RU2474958C1 - Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation - Google Patents
Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2474958C1 RU2474958C1 RU2011131151/07A RU2011131151A RU2474958C1 RU 2474958 C1 RU2474958 C1 RU 2474958C1 RU 2011131151/07 A RU2011131151/07 A RU 2011131151/07A RU 2011131151 A RU2011131151 A RU 2011131151A RU 2474958 C1 RU2474958 C1 RU 2474958C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- information
- signal
- receiver
- power
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области обмена информации по проводным линиям и может быть использовано для линий длиной до 1000 м и более и предназначено преимущественно для построения систем сбора и обработки информации, контроля, дистанционного управления, телеметрии, охранных систем и систем защиты информации.The invention relates to the field of information exchange over wire lines and can be used for lines up to 1000 m or more in length and is intended primarily for constructing systems for collecting and processing information, monitoring, remote control, telemetry, security systems and information protection systems.
Известен способ работы системы для дуплексной передачи информации по совмещенной линии питания, при котором информация передается в виде импульсов, в котором передаваемые сигналы кодируются кодером, амплитуду и форму сигналов, искаженных линией связи, восстанавливают устройством амплитудно-частотной коррекции. Питание с центрального устройства подается на удаленное устройство по линии связи (Патент №2381627, МПК H04L 5/14, Н04В 1/56, опубл. 10.02.2010 г.).A known method of the system for duplex transmission of information on a combined power line, in which the information is transmitted in the form of pulses, in which the transmitted signals are encoded by the encoder, the amplitude and shape of the signals distorted by the communication line, restore the amplitude-frequency correction device. Power from the central device is supplied to the remote device via the communication line (Patent No. 2381627, IPC
Известный способ передачи требует точного согласования параметров линии и приемно-передающих устройств для предотвращения искажения информационного сигнала. Указанных условий сложно достигнуть в цепях питания с переменным количеством подключенных устройств и динамическим потреблением тока.The known method of transmission requires precise coordination of the parameters of the line and the receiving and transmitting devices to prevent distortion of the information signal. These conditions are difficult to achieve in power circuits with a variable number of connected devices and dynamic current consumption.
Известен способ передачи информации по линии электропитания путем передачи и приема данных посредством модуляции и демодуляции более высокочастотных колебаний (несущей), накладываемых на напряжение питания в линии. В соответствии с известным способом, полосу частот разбивают на N подполос, где N представляет собой целое число, большее двух или равное двум; применяют технику OFDM (ортогонального мультиплексирования деления частоты) на каждой из указанных подполос; и осуществляют операции вычисления на каждой из подполос. Известный способ характеризуется тем, что вычисления, основанные на каждой из подполос, являются независимыми от вычислений, основанных на других подполосах, причем указанные подполосы активизируются и назначаются динамическим образом (Патент РФ №2398351, МПК Н04В 3/54, опубл. 27.08.2010 г.).A known method of transmitting information on a power line by transmitting and receiving data through modulation and demodulation of higher frequency oscillations (carrier) superimposed on the supply voltage in the line. In accordance with the known method, the frequency band is divided into N subbands, where N is an integer greater than two or equal to two; apply the OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) technique on each of these subbands; and performing calculation operations on each of the subbands. The known method is characterized in that the calculations based on each of the subbands are independent of the calculations based on other subbands, and these subbands are activated and assigned in a dynamic manner (RF Patent No. 2398351, IPC
Недостатком способа является сложность реализации устройства на программном и аппаратном уровне, сравнительно низкая скорость передачи.The disadvantage of this method is the difficulty of implementing the device at the software and hardware level, the relatively low transmission speed.
Известно устройство для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока, содержащее двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией, установленные в контроллерах - в составных частях бортовой системы контроля, защиты и/или управления машины. Каждый из блоков развязки содержит силовой ключ и диодно-конденсаторную цепь либо дроссель, включенный последовательно в линию питания постоянного тока. Передача цифровых сигналов в устройстве осуществляется путем модуляции напряжения в совмещенной линии питания и обмена информацией (Патент РФ №2276094, МПК В66С 13/18, опубл. 10.05.2006 г.).A device is known for receiving and transmitting information on a DC power line, containing bi-directional blocks for decoupling digital signals and a supply voltage in a combined power line and for exchanging information installed in controllers — in components of an on-board monitoring, protection and / or machine control system. Each of the isolation blocks contains a power switch and a diode-capacitor circuit or inductor, connected in series to the DC power line. Digital signals are transmitted in the device by modulating the voltage in a combined power line and exchanging information (RF Patent No. 2276094, IPC В66С 13/18, published on 05/10/2006).
Наиболее близким к предложенному является устройство для приема и передачи информации по линии питания постоянного тока, которое содержит двунаправленные блоки развязки цифровых сигналов и питающего напряжения, содержащие трансформаторы, первые обмотки которых включены последовательно в линию питания постоянного тока, а вторые - подключены к устройствам приема и передачи цифровых сигналов, выполненным с возможностью взаимного блокирования их работы. Устройство приема цифровых сигналов содержит, в частности, последовательно соединенные усилитель, выпрямитель или демодулятор, фильтр и пороговое устройство, а устройство передачи - управляемый импульсный генератор (Патент РФ №2404509, МПК Н04В 3/54, опубл. 20.11.2010 г.).Closest to the proposed one is a device for receiving and transmitting information through a DC power line, which contains bi-directional blocks for decoupling digital signals and supply voltage, containing transformers, the first windings of which are connected in series to the DC power line, and the second are connected to the receiving devices and transmission of digital signals, configured to interlock their operation. A digital signal receiving device comprises, in particular, an amplifier, a rectifier or a demodulator, a filter and a threshold device connected in series, and a transmission device — a controlled pulse generator (RF Patent No. 2404509, IPC
Недостатком известных устройств являются существенные потери информационного радиосигнала, а следовательно, высокие энергетические затраты на передачу информации, высокие уровни излучаемых линией электромагнитных помех и влияние внешних наводок на полезный сигнал в линии, техническая сложность и большие экономические затраты при реализации.A disadvantage of the known devices is the significant loss of the information radio signal, and therefore, high energy costs for transmitting information, high levels of electromagnetic interference emitted by the line and the influence of external interference on the useful signal in the line, technical complexity and high economic costs in implementation.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в снижении уровня электромагнитных помех, создаваемых устройствами, снижении чувствительности к воздействию внешних наводок, увеличении скорости передаваемой информации.The technical problem to which the claimed invention is directed is to reduce the level of electromagnetic interference generated by devices, reduce sensitivity to external interference, increase the speed of transmitted information.
Поставленная техническая задача решается тем, что, согласно предложенному изобретению, в способе сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока, основанном на осуществлении приема-передачи информации методом аналоговой модуляции, модулируют в передатчике устройства низкочастотную несущую информационным цифровым сигналом, суммируют полученный радиосигнал с напряжением питания и передают по совмещенной линии связи и питания постоянного тока, выделяют в приемнике информационный радиосигнал из суммарного напряжения на линии, восстанавливают в приемнике устройства исходный цифровой информационный сигнал, с помощью контроллера устройства декодируют сигнал с приемника и формируют ответный информационный сигнал для передатчика, при этом в качестве развязки между приемопередатчиком каждого устройства и линией используют заграждающий фильтр, обеспечивающий согласование импедансов приемника и передатчика устройства и волнового сопротивления совмещенной линии связи и питания постоянного тока и выполненный на базе колебательного контура с частичным включением в совмещенную линию связи и питания постоянного тока, на котором выделяют принимаемый радиосигнал из суммарного напряжения на линии при приеме, выделяют постоянную составляющую напряжения питания устройства и суммируют радиосигнал передачи с напряжением на линии.The stated technical problem is solved by the fact that, according to the proposed invention, in a method for pairing information transmission and reception devices via a combined two-wire communication line and DC power, based on the implementation of information reception and transmission by the method of analog modulation, the low-frequency carrier is modulated in the transmitter of the device by an information digital signal summarize the received radio signal with a supply voltage and transmit along a combined communication line and DC power, isolated in the receiver the radio frequency information signal from the total voltage on the line, the original digital information signal is restored in the device receiver, the signal from the receiver is decoded using the device controller and a response information signal is generated for the transmitter, and a blocking filter is used as a decoupling between the transceiver of each device and the line the impedances of the receiver and transmitter of the device and the wave impedance of the combined communication line and DC power and space filled on the basis of the oscillation circuit with partial inclusion in a combined link and a DC power supply which was isolated from the total received radio signal on the line voltage when the reception device emit a DC component voltage and sum voltage of a radio transmission line.
Поставленная техническая задача решается также тем, что, согласно предложенному изобретению, устройство для приема-передачи информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока содержит приемник, включающий входной усилитель, детектор и регенератор цифровой последовательности, передатчик, включающий модулятор и выходной усилитель-формирователь, контроллер устройства, выполняющий декодирование поступающей информации и формирование ответного информационного сигнала, заграждающий фильтр, выполненный на базе колебательного контура с частичным включением в совмещенную двухпроводную линию связи и питания постоянного тока, обеспечивающий сопряжение приемника и передатчика устройства с линией и фильтрацию постоянного напряжения с линии для питания всех частей устройства.The stated technical problem is also solved by the fact that, according to the proposed invention, a device for receiving and transmitting information on a combined two-wire communication line and DC power supply includes a receiver including an input amplifier, a detector and a digital sequence regenerator, a transmitter including a modulator and an output amplifier-shaper , a device controller that performs decoding of the incoming information and the formation of a response information signal, a blocking filter made on ba e oscillating circuit with partial inclusion in the combined two-wire link and the DC supply for interfacing the receiver unit and transmitter line and filtering a DC voltage from the power line to all parts of the device.
Заявляемое устройство характеризуется дополнительными существенными признаками:The inventive device is characterized by additional significant features:
- заграждающий фильтр выполнен с применением трансформатора с заданным коэффициентом связи, вторичная обмотка которого с параллельно подключенной емкостью образуют резонансный колебательный контур;- the blocking filter is made using a transformer with a given coupling coefficient, the secondary winding of which with a parallel connected capacitance form a resonant oscillatory circuit;
- индуктивная часть колебательного контура в заграждающем фильтре выполнена в виде катушки с отводом или как индуктивный делитель;- the inductive part of the oscillating circuit in the blocking filter is made in the form of a coil with a tap or as an inductive divider;
- приемник устройства содержит входной усилитель и детектор, объединенные цепью отрицательной обратной связи, обеспечивающей снижение коэффициента усиления входного усилителя с ростом напряжения на детекторе для обеспечения постоянства амплитуды сигнала с детектора при изменении в широких пределах уровня радиосигнала, поступающего с заграждающего фильтра на вход приемника;- the receiver of the device contains an input amplifier and a detector, combined by a negative feedback circuit, which provides a decrease in the gain of the input amplifier with increasing voltage at the detector to ensure a constant amplitude of the signal from the detector when the level of the radio signal coming from the trap filter to the input of the receiver changes over a wide range;
- регенератор цифровой последовательности содержит компаратор, охваченный петлей положительной обратной связи, инвертирующий вход которого гальванически соединен с детектором, а неинвертирующий вход подключен к детектору через цепь временной задержки, при этом пороги срабатывания и отпускания компаратора определяются в соответствии с динамикой изменения амплитуды сигнала, поступающего с детектора и глубиной положительной обратной связи, охватывающей компаратор;- the digital sequence regenerator contains a comparator covered by a positive feedback loop, the inverting input of which is galvanically connected to the detector, and the non-inverting input is connected to the detector through a time delay circuit, while the comparator operating and releasing thresholds are determined in accordance with the dynamics of changes in the amplitude of the signal coming from the detector and the depth of positive feedback spanning the comparator;
- устройство включает источник питания совмещенной двухпроводной линии связи и питания, связанный с входом заградительного фильтра, соединяющего устройство с совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока.- the device includes a power source for the combined two-wire communication line and power, connected to the input of the barrage filter connecting the device with the combined two-wire communication line and DC power.
Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией заявляемой совокупности существенных признаков, состоит в снижении уровня электромагнитных помех, создаваемых устройствами, снижении чувствительности к воздействию внешних наводок, уменьшении потерь информационного сигнала на линии, увеличении скорости передаваемой информации.The technical result, the achievement of which is ensured by the implementation of the claimed combination of essential features, consists in reducing the level of electromagnetic interference generated by devices, reducing sensitivity to external interference, reducing the loss of information signal on the line, increasing the speed of transmitted information.
За счет достижения указанного технического результата появляется возможность увеличения числа устройств, одновременно подключенных к линии, увеличения допустимой для эксплуатации длины линии. Кроме того, предложенное изобретение позволяет упростить схемотехническую реализацию устройства приема и передачи информации и существенно снизить экономические затраты на его производство.By achieving the specified technical result, it becomes possible to increase the number of devices simultaneously connected to the line, to increase the length of the line that is acceptable for operation. In addition, the proposed invention allows to simplify the circuitry implementation of a device for receiving and transmitting information and significantly reduce the economic costs of its production.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен пример функциональной схемы системы, реализующей заявляемый способ сопряжения, включающей, по меньшей мере, два предложенных устройства приема и передачи информации и источник питания линии;The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows an example of a functional diagram of a system that implements the inventive method of pairing, including at least two proposed device for receiving and transmitting information and a power source for the line;
на фиг.2 приведен пример функциональной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ сопряжения и осуществляющего скоростной обмен информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания постоянного тока;figure 2 shows an example of a functional diagram of a device that implements the proposed method of pairing and provides high-speed information exchange through a combined two-wire communication line and DC power;
на фиг.3а), б) и в) представлены примеры схем выполнения заграждающего фильтра, гдеon figa), b) and c) presents examples of circuits for the blocking filter, where
на фиг.3а) представлен пример схемы заграждающего фильтра на основе трансформатора, вторичная обмотка которого с конденсатором образуют колебательный контур,on figa) presents an example of a blocking filter based on a transformer, the secondary winding of which with a capacitor form an oscillating circuit,
на фиг.3б) представлен пример схемы заграждающего фильтра, в состав колебательного контура которого входит индуктивный делитель;on figb) presents an example of a blocking filter, the composition of the oscillatory circuit of which includes an inductive divider;
на фиг.3в) представлен пример схемы заграждающего фильтра с колебательным контуром, в индуктивной части которого используется катушка с отводом (автотрансформаторная схема);on figv) presents an example of a blocking filter circuit with an oscillatory circuit, in the inductive part of which is used a coil with a tap (autotransformer circuit);
на фиг.4 представлена функциональная схема передатчика устройства;figure 4 presents the functional diagram of the transmitter of the device;
на фиг.5 представлена функциональная схема приемника устройства;figure 5 presents the functional diagram of the receiver of the device;
на фиг.6 представлена схема регенератора цифровой последовательности (РЦП), реализующего функцию восстановления параметров исходного модулирующего информационного сигнала.figure 6 presents a diagram of a digital sequence regenerator (RPC) that implements the function of restoring the parameters of the original modulating information signal.
Представленные на чертежах фигуры 1-6 содержат следующие позиции:Presented on the drawings, figures 1-6 contain the following positions:
1 - двухпроводная совмещенная линия связи и питания постоянного тока1 - two-wire combined communication line and DC power
2 - источник питания линии с заградительным фильтром между его выходом и линией2 - power supply line with a barrier filter between its output and the line
3, 4…N - устройства приема-передачи информации, подключаемые параллельно к линии3, 4 ... N - information transmitting and receiving devices connected in parallel to the line
5 - заграждающий фильтр на основе колебательного контура устройства приема-передачи информации5 - blocking filter based on the oscillatory circuit of the device for receiving and transmitting information
6 - приемник устройства приема-передачи информации6 - receiver device information transmission
7 - передатчик устройства приема-передачи информации7 - transmitter of a device for transmitting information
8 - контроллер устройства приема-передачи информации8 - controller device transmitting information
9 - источник или стабилизатор питания устройства приема-передачи информации9 - power supply source or stabilizer information reception and transmission device
10 - конденсатор колебательного контура (Ск)10 - capacitor of the oscillatory circuit (CK)
11 - шунтирующий конденсатор фильтра (Сф)11 - shunt filter capacitor (SF)
12 - катушка индуктивности колебательного контура (Lк)12 - inductor of an oscillatory circuit (Lк)
13 - трансформатор связи (Tr)13 - communication transformer (Tr)
14 - модулятор14 - modulator
15 - выходной усилитель15 - output amplifier
16 - заграждающий фильтр между линией и устройством приема-передачи16 - the blocking filter between the line and the device of reception and transmission
17 - входной усилитель17 - input amplifier
18 - детектор/демодулятор входного модулированного сигнала18 - detector / demodulator of the input modulated signal
19 - регенератор цифровой последовательности19 - digital sequence regenerator
20 - цепь временной задержки20 - time delay circuit
21 - компаратор21 - comparator
Елин - суммарное напряжение на линииElin - total voltage on the line
Епит - напряжение питания узлов устройстваEpit - supply voltage of the device nodes
Fмод - информационный сигнал, передаваемый методом аналоговой модуляции (радиосигнал, содержащий передаваемую информацию)Fmod - information signal transmitted by analog modulation method (a radio signal containing transmitted information)
Fнес - сигнал несущей частотыFnes - carrier frequency signal
Rx - принимаемый цифровой информационный сигналRx - received digital information signal
Тх - передаваемый цифровой информационный сигналTx - transmitted digital information signal
Изобретение основано на физическом свойстве двухпроводной линии транслировать низкочастотный радиосигнал в сотни килогерц с низкими энергетическими потерями на активном сопротивлении проводников, на излучение и диэлектрическое поглощение в изоляции, при этом линию предлагается использовать одновременно для передачи информационных сигналов методом аналоговой модуляции и питания присоединенных к ней двух и более устройств.The invention is based on the physical property of a two-wire line to transmit a low-frequency radio signal into hundreds of kilohertz with low energy losses on the active resistance of the conductors, on radiation and dielectric absorption in isolation, while the line is proposed to be used simultaneously for transmitting information signals by analog modulation and powering two and more devices.
На фиг.1 приведен пример функциональной схемы системы, реализующей заявляемый способ сопряжения, включающей, по меньшей мере, два предложенных устройства приема и передачи информации 3, 4 и источник 2 питания двухпроводной линии 1 связи и питания постоянного тока.Figure 1 shows an example of a functional diagram of a system that implements the inventive method of pairing, including at least two proposed device for receiving and transmitting
Заявляемый способ сопряжения устройств передачи-приема информации по совмещенной методом аналоговой модуляции заключается в том, что в передатчике устройства низкочастотную несущую в сотни килогерц модулируют информационным цифровым сигналом, суммируют полученный радиосигнал с напряжением питания и передают по совмещенной линии связи и питания постоянного тока, выделяют на входе приемника информационный радиосигнал из суммарного напряжения на линии, восстанавливают в приемнике устройства исходный цифровой информационный сигнал, декодируют с помощью контроллера устройства сигнал с приемника и формируют ответный информационный сигнал для передатчика. При этом в качестве развязки между приемопередатчиком каждого устройства и линией используют заграждающий фильтр, которым снабжают каждое устройство, подключенное к линии. С помощью заграждающего фильтра осуществляется сложение передаваемого радиосигнала с постоянной составляющей напряжения питания на линии при передаче данных, выделение принимаемого радиосигнала при приеме для дальнейшей обработки и декодирования цифровой информации, фильтрация напряжения питания устройства, а также обеспечивается согласование импедансов приемника и передатчика устройства и волнового сопротивления совмещенной линии связи и питания постоянного тока, что обеспечивает существенное снижение взаимного влияния подключенных к линии устройств, искажений передаваемого информационного радиосигнала, сигнала внешних электромагнитных помех и шумов в линии, возникающих в результате работы устройств, снижение энергетических затрат на передачу и потери полезного информационного сигнала на линии.The inventive method of pairing devices for transmitting / receiving information using the combined method of analog modulation is that a low-frequency carrier of hundreds of kilohertz is modulated by an information digital signal in the device’s transmitter, the received radio signal is summed with the supply voltage and transmitted over the combined communication line and direct current power, allocated to the input of the receiver information radio signal from the total voltage on the line, restore the original digital information signal in the receiver of the device, decode using the device controller the signal from the receiver and generate a response information signal for the transmitter. In this case, as a decoupling between the transceiver of each device and the line, a blocking filter is used, which each device connected to the line is equipped with. Using the trap filter, the transmitted radio signal is added with a constant component of the supply voltage on the line during data transmission, the received radio signal is extracted when receiving for further processing and decoding of digital information, the device’s supply voltage is filtered, and the impedances of the receiver and transmitter of the device and the impedance matching are matched communication lines and DC power, which provides a significant reduction in the mutual influence of chennyh devices to the line distortion of the transmitted radio signal information, signal external electromagnetic interference and line noise arising from the operation of the devices, reducing the energy costs and the loss of useful transmission of the information signal on the line.
Предлагаемый способ сопряжения устройств приема-передачи к линии позволяет реализовать любую топологическую конфигурацию системы, например кольцо, звезда или дерево.The proposed method of pairing the transmit-receive devices to the line allows implementing any topological configuration of the system, for example, a ring, a star or a tree.
В качестве источника питания 2 может быть использован любой источник постоянного напряжения с необходимой нагрузочной способностью, дополненный по выходу заграждающим фильтром. Также источник питания может быть включен в состав любого устройства приема-передачи информации (на фиг.2 возможность обеспечить питание линии обозначена пунктирной стрелкой). При этом необходимость в применении отдельного источника питания линии отпадает.As a power source 2 can be used any source of constant voltage with the required load capacity, supplemented by the output of a blocking filter. Also, the power source can be included in any device for receiving and transmitting information (in Fig.2, the ability to provide power to the line is indicated by a dotted arrow). At the same time, there is no need to use a separate power supply for the line.
Устройство для передачи информации по линии электропитания постоянного тока (фиг.2), в котором реализуется предложенный способ, содержит заграждающий фильтр 5, подключенный к совмещенной двухпроводной линии связи и питания 1, приемник 6, передатчик 7, контроллер устройства 8, стабилизатор 9 напряжения, поступающего с линии, или собственный источник питания.A device for transmitting information on a DC power line (Fig. 2), in which the proposed method is implemented, comprises a blocking
Заграждающий фильтр 5 реализован на основе резонансного колебательного контура. Для оптимального согласования линии и подключаемых к линии устройств, уменьшения искажений передаваемого информационного радиосигнала и взаимного влияния фильтров, подключенных к линии устройств, достижения необходимой избирательности и полосы пропускания применяется частичное включение колебательного контура в линию, что обеспечивает согласование импеданса приемопередатчика устройства и волнового сопротивления совмещенной линии связи и питания постоянного тока.The blocking
Заграждающий фильтр 5 предотвращает замыкание тока несущей частоты информационного радиосигнала через низкое сопротивление источника питания линии или внутреннего стабилизатора устройства, подключенного к линии, обеспечивает при приеме выделение из суммарного напряжения линии радиочастотного информационного сигнала и напряжения питания устройства, а при передаче на нем происходит суммирование модулированного информационного радиосигнала с напряжением питания на линии.The blocking
На фиг.3а), б) и в) приведены примеры простого исполнения заграждающего фильтра. Подключение приемника и передатчика в общем случае может осуществляться к различным точкам колебательного контура для обеспечения оптимального согласования с линией связи и питания.On figa), b) and c) are examples of a simple execution of the blocking filter. The connection of the receiver and transmitter in the general case can be carried out at various points of the oscillating circuit to ensure optimal coordination with the communication and power lines.
Фильтр беспрепятственно пропускает постоянную составляющую напряжения Епит питания и внеполосные сигналы, которые подавляются шунтирующим конденсатором Сф в составе фильтра. Одновременно шунтирующий конденсатор выполняет функцию накопительного для обеспечения стабильности работы устройства за счет снижения уровня пульсаций питающего напряжения.The filter freely passes the constant voltage component Epit supply and out-of-band signals, which are suppressed by the shunt capacitor Cf in the filter. At the same time, the shunt capacitor serves as a storage capacitor to ensure the stability of the device by reducing the level of ripple of the supply voltage.
Постоянная составляющая напряжения питания с заграждающего фильтра поступает на стабилизатор 9 питания устройства, а выделенный информационный радиосигнал - на вход приемника 6 устройства.The constant component of the supply voltage from the trap filter is supplied to the
Питание узлов приемопередающего устройства обеспечивается стабилизатором 9 линейного или импульсного типа.Power nodes transceiver device is provided by the
Контроллер 8 устройства осуществляет прием и декодирование информационного цифрового сигнала с приемника 6 устройства, формирование несущей частоты и сигнала модуляции для передатчика 7. При применении популярных микроконтроллеров, например фирм-производителей MICROCHIP, ATMEL, в качестве генератора несущей частоты используется встроенный в применяемую микросхему узел широтно-импульсной модуляции, исходящий модулирующий сигнал может быть снят с выхода Тх, а входящий сигнал с приемника устройства поступает на вход Rx. Параллельно с приемом и передачей информации по совмещенной двухпроводной линии связи и питания контроллер может выполнять обработку данных и сигналов с различных датчиков, а также осуществлять контроль и управление исполнительными устройствами.The
Передатчик 7 устройства (фиг.4) состоит из модулятора 14, выходного усилителя 15 и заграждающего фильтра 16 на входе устройства. Выходной усилитель 15 может быть реализован на базе усилителя, имеющего высокий выходной импеданс в паузах между циклами передачи информации, что обеспечивает снижение потерь информационного радиосигнала. Например, может быть применен транзисторный каскад класса С, причем его нагрузкой является входной заграждающий фильтр 16, что обеспечивает подавление побочных продуктов частотного преобразования, образующихся в результате модуляции.The
Приемник 6 устройства (фиг.5) состоит из заграждающего фильтра 16 на входе устройства, входного усилителя 17, детектора или демодулятора 18 и регенератора цифровой последовательности 19. Амплитуда информационного радиосигнала, поступающего с линии на вход устройства, зависит от расстояния до источника передачи и количества подключенных к линии нагрузок, поэтому входной усилитель и детектор объединены цепью отрицательной обратной связи (ООС), уменьшающей коэффициент усиления входного усилителя в соответствии с ростом уровня сигнала на выходе детектора. Тем самым обеспечивается стабильность амплитуды сигнала с выхода детектора при изменении в широких пределах уровня радиосигнала, поступающего с заграждающего фильтра на вход приемника.The
В качестве детектора/демодулятора 18 может быть использован, например, транзисторный амплитудный детектор.As the detector /
Регенератор цифровой последовательности 19 реализует функцию восстановления параметров исходного информационного сигнала.The
Основным недостатком регенераторов известных устройств, реализованных на базе компаратора с фиксированными порогами срабатывания/отпускания, являются существенные колебания временных параметров восстановленных цифровых информационных импульсов. Например, при передаче информации модулированной кодом NRZ, отмеченная нестабильность длительности импульсов является ограничением для повышения скорости обмена информацией.The main disadvantage of regenerators of known devices implemented on the basis of a comparator with fixed thresholds for operation / release are significant fluctuations in the time parameters of the recovered digital information pulses. For example, when transmitting information modulated by the NRZ code, the noted instability of the pulse duration is a limitation for increasing the speed of information exchange.
В заявляемом устройстве регенератор цифровой последовательности (РЦП) (фиг.6) содержит компаратор 21, охваченный петлей положительной обратной связи, инвертирующий вход которого гальванически соединен с выходом детектора, а неинвертирующий подключен через цепь временной задержки 20. Пороги срабатывания и отпускания компаратора 21 при этом определяются динамикой изменения (временем нарастания/спада фронтов импульса) и амплитудой сигнала, поступающего с детектора 18, что позволяет восстанавливать информационный сигнал на больших скоростях обмена с допустимыми для надежного декодирования отклонениями от формы и длительности исходного цифрового сигнала.In the inventive device, the digital sequence regenerator (RCP) (Fig. 6) contains a
Преимуществом предлагаемой схемной реализации регенератора цифровой последовательности является высокая точность восстановления временных параметров исходного цифрового сигнала при наличии искажений фронтов информационных импульсов, возникающих при детектировании радиосигнала. Возможно применение такой схемы регенератора цифровой последовательности для восстановления цифрового сигнала при передаче по двухпроводным линиям информации методом цифрового кодирования.The advantage of the proposed circuit implementation of a digital sequence regenerator is the high accuracy of reconstructing the time parameters of the original digital signal in the presence of distortions of the fronts of information pulses that occur during the detection of a radio signal. It is possible to use such a digital sequence regenerator circuit to restore a digital signal when transmitting information over two-wire lines by digital coding.
Выходной сигнал регенератора инвертирован по отношению к выходному сигналу детектора приемника и позволяет непосредственно подключить к выходу регенератора информационный вход Rx контроллера при передаче информации в протоколе UART.The output signal of the regenerator is inverted with respect to the output signal of the detector of the receiver and allows you to directly connect the information input Rx of the controller to the output of the regenerator when transmitting information in the UART protocol.
Минимальный порог амплитуды входного сигнала, с которого начнется гарантированный устойчивый прием модулированной информации, определяется коэффициентом усиления входного усилителя, глубиной обратной связи, охватывающей входной усилитель и детектор, и шириной петли гистерезиса компаратора в регенераторе цифровой последовательности.The minimum threshold of the amplitude of the input signal, from which the guaranteed stable reception of modulated information begins, is determined by the gain of the input amplifier, the depth of feedback covering the input amplifier and detector, and the width of the hysteresis loop of the comparator in the digital sequence regenerator.
При распространении по линии модулированного радиосигнала на входе приемника устройства приема передачи информации возникают искажения, связанные с неполным согласованием линии и устройств, подключенных к ней, с конечной длительностью нарастания и затухания колебательных процессов в линии такой системы.When a modulated radio signal propagates along the line at the receiver input of the information transmission receiving device, distortions arise due to incomplete matching of the line and devices connected to it with a finite duration of rise and fall of oscillatory processes in the line of such a system.
Оптимальный подбор параметров заграждающего фильтра, коэффициента усиления входного усилителя приемника, глубины отрицательной обратной связи, охватывающей входной усилитель и детектор/демодулятор, параметров линии задержки и глубины положительной обратной связи в РЦП позволяет минимизировать влияние искажений при передаче и детектировании сигналов и получить высокие показатели скорости обмена между устройствами по совмещенной двухпроводной линии связи и питания. Например, при передаче по совмещенной двухпроводной линии информации длиной 650 м амплитудно-модулированных цифровых сигналов по протоколу UART на несущей частоте 385 кГц достигнута скорость обмена 57600 бит/с для 60-ти устройств приема-передачи, подключенных к линии. Для повышения скорости обмена информацией необходимо повышать значение несущей частоты и/или применять другой тип модуляции, например фазоимпульсную модуляцию.The optimal selection of the parameters of the blocking filter, the gain of the input amplifier of the receiver, the depth of the negative feedback covering the input amplifier and the detector / demodulator, the parameters of the delay line and the depth of the positive feedback in the RCs minimize the influence of distortions in the transmission and detection of signals and obtain high rates of exchange rate between devices on a combined two-wire communication line and power. For example, when transmitting information over a combined two-wire line with a length of 650 m of amplitude-modulated digital signals using the UART protocol at a carrier frequency of 385 kHz, an exchange speed of 57,600 bps was reached for 60 transmit-receive devices connected to the line. To increase the speed of information exchange, it is necessary to increase the value of the carrier frequency and / or apply another type of modulation, for example, phase-modulation.
В качестве одного из возможных вариантов обмена данными между устройствами предложен следующий протокол.The following protocol is proposed as one of the possible options for exchanging data between devices.
1. Каждое из устройств осуществляет непрерывный мониторинг занятости информационного канала.1. Each of the devices continuously monitors the occupancy of the information channel.
2. Убедившись, что канал свободен, устройство-передатчик выдает информационное сообщение (пакет), адресованное либо всем, либо конкретному устройству-приемнику сообщения. Каждый пакет обязательно содержит поля адрес приемника, адрес источника сообщения, поле команды и поле контрольной суммы. Допускается наличие широковещательных и групповых адресов.2. After making sure that the channel is free, the transmitter device issues an information message (packet), addressed either to all or to a particular message receiver device. Each packet must contain the receiver address, message source address, command field, and checksum fields. Broadcast and multicast addresses are allowed.
3. При совпадении адреса приемника сообщения с собственным, а также при совпадении рассчитанной и принятой контрольных сумм адресованное устройство выполняет действия, предписанные кодом команды. В случае необходимости выдает ответное сообщение с информацией о результате выполнения пришедшей команды.3. If the address of the message receiver coincides with its own, as well as when the calculated and received checksums match, the addressed device performs the actions prescribed by the command code. If necessary, displays a response message with information about the result of the execution of the command.
Описанный физический уровень передачи данных позволяет реализовать обмен с использованием различных канальных, сетевых, транспортных, прикладных уровней протоколов передачи информации, например протоколов LIN,TCP/IP и пр.The described physical level of data transmission allows exchange using various channel, network, transport, and application layers of information transfer protocols, for example, LIN, TCP / IP, etc.
Предложенный способ сопряжения и устройство передачи информации позволяют обеспечить двух- или многостороннюю связь между устройствами в полудуплексном режиме.The proposed method of pairing and a device for transmitting information make it possible to provide two- or multilateral communication between devices in half-duplex mode.
Преимуществами заявляемого способа и устройства для передачи информации по линии электропитания постоянного тока являются:The advantages of the proposed method and device for transmitting information on a direct current power line are:
1. Низкие затраты, простота прокладки линии и подсоединения к ней устройств. Для линии связи и питания подсоединенных устройств может быть использован любой монтажный силовой двухжильный провод с волновым сопротивлением в десятки - сотни Ом, причем допустима стыковка участков двухпроводной линии с различающимися значениями волнового сопротивления.1. Low costs, ease of laying the line and connecting devices to it. For the communication line and the power of the connected devices, any mounting power two-wire wire with a wave resistance of tens to hundreds of Ohms can be used, and docking of sections of a two-wire line with different values of wave resistance is permissible.
2. Высокая скорость многостороннего обмена между устройствами до 100000 бит/с и более на низкой частоте несущей в сотни килогерц, позволяющая вести мониторинг состояния исполнительных устройств и датчиков в режиме реального времени.2. High speed multilateral exchange between devices up to 100,000 bps or more at a low carrier frequency of hundreds of kilohertz, which allows real-time monitoring of the status of actuators and sensors.
3. Высокая помехозащищенность канала передачи информации, обеспеченная на аппаратном и программном уровне.3. High noise immunity of the information transmission channel, provided at the hardware and software level.
4. Высокая протяженность линии связи (сотни метров) за счет низкого затухания низкочастотного радиосигнала, содержащего передаваемую информацию.4. The high length of the communication line (hundreds of meters) due to the low attenuation of the low-frequency radio signal containing the transmitted information.
5. Возможность резервирования управляющих линией контроллеров или ЭВМ.5. The possibility of backup control line controllers or computers.
6. Возможность подключения к линии большого числа (свыше 100) исполнительных устройств и контроллеров линии.6. The ability to connect to the line a large number (over 100) of actuators and line controllers.
7. Возможность «горячего» подключения дополнительных устройств или источников питания к любой точке линии.7. The ability to "hot" connect additional devices or power supplies to anywhere in the line.
8. Простота доработки любого устройства питания для применения его в качестве источника питания линии. Возможность подключения нескольких отдельных источников питания к линии или в составе устройств приема-передачи для обеспечения компенсации падения напряжения питания в протяженной линии.8. The simplicity of the refinement of any power device for use as a line power source. The ability to connect several individual power sources to the line or as part of the transmit-receive devices to provide compensation for the voltage drop in the long line.
9. Отсутствие ограничений на применяемую топологию линии.9. No restrictions on the applicable line topology.
10. Низкие затраты на производство устройства, высокая повторяемость его параметров.10. Low production costs of the device, high repeatability of its parameters.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131151/07A RU2474958C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011131151/07A RU2474958C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2474958C1 true RU2474958C1 (en) | 2013-02-10 |
Family
ID=49120606
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011131151/07A RU2474958C1 (en) | 2011-07-26 | 2011-07-26 | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2474958C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534026C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-11-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Data transmission, data receipt and pulse current supply interfacing method in two-wire circuit |
RU2561454C1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-08-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Method of devices interfacing of distributed control via combined two-wire communication and power line |
RU2634498C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-10-31 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Onboard control system of spacecraft |
RU2714224C1 (en) * | 2019-09-10 | 2020-02-13 | Акционерное общество "ПКК МИЛАНДР" | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer |
WO2020061077A1 (en) * | 2018-09-17 | 2020-03-26 | Texas Instruments Incorporated | Ethernet line drive |
WO2022231473A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Денис Александрович ДАВЫДОВ | Method for transmitting signals between a master device and slave devices |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4638299A (en) * | 1982-04-06 | 1987-01-20 | Pico Electronics Limited | Electrical appliance control |
EP1938467A1 (en) * | 2005-10-17 | 2008-07-02 | Indesit Company S.p.A. | Method, devices and system for transmitting information on power supply electric line |
RU87281U1 (en) * | 2009-06-16 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское Бюро Пожарной Автоматики" | ADDRESSING FIRE ALARM SYSTEM |
RU2390933C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Электронные информационные системы" | Method of address transmission of information via ac power lines |
RU2399577C1 (en) * | 2009-07-15 | 2010-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" | Cable combined line of communication between hoisting crane modules of control and safety |
-
2011
- 2011-07-26 RU RU2011131151/07A patent/RU2474958C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4638299A (en) * | 1982-04-06 | 1987-01-20 | Pico Electronics Limited | Electrical appliance control |
EP1938467A1 (en) * | 2005-10-17 | 2008-07-02 | Indesit Company S.p.A. | Method, devices and system for transmitting information on power supply electric line |
RU2390933C1 (en) * | 2008-09-29 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Электронные информационные системы" | Method of address transmission of information via ac power lines |
RU87281U1 (en) * | 2009-06-16 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское Бюро Пожарной Автоматики" | ADDRESSING FIRE ALARM SYSTEM |
RU2399577C1 (en) * | 2009-07-15 | 2010-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ЭГО" | Cable combined line of communication between hoisting crane modules of control and safety |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534026C1 (en) * | 2013-06-25 | 2014-11-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Data transmission, data receipt and pulse current supply interfacing method in two-wire circuit |
RU2561454C1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-08-27 | Государственное казенное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) | Method of devices interfacing of distributed control via combined two-wire communication and power line |
RU2634498C2 (en) * | 2015-06-17 | 2017-10-31 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Onboard control system of spacecraft |
WO2020061077A1 (en) * | 2018-09-17 | 2020-03-26 | Texas Instruments Incorporated | Ethernet line drive |
US10700652B2 (en) | 2018-09-17 | 2020-06-30 | Texas Instruments Incorporated | Ethernet line driver |
RU2714224C1 (en) * | 2019-09-10 | 2020-02-13 | Акционерное общество "ПКК МИЛАНДР" | Data transmission device with galvanic isolation by means of pulse transformer |
WO2022231473A1 (en) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Денис Александрович ДАВЫДОВ | Method for transmitting signals between a master device and slave devices |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2474958C1 (en) | Method to couple devices of information transceiving along combined double-wire communication line and dc supply and device for its realisation | |
US9099886B2 (en) | Apparatus for power wireless transfer between two devices and simultaneous data transfer | |
EP2471190B1 (en) | Power line communications apparatus | |
US20070010295A1 (en) | Power transmission system, apparatus and method with communication | |
US9615169B2 (en) | Digital communication system for loudspeakers | |
US20170324283A1 (en) | Ipt communication system for dynamic pairing | |
US8897342B2 (en) | Distributed modem architectures for power line communication systems and other wired communication systems | |
JPH01500867A (en) | power line communication equipment | |
JP2012254003A (en) | Wireless power data transmission system, power transmission apparatus, and power reception apparatus | |
CN109995392B (en) | Magnetic coupling communication transceiver, magnetic coupling communication main chip and magnetic coupling communication system | |
US20120230387A1 (en) | Carrier current communication system with infrared receiver | |
CN102177660A (en) | Avionic system comprising a controller and at least one peripheral that are linked by a line mutualized for power and data | |
CN103023533B (en) | Communication method and communication device for dual-frequency power line carrier | |
WO2011072144A1 (en) | Pulse harmonic modulation systems and methods | |
JP2012253746A (en) | Wireless power data transmission system, power transmission apparatus, and power reception apparatus | |
Zheng et al. | Data transmission through energy coil of wireless power transfer system | |
Kiani et al. | Pulse delay modulation (PDM) a new wideband data transmission method to implantable medical devices in presence of a power link | |
US7239713B2 (en) | Wireless transmission system for hearing devices | |
CN102752027A (en) | Pure flooding adaptive low-voltage power line carrier communication unit | |
WO2004090918A1 (en) | Communications for inductive power systems | |
CN104956601A (en) | A transceiver for a hearing aid and a method for operating such as transceiver | |
US9094233B2 (en) | Communication system | |
CN112994753A (en) | Communication system in wireless power transfer | |
CN202998093U (en) | Bifrequency power line carrier communication apparatus | |
CN104168042A (en) | Human body implantable communication method and system based on inductance coupling |