das Hinweissignal vorhanden ist, wobei ein unmodifizierter Impuls einem ersten Bit-Wert entspricht und ein modifizierter Impuls einem zweiten Bit-Wert entspricht.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Schritt (a) umfasst: Filtern des Wechselstromsignals zum Extrahieren der Ton-Bursts aus dem Wechselstromsignal; und Bestimmen eines Peak-Spannungswerts des gefilterten Wechselstromsignals.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (b) ferner umfasst: Vergleichen des Peak-Spannungswerts des Wechselstromssignals mit einer Referenzspannung; und Erzeugen des Hinweissignals, falls der Peak-Wert gleich der Referenzspannung oder größer als diese ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem Schritt (d) ferner umfasst: Gleichrichten des Wechselstromssignals zum Erzeugen eines gleichgerichteten Wechselstromssignals; Detektieren eines Peak-Werts des gleichgerichteten Wechselstromssignals; Vergleichen eines Schwellenwerts mit einem Referenzwert, wobei der Schwellenwert dem Peak-Werts des Wechselstromssignals proportional ist; Vergrößern des Schwellenwerts, falls ein Hinweissignal vorhanden ist; und Erzeugen eines Impulses, wenn das Wechselstromssignal gleich dem Schwellenwertsignal oder kleiner als dieses ist.
Vorrichtung zum Detektieren von Ton-Bursts, die einem Wechselstromssignal übergelegt sind, wobei die Ton-Bursts Lampensteuersignalen entsprechen, die über eine AC-Netzleitung an eine Ballastschaltung übertragen werden, welche eine Gasentladungslampe speist, umfassend: eine Filterschaltung, die mit der AC-Netzleitung verbunden ist, um die Ton-Bursts aus dem Wechselstromssignal herauszufiltern; einer Detektorschaltung, die mit einem Ausgang der Filterschaltung verbunden ist, wobei die Detektorschaltung ein Hinweissignal erzeugt, welches das Vorhandensein der Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal angibt; und eine Impulsgeneratorschaltung, die Impulse ausgibt, wobei die Impulsgeneratorschaltung derart geschaltet ist, dass sie das Hinweissignal von der Detektorschaltung empfängt, und dahingehend funktioniert, dass sie die Länge eines der Impulse modifiziert, wenn das Hinweissignal das Vorhandensein eines der Ton-Bursts detektiert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Detektorschaltung ferner aufweist: eine Peak-Detektorschaltung, die mit einem Ausgang der Filterschaltung verbunden ist, wobei die Peak-Detektorschaltung dahingehend funktioniert, dass sie die Peak-Ausgabespannung aus der Filterschaltung detektiert; und eine Komparatorschaltung, die ein Ausgangssignal von der Peak-Detektorschaltung empfängt und das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung mit einer Referenzspannung vergleicht, wobei die Komparatorschaltung einen Komparator-Ausgang aufweist, der ein Hinweissignal ausgibt, falls die Peak-Ausgabespannung größer als die Referenzspannung oder dieser gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Impulsgeneratorschaltung ferner aufweist: Peak-Detektorschaltung, die ein zu dem Wechselstromssignal in Beziehung stehendes Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Peak-Detektorschaltung eine Eingangssignal-Referenzspannung erzeugt, die einer Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals proportional ist; und eine Komparatorschaltung, welche die Eingangssignal-Referenzspannung, das Hinweissignal und das Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Komparatorschaltung das Wechselstrom-Eingangssignal mit der Eingangssignal-Referenzspannung vergleicht, wobei einer der Impulse so lange übertragen wird, wie das Wechselstrom-Eingangssignal gleich der Eingangssignal-Referenzspannung oder kleiner als diese ist, und wobei durch das Vorhandensein des Hinweissignals die Eingangssignal-Referenzspannung vergrößert wird und dadurch die Übertragung eines der Impulse verlängert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Ballastschaltung die Lampe entsprechend einem durch die Impulse definierten Dimm-Steuersignal dimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Lampensteuersignale durch ein Muster aus Bit-Werten definiert sind und die Vorrichtung ferner eine Dekodierschaltung aufweist, welche die Bit-Werte entsprechend der Länge der Impulse bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Ballastschaltung die Lampe entsprechend den durch die Dekodierschaltung dekodierten Bit-Werten dimmt.
Verfahren zum Übertragen eines Daten-Pakets mit Daten-Bits zu einer Vorrichtung, die Strom aus einem über eine AC-Netzleitung übertragenen Wechselstromssignal erhält, umfassend: Abrufen der Daten-Bits aus dem Daten-Paket zur Übermittlung an die Vorrichtung; Erzeugen eines Treibersignals, das eine mit der AC-Netzleitung verbundene Tongeneratorschaltung aktiviert, wobei das Treibersignal die Tongeneratorschaltung derart aktiviert, dass diese jedes Mal, wenn eines der Daten-Bits einen ersten Wert hat, ein Ton-Burst in dem Wechselstromssignal erzeugt, und jedes Mal, wenn eines der Daten-Bits einen zweiten Wert hat, die Tongeneratorschaltung nicht aktiviert; Empfangen des Wechselstromssignals; Bestimmen der Bit-Werte des Daten-Pakets entsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal.
Verfahren nach Anspruch 22, bei der die Vorrichtung eine Ballastschaltung aufweist, die eine Gasentladungslampe speist.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner mit dem Variieren des Dimm-Niveaus der Lampe entsprechend den Bit-Werten in dem Daten-Paket.
Verfahren nach einem der Anspruch 22, bei dem das Treibersignal die Tongeneratorschaltung bei einem vorbestimmten Phasenwinkel des Wechselstromssignals aktiviert.