TWI532332B - 基於電力線的資料傳輸系統 - Google Patents

Description

基於電力線的資料傳輸系統

本發明涉及一種資料傳輸系統，特別涉及一種通過電力線進行資料傳輸的資料傳輸系統。

目前，遠端資料傳輸或遠端控制大都通過兩種方式進行，一種方式為通過GPRS、GSM等無線通信網路進行資料傳輸，另一種方式為通過電腦互聯網路進行資料傳輸。然而，通過該第一種方式，必然需要向運營商繳納一定費用，通過第二種方式，也需要繳納互聯網接入費用，同時，通信的雙方都必須安裝網線，且與互聯網路連接才能進行資料的傳輸，如果其中一方未與互聯網連接，則無法進行資料傳輸。

有鑒於此，提供一種基於電力線的資料傳輸系統，通過現有的家家戶戶均有的電源電力線進行資料的傳輸，以解決現有技術中的問題。

一種基於電力線傳輸資料的系統，包括一作為發送方的電子裝置、至少一作為接收方的電子裝置，一發送控制器以及一接收控制器。該發送控制器包括一第一交流輸入端、一第一資料介面以及一第一交流輸出端；該發送控制器通過該第一交流輸入端接收一交流電源的交流電信號，通過該第一資料介面與發送方連接，從發送方接收待發送的資料，並根據該待發送的資料控制該第一交流輸出端輸出一反映該所發送資料的交流電信號。該接 收控制器包括一第二交流輸入端、一第二交流輸出端以及一第二資料介面。該接收控制器通過該第二交流輸入端接收該發送控制器的第一交流輸出端所輸出的交流電信號，並通過該第二交流輸出端輸出至接收方為接收方供電，同時，該接收控制器還將該交流電信號轉換成相應的資料後，通過資料介面將該資料傳送至接收方或控制該接收方執行相應的操作。

本發明的基於電力線的資料傳輸系統，利用現有的電力線進行資料的傳輸或遠端控制，無需用戶接入電腦互聯網或通過無線通信網路進行資料的傳輸，方便進行資料的傳輸，且節約了成本。

請參閱圖1，為本發明第一實施方式中基於電力線傳輸資料的系統1的框圖。該基於電力線傳輸資料的系統1包括一發送方10、一發送控制器20、至少一接收控制器30以及至少一接收方40。該發送方10為一電腦、手機、電子相框等電子裝置。該發送控制器20包括一交流輸入端201、一交流輸出端202以及一資料介面203。該發送控制器20通過該交流輸入端201接收一交流電源50的交流電信號，通過該資料介面203與發送方10連接，從發送方10接收待發送的資料，並根據該待發送的資料控制該交流輸出端202輸出一反映該所發送資料的交流電信號。該若干接收控制器30與該若干接收方40分別對應，每一接收控制器30包括一交流輸入端301、交流輸出端302以及資料介面303。該接收控制器30通過該交流輸入端301接收該發 送控制器20輸出的交流電信號，並通過該交流輸出端302輸出至接收方40為接收方40供電，同時還將該交流電信號轉換成相應的資料後，通過資料介面303傳送至相應的接收方40。其中，該資料可為圖片、文檔等資料，也可為控制信號，該資料介面203、303可為USB介面、串口等資料介面。在本實施方式中，該發送方10發送的資料中包括該接收方40的位址，該發送控制器20將該資料以漫發送的形式發送給該至少一個的接收控制器30，只有當該接收控制器30判斷對應的接收方40的位址與該資料中的位址一致時才進行接收。

請參閱圖2，為本發明第一實施方式中基於電力線傳輸資料的系統1的具體電路圖。該發送控制器20還包括一零點檢測電路210、一處理單元220以及一開關電路230。該零點檢測電路210用於檢測交流輸入端201所接收的正弦形式的交流信號的零點，並在檢測到該交流信號的零點時產生一中斷信號。該開關電路230位於該交流輸入端201以及交流輸出端202之間的交流線中。該處理單元220包括一中斷引腳T、一資料引腳D以及一控制引腳C，該中斷引腳T與該零點檢測電路210連接，該資料引腳D與資料介面203連接，用於接收與該資料介面203連接的發送方10的資料。該控制引腳C與開關電路230的輸入端in1相連。該處理單元220在該中斷引腳T每接收到兩個中斷信號時，即每兩個中斷信號依次獲取一位元數位，並根據該數位的值控制該控制引腳C輸出一相應的控制信號控制該開關電路230導通或截止，使得該交流輸出端202 有交流信號輸出或無交流信號輸出，從而產生一反映該資料的交流信號。

顯然，如果交流輸出端202沒有交流信號輸出的時間過大，必然影響交流電的供應。在本實施方式中，為了不影響對接收方40的供電，該處理單元220“根據該數位的值控制該控制引腳C輸出一相應的控制信號控制該開關電路230導通或截止”是為：該處理單元220接收到一中斷信號時，判斷是否接收到資料，如果接收到資料，則以當前接收的中斷信號起所接收的預定個數中斷信號(例如，100個)的時間內，獲取一個位元組的資料。其中，該處理單元220在接收該100個中斷信號的其中16個連續的中斷信號時，每接收兩個中斷信號，則依次讀取該位元組中相應的一位元數位，若該位元為“1”，則處理單元220的控制引腳C產生一高電平信號至開關電路230的輸入端in1，使得該開關電路230導通，若該位為“0”，則處理單元220的控制引腳C產生一低電平信號至開關電路230的輸入端in1，使得該開關電路230截止。該處理單元220在接收到該預定個數中斷信號中其他的中斷信號時，控制該開關電路230一直導通，從而使得該交流輸出端202一直有交流輸出。其中，該16個連續的中斷信號可為該100個中斷信號中任意的16個連續的中斷信號，該預定個數中斷信號可為任意遠大於16的個數，例如150、200等。

請一併參閱圖3a-3c。在本實施方式中，該零點檢測電路210包括整流電路2101、一穩壓電路2102以及一比較電 路2103。該整流電路2101用於接收該交流輸入端201從交流電源50接入的如圖3所示的正弦形式的交流電信號並進行整流，從而將圖3a所示的正弦形式的交流電信號Ua轉換成圖3b所示的僅具有正半週期的交流電信號Ub。該穩壓電路2102與該整流電路2101的輸出端(圖中未示)連接。該穩壓電路2102用於將該整流電路2101輸出的正半週期的交流電信號穩壓成一直流電壓並為該比較電路2103提供一參考電壓。該比較電路2103將該參考電壓與該整流電路2101轉換輸出的交流電信號的電壓值進行比較，並在該參考電壓大於該交流電信號的電壓值時，產生該中斷信號，從而該比較電路2103輸出如圖3c所示的週期性的中斷信號Uc。

具體的，該比較電路2103包括一比較器A1、一電壓端Vcc以及串聯於電壓端Vcc以及接地點之間的電阻R1、R2。該比較器A1的正相輸入端(圖中未標示)與該電阻R1、R2的連接節點相連接，反相輸入端(圖中未標示)與該整流電路2101的輸出端(圖中未示)連接，輸出端(圖中未標示)與處理單元的中斷引腳T連接。該比較器A1的反相輸入端還通過電阻R3接地。

該電壓端Vcc與穩壓電路2102的輸出端連接，用於接收該穩壓電路2102產生的直流電壓，該電壓端Vcc以及該電阻R1、R2構成一參考電壓生成電路，該穩壓電路2102產生的直流電壓經過該電阻R1、R2分壓後得到該參考電壓。該比較器A1的正相輸入端與該電阻R1、R2的連接節點連接而構成一參考電壓端而獲得該參考電壓，該電阻R2的 電壓即為該比較器A1的參考電壓，由該電阻R1、R2的分壓作用，可知該參考電壓等於Vcc*R2/(R1+R2)，在本實施方式中，該電阻R2為一可調電阻，可通過調節該電阻R2的阻值從而獲得一不同的參考電壓。在本實施方式中，該參考電壓為一較小的電壓值，例如1V。該比較器A1將該正相輸入端接入的參考電壓與該反相輸入端接收的整流電路2101輸出的正半周的週期信號，當該整流電路2101輸出的週期信號小於該參考電壓時，該比較器A1輸出一高電平的中斷信號，從而，該比較器A1輸出該如圖3c所示的週期性的中斷信號Uc至處理單元220的中斷引腳T。

該處理單元220接收該比較器A1輸出的中斷信號後，判斷該資料引腳D是否接收資料，如果接收了資料，則每兩個中斷信號，即每間隔一個中斷信號依次讀取一個位元組中的一位元數位，並根據該位元數位的值控制該控制引腳C輸出高電平或低電平，從而相應的導通該開關電路230或截止該開關電路230。其中，該處理單元220維持該開關電路230的導通或截止，直到兩個中斷信號後重新根據下一位元數位的值來控制該開關電路230的狀態。該處理單元220還在未讀取資料或資料讀取完成後，持續控制開關電路230的導通，從而不影響對接收方40的供電。在本實施方式中，該處理單元220接收的資料的前兩個位元組的資料為接收方40的位址。

請一併參閱圖4，為發送控制器20的交流輸出端202輸出波形的示意圖。設處理單元220當前發送的位元組的前四 位元為“1001”，則在第一個交流信號週期內，該開關電路230導通，則該交流信號完整的通過該交流輸出端202輸出，而在第二、第三個交流信號週期內，由於該開關電路230截止，則交流輸出端202輸出的交流信號為零，在第四個交流信號週期內，由於該開關電路230導通，則交流信號同樣完整通過該交流輸出端202輸出，從而該發送控制器20根據該位元組的前四位元控制該交流輸出端202輸出的交流信號波形為如圖4所示的波形。

在本實施方式中，該零點檢測電路210還包括一二極體D1以及一電容C1，該二極體D1與該電容C1串聯於整流電路2101的輸出端(圖中未示)與接地點之間，該二極體D1與該電容C1的連接節點與該穩壓電路2102的輸入端(圖中未示)連接。該電容C1在交流輸入不為零時處於充電狀態，在交流輸入為零時處於放電，從而該穩壓電路2102的輸入端恒定有電壓輸入，該穩壓電路2102將該電壓輸入進行穩壓，從而輸出一恒定電壓而使得該電壓端Vcc處於一恒定的電壓值，例如5V。

在本實施方式中，該開關電路230為一光耦合開關，還包括另一輸入端in2，該輸入端in2通過一電阻R3接地，當輸入端in1處於高電平時，輸入端in1以及輸入端in2之間的電壓差為正，該開關電路230導通，當輸入端in1處於低電平時，輸入端in1以及in2之間的電壓差為零，該開關電路230截止。在其他實施方式中，該開關電路230可為一NPN三極管或一NMOS管等，該開關電路230的輸入端in1相應地對應為該NMOS管的柵極或該NPN三極管的基 極。

請一併參閱圖5，為本發明第一實施方式中接收控制器30的具體電路圖。該接收控制器30包括該交流輸入端301、交流輸出端302、資料介面303、一峰值檢測電路310以及一處理單元320。該接收控制器30的峰值檢測電路310與該發送控制器20的零件檢測電路210的結構完全一樣，包括整流電路3101、穩壓電路3102以及比較電路3103。不同的是，該峰值檢測電路310用於檢測交流輸入端301輸入的交流信號的峰值。

請一併參閱圖6，同樣的，該整流電路3101將交流輸入端301輸入的交流信號整流成正半周的交流信號，如前所述，設該發送控制器發送的位元組的前四位元為“1001”，則該整流電路3101將發送控制器20發送的如圖4所示的交流信號的波形轉換成如圖6所示的波形。

該穩壓電路3102連接於整流電路3101以及比較電路3103之間，用於接收該整流電路3101的交流信號並輸出一恒定電壓，為該比較電路3103提供一參考電壓。該比較電路3103還與該處理單元320連接，該比較電路3103將該整流電路3101輸出的交流信號與該參考電壓進行比較，當參考電壓大於交流信號電壓值時，比較電路3103輸出一高電平信號至處理單元320，否則輸出一低電平信號至處理單元320。

由圖6可知，當發送控制器20發送的位為“1”時，該接收控制器30的交流輸入端301接收的交流信號經過該整流 電路3101轉換後，在一個交流信號週期內至少有一個波峰，從而在一個交流信號週期內，至少有一交流信號電壓值大於該參考電壓，從而，該比較電路3103在一個交流信號週期內至少發送一個低電平信號至處理單元320。而當發送控制器20發送的位為“0”時，由於此時交流輸入端301在一個交流週期內接收到的交流信號為零，經過該整流電路3101轉換後，在一個交流信號週期內的交流信號一直為零，從而比較電路3103在一個交流信號內將一直輸出高電平至該處理單元320。

該處理單元320在一個交流信號週期內(例如中國大陸的交流信號週期0.02秒)至少接收到一低電平信號時，判斷接收的數位的位元為“1”，否則，判斷接收的數位的位元為“0”，從而，完成資料的接收。如前所述，該處理單元320根據最先接收到的兩個位元組的資料判斷是否與對應的接收方40的位址相一致，如果一致則進行後續處理，如果不一致，則不進行處理。

其中，該處理單元320接收的資料可為發送方10發送的控制信號，從而該處理單元320根據該控制信號控制接收方40進行相應的操作，實現遠端控制。該處理單元320接收的資料也可為發送方10發送的圖片、文字文檔等檔，該處理單元320接收該檔後，將其存儲在接收方40中。

本發明通過交流線即可將資料傳送給其他電子裝置，無需通過電腦網路或無線通信網路。

1‧‧‧基於電力線傳輸資料的系統

10‧‧‧發送方

20‧‧‧發送控制器

30‧‧‧接收控制器

40‧‧‧接收方

201、301‧‧‧交流輸入端

202、302‧‧‧交流輸出端

203、303‧‧‧資料介面

210‧‧‧零點檢測電路

220、320‧‧‧處理單元

230‧‧‧開關電路

310‧‧‧峰值檢測電路

2101、3101‧‧‧整流電路

2102、3102‧‧‧穩壓電路

2103、3103‧‧‧比較電路

in1、in2‧‧‧輸入端

T‧‧‧中斷引腳

D‧‧‧數據引腳

C‧‧‧控制引脚

A1‧‧‧比较器

Vcc‧‧‧电压端

R1、R2、R3‧‧‧电阻

D1‧‧‧二极管

C1‧‧‧电容

Ua、Ub‧‧‧交流电信号

Uc‧‧‧中断信号

50‧‧‧交流電源

圖1為本發明第一實施方式中基於電力線傳輸資料的系統 的框圖。

圖2為本發明第一實施方式中基於電力線傳輸資料的系統中的發送控制器的具體電路圖。

圖3a-3c為本發明第一實施方式中交流電信號經過圖2中的發送控制器處理的變化示意圖。

圖4為本發明第一實施方式中舉例說明中發送控制器所輸出的交流電信號的示意圖。

圖5為本發明第一實施方式中基於電力線傳輸資料的系統的接收控制器的具體電路圖。

圖6為本發明第一實施方式中舉例說明中接收控制器所轉換的交流電信號的示意圖。

1‧‧‧基於電力線傳輸資料的系統

10‧‧‧發送方

20‧‧‧發送控制器

30‧‧‧接收控制器

40‧‧‧接收方

50‧‧‧交流電源

201、301‧‧‧交流輸入端

202、302‧‧‧交流輸出端

203、303‧‧‧資料介面

Claims (10)

1. 一種基於電力線傳輸資料的系統，包括一作為發送方的電子裝置以及至少一作為接收方的電子裝置，包括一類比信號輸入端，該類比/數位轉換電路通過該類比信號輸入端接收類比信號並將其轉換為數位值，其改良在於，該基於電力線傳輸資料的系統還包括：一發送控制器，包括一第一交流輸入端、一第一資料介面以及一第一交流輸出端；該發送控制器通過該第一交流輸入端接收一交流電源的交流電信號，通過該第一資料介面與發送方連接，從發送方接收待發送的資料，並根據該待發送的資料控制該第一交流輸出端輸出一反映該所發送資料的交流電信號；一接收控制器，包括一第二交流輸入端、一第二交流輸出端以及一第二資料介面；該接收控制器通過該第二交流輸入端接收該發送控制器的第一交流輸出端所輸出的交流電信號，並通過該第二交流輸出端輸出至接收方為接收方供電，同時，該接收控制器還將該交流電信號轉換成相應的資料後，通過資料介面將該資料傳送至接收方或控制該接收方執行相應的操作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該發送控制器包括：一開關電路，位於該第一交流輸入端以及交流輸出端之間的交流線中；一零點檢測電路，用於檢測第一交流輸入端所接收的正弦形式的交流信號的零點，並在檢測到該交流信號的零點時 產生一中斷信號；以及一處理單元，包括一中斷引腳、一資料引腳以及一控制引腳，該中斷引腳與該零點檢測電路連接，該資料引腳與第一資料介面連接，用於接收與該資料介面連接的發送方的資料，該控制引腳與開關電路的一輸入端相連；該處理單元在該中斷引腳每接收到兩個中斷信號時，即每兩個中斷信號依次獲取一位元數位，並根據該數位的值控制該控制引腳輸出一相應的控制信號控制該開關電路導通或截止，使得該交流輸出端有交流信號輸出或無交流信號輸出，從而產生一反映該資料的交流信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該處理單元接收到一中斷信號時，判斷資料引腳是否接收到資料，如果資料引腳接收到資料，則以當前接收的中斷信號起所接收的大於16個的預定個中斷信號的時間內，獲取一個位元組的資料；該處理單元在接收該預定個中斷信號的其中16個連續的中斷信號時，每接收兩個中斷信號，則依次讀取該位元組中相應的一位元數位，若該位元為“1”，則處理單元的控制引腳產生一高電平信號至開關電路的輸入端，使得該開關電路導通，若該位為“0”，則處理單元的控制引腳產生一低電平信號至開關電路的輸入端，使得該開關電路截止。
4. 如申請專利範圍第2項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該零點檢測電路包括：一整流電路，用於接收該第一交流輸入端的正弦形式的交流電信號並將該交流電信號轉換成僅具有正半週期的交流電信號； 一穩壓電路，與該整流電路連接，用於將該整流電路輸出的正半週期的交流電信號穩壓成一直流電壓並為一比較電路提供一參考電壓；以及該比較電路，用於將該參考電壓與該整流電路轉換輸出的交流電信號的電壓值進行比較，並在該參考電壓大於該交流電信號的電壓值時，產生該中斷信號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該比較電路包括一比較器、一電壓端以及串聯於電壓端以及接地點之間的第一、第二電阻；該比較器的正相輸入端與該第一、第二電阻的連接節點相連接，反相輸入端與該整流電路的輸出端連接，輸出端與處理單元的中斷引腳連接；其中該電壓端與該穩壓電路的輸出端連接，該穩壓電路輸出的直流電壓通過第一、第二電阻的分壓作用而產生一參考電壓至該比較器的正相輸入端，當該參考電壓大於該整流電路輸出的交流電信號時，該比較器輸出一高電平的中斷信號至處理單元的中斷引腳。
6. 如申請專利範圍第4項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該開關電路為一光耦合開關，還包括另一輸入端，該另一輸入端通過一電阻接地，當該輸入端處於高電平時，該輸入端以及另一輸入端之間的電壓差為正，該開關電路導通，當輸入端處於低電平時，該輸入端以及另一輸入端之間的電壓差為零，該開關電路截止。
7. 如申請專利範圍第4項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該開關電路為一NMOS管或一NPN三極管，該開關電路的輸入端相應地對應為該NMOS管的柵極或該NPN三極管的基極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該接收控制器還包括：一峰值檢測電路，包括：一整流電路，用於將第二交流輸入端輸入的交流信號整流成正半周的交流信號；一穩壓電路，連接於該整流電路以及一比較電路之間，用於接收該整流電路的交流信號並輸出一恒定電壓，為該比較電路提供一參考電壓；以及該比較電路，將該整流電路輸出的交流信號與該參考電壓進行比較，當參考電壓大於交流信號電壓值時，輸出一高電平信號，當參考電壓小於交流信號電壓值時，輸出一低電平信號；以及一處理單元，在一個交流信號週期內至少接收到一低電平信號時，判斷接收的數位的位元為“1”，在一個交流信號週期內未接收到低電平信號時，判斷接收的數位的位元為“0”。
9. 如申請專利範圍第8項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該處理單元接收的資料為發送方發送的控制信號，該處理單元根據該控制信號控制接收方進行相應的操作，實現遠端控制。
10. 如申請專利範圍第8項所述之基於電力線傳輸資料的系統，其中該處理單元接收的資料為發送方發送的電子文檔，該處理單元接收該電子文檔後，將其存儲在接收方中。