TWI661688B - 架構於電源線之通訊方法及其裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係利用交流電源之電源線進行基頻訊號之傳輸通訊，利用電力線與一訊號線進行資料傳輸通訊，而非直接將訊號加載於電力線上；其中，並提供一門檻電壓值作為一交流輸入電壓之比對基準，以決定是否允許通訊，若該交流輸入電壓大於該門檻電壓值，則允許通訊；反之，若該交流輸入電壓小於該門檻電壓值，則不允許通訊，讓所連接之各負載間其基頻訊號之起始通訊及終止通訊的時間趨於相同，提升可靠度，也不會發生雜訊干擾的問題。

Description

架構於電源線之通訊方法及其裝置

本發明係有關一種利用交流電源之電源線進行基頻訊號之傳輸通訊的通訊方法其裝置。

現有的家庭控制系統係由使用者操作智慧型手機或平板等行動裝置，透過網路與一控制裝置連線後，使用者藉由操作行動裝置產生控制訊號，並透過該控制裝置進而控制家中的各個周邊裝置。該周邊裝置可能為家中的各種電器裝置，如電視、燈具、電風扇、冷氣等。而使用者可直接透過操作該行動裝置來控制各個周邊裝置，無須分別使用各周邊裝置的遙控器來分別對各周邊裝置進行遙控，能讓使用者更方便的使用家中的各個周邊裝置。

但上述的家庭控制系統需透過網路來與行動裝置連線，因此，現有的家庭控制系統中具有一能連線至網路的網路裝置，才可讓使用者直接操作行動裝置透過網路來連線至該網路裝置，再進一步地透過網路裝置連接至控制裝置，進而讓使用者可透過行動裝置控制家中的各個周邊裝置。另外，控制裝置與電器裝置或周邊裝置間之控制訊號傳輸，以目前業界最先進之習知作法，係將電器裝置或周邊裝置間內嵌或裝設管理機構或裝置，透過無線傳輸技術(Wi-Fi或Zigbee)，以控制裝置將控制訊號以無線網路或網際網路方式傳輸訊號至閘道器(Gateway)、或基地台，再以無線傳輸技術傳送各該電器裝置或周邊裝置之管理控制訊號指令。

然上述透過無線傳輸技術傳遞控制訊號，其 Wi-Fi具有高速傳輸資料的優點，然而，應用於電器裝置或周邊裝置(例如無線照明系統中的燈具控制)時，由於控制裝置與燈具間所傳送的控制訊號的資料流量很低，使用高傳輸速率的Wi-Fi訊號來傳輸低資料流量的控制訊號不免造成資源的浪費。而且Wi-Fi轉換模組與一般的低傳輸速率的無線通訊模組相比，其製作成本較高、通訊協定複雜、耗能也較高，且電器裝置或周邊裝置需另外增設無線傳輸模組；如此，將造成無線傳輸控制系統的建置成本增加。

故市面上出現了一種電力線通訊(Powerline Communication；PLC)技術，係一種運用電力線(電源線)達到上網需求的技術，而電源線為現存家中各廳房最普遍存在的線路，大部分產品皆須透過電源線供電；該種電力線通訊技術是將資料轉換成串列的方式與高頻訊號合成載波訊號，再將載波訊號耦合於電力線上，利用電力線進行資料傳輸，通過專用的電力線調變/解調變(Modem)將高頻信號從電力線上分離出來，再傳送到終端設備電力線調變/解調變，將訊號從電力線上取得下來。

雖然運用電源線做為家庭(區域)網路的骨幹傳輸介質，不需重新佈線，能夠節省施工成本、時間。然，若是同時傳輸市電及電力線通訊載波，電力線通訊載波容易受到其他電器設備產生的雜訊干擾，容易導致某部份的資料封包傳送失敗，並切造成傳輸速率下降，嚴重時也可能導致PLC網路癱瘓等狀況。

有鑑於此，本發明提供一種利用交流電源之電源線進行基頻訊號之傳輸通訊的通訊方法其裝置，為其主要目的者。

本發明主要係利用交流電源之電源線與一訊號線進行基頻訊號之傳輸通訊；其中，提供一門檻電壓值作為一交流輸入電壓之比對基準，以決定是否允許通訊，若該交流輸入電壓大於該門檻電壓值，則允許通訊；反之，若該交流輸入電壓小於該門檻電壓值，則不允許通訊，讓所連接之各負載間其基頻訊號之起始通訊及終止通訊的時間趨於相同，提升可靠度，也不會發生雜訊干擾的問題。

本發明另提供一種架構於電源線之通訊裝置，至少包含：一交流電源輸入端，其具有第一、第二電源線以及一訊號線；一整流單元，係與該交流電源輸入端連接；一電壓比較模組，係透過該整流單元可接收該交流電源輸入端之交流輸入電壓，且該電壓比較模組中設有一門檻電壓值，可供比對該交流輸入電壓；以及一訊號傳輸介面，係分別與該電壓比較模組以及該訊號線連接。

本發明利用電壓比較模組所設定之門檻電壓值，與輸入的交流輸入電壓進行比對，若該交流輸入電壓大於該門檻電壓值，則允許該訊號傳輸介面發出基頻訊號至該訊號線進行通訊；反之，若該交流輸入電壓小於該門檻電壓值，則不允許通訊。本發明中通訊裝置所連接之負載可以為光源(例如發光二極體之燈具)、感應器或顯示器等，於傳輸電力的同時可進行基頻訊號之通訊，使用者僅需要將負載插上一般三線式連接器，就可直接達到智能遠端控制，可藉由電源線即可控制光源之開啟、關閉甚至調光，可使用現有線材、覆蓋範圍廣、連接方便與傳輸速率高等特色。

相較於習有電力線通訊(Powerline Communication；PLC)技術，本發明利用電力線中之訊號線進行資料傳輸，而非直接將訊號加載於電力線上，不僅可改良電力線通訊雜訊干擾的問題，且不需要使用隔離系統以及調變/解調變系統。

依據上述技術特徵，所述整流單元係為一半波整流器，該半波整流器係與該第一電源線連接，而該電壓比較模組之一端與該半波整流器連接，另端係與該第二電源線連接。

依據上述技術特徵，所述整流單元係為一全波整流器，該全波整流器分別與該第一、第二電源線連接，而該電壓比較模組則與該全波整流器連接。

依據上述技術特徵，所述電壓比較模組至少包含有：一設定單元，可供設定該門檻電壓值；以及一比對單元，係與該設定單元連接，用以將該門檻電壓值與該交流輸入電壓進行比對。

依據上述技術特徵，進一步設有一微處理單元，該微處理單元可供連接一負載。

依據上述技術特徵，所述微處理單元係與該訊號傳輸介面連接。

依據上述技術特徵，進一步設有一非隔離式電源轉換單元，該非隔離式電源轉換單元分別與該整流單元以及電壓比較模組連接。

依據上述技術特徵，進一步設有至少一隔離單元，該隔離單元係與該訊號傳輸介面連接。

依據上述技術特徵，所述電壓比較模組設有一分壓單元，其係透過該整流單元接收該交流電源輸入端之交流輸入電壓並予以分壓，以產生一分壓訊號；另外進一步設有一微處理單元，該微處理單元分別與該電壓比較模組以及訊號傳輸介面連接，該微處理單元並可供連接一負載。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

本發明之通訊方法主要利用交流電源之電源線進行基頻訊號之傳輸通訊；其中，提供一門檻電壓值作為一交流輸入電壓之比對基準，以決定是否允許通訊。請參閱第1圖所示係為本發明中通訊裝置之第一實施例結構示意圖所示，本發明架構於電源線之通訊裝置100至少包含：一交流電源輸入端1、一整流單元2、一電壓比較模組3以及一訊號傳輸介面4；其中：

該交流電源輸入端1其具有第一、第二電源線11、12以及一訊號線13。整流單元2係與該交流電源輸入端連接，請同時參閱第2圖所示之第二實施例中，該整流單元係為一半波整流器21，該半波整流器21係與該第一電源線11連接。

電壓比較模組3則至少包含有：一分壓單元31、一設定單元32以及一比對單元33，該比對單元33係分別與該分壓單元31以及設定單元32連接，電壓比較模組3係透過該整流單元2接收該交流電源輸入端之交流輸入電壓並予以分壓，以產生一分壓訊號，如圖所示之第二實施例中，該電壓比較模組3之一端與該半波整流器21連接，另端係與該第二電源線12連接，且該電壓比較模組之設定單元32可供設有一門檻電壓值Vth(Threshold Voltage)，可供比對該交流輸入電壓。

如第2圖所示之實施例中，整流單元係為一半波整流器21時，訊號位準參考地則固定連接於該第二電源線12；請同時參閱第3圖所示之訊號波形圖，交流電源經由交流電源輸入端1輸入後，由該半波整流器21進行整流，並將整流後之電源傳送至該電壓比較模組3進行比對後，得到一作動期(duty time)t1以及一禁制期(forbidden time) t2所構成之通訊週期(cycle time)，其通訊週期為交流週期，通訊頻率為交流頻率之倍數；其中，作動期t1係為交流輸入電壓大於該門檻電壓值，其電壓準位明確，允許訊號傳輸介面4進行通訊，訊號傳輸介面4則可透過訊號線13進行基頻訊號之傳輸通訊；而禁制期t2係為交流輸入電壓低於該門檻電壓值，其電壓準位不明，禁止訊號傳輸介面4進行通訊。

如第4圖之第三實施例所示，該整流單元係為一全波整流器22，該全波整流器22分別與該第一、第二電源線11、12連接，而該電壓比較模組3則與該全波整流器22連接，其訊號位準參考地透過全波整流器22隨交流電源對應於輸入源的第一、第二電源線11、12上，當輸入交流位於正半波，訊號位準參考地位於第二電源線12，當輸入交流位於負半波，訊號位準參考地則位於第一電源線11；請同時參閱第5圖所示之訊號波形圖，交流電源經由交流電源輸入端1輸入後，由該全波整流器22進行整流，並將整流後之電源傳送至該電壓比較模組3進行比對後，得到一作動期t1以及一禁制期t2所構成之通訊週期，其通訊週期為1/2交流週期，通訊頻率為交流頻率之倍數；其中，作動期t1係為交流輸入電壓大於該門檻電壓值，其電壓準位明確，允許訊號傳輸介面4進行通訊，訊號傳輸介面4則可透過訊號線13進行基頻訊號之傳輸通訊；而禁制期t2係為交流輸入電壓低於該門檻電壓值，其電壓準位不明，禁止訊號傳輸介面4進行通訊。

請參閱第6圖所示係為本發明中通訊裝置之第四實施例結構示意圖，該電壓比較模組3之分壓單元可以為串聯連接的二電阻311，由二電阻311連接於全波整流器22之後，達到分壓作用；而利用場效電晶體(MOSFET)312配合齊納二極體313則構成比對單元，可將交流輸入電壓與門檻電壓值進行比對並判斷允許通訊的期間，此實施例可使用較高的電壓訊號進行通訊，以利訊號位準判斷。

請參閱第7圖所示係為本發明中通訊裝置之第五實施例結構示意圖，本發明可進一步設有一微處理單元5，該微處理單元5可供連接一負載8，該微處理單元5係與該訊號傳輸介面4連接，基頻訊號之通訊傳輸則直接使用微處理單元5具TTL之I/O腳位進行傳送與接收。如圖所示之實施例中，亦可進一步設有一非隔離式電源轉換單元6，該非隔離式電源轉換單元6分別與該整流單元以及電壓比較模組3連接，可將整流後之交流電源轉換為直流電源；如圖所示之實施例中，全波整流器22後連接一整流二極體61串聯一電阻62降壓，後端再連接一齊納二極體63並聯一電容64，則構成一非隔離式電源轉換單元6，藉以提供一簡易的直流電源。當然，上述實施例中所述之非隔離式電源轉換單元僅為本發明實施例之一，亦可利用其他業界所知之非隔離式電源轉換的架構。

請參閱第8圖所示係為本發明中通訊裝置之第六實施例結構示意圖，其結構大致與第五實施例相同，差別僅在於第六實施例中，電壓比對功能為改採運算放大器(Operational Amplifier)314配合齊納二極體313給予參考電壓，構成一電壓判斷迴路。

請參閱第9圖所示係為本發明中通訊裝置之第七實施例結構示意圖，其結構大致與第六實施例相同，差別僅在於第七實施例中，並無設置為處理單元，其係設有至少一隔離單元7(可以為光耦合器或訊號耦合器)，該隔離單元7係與該訊號傳輸介面4連接，訊號傳輸介面4之TX/RX/INT分別連接一隔離單元7用於與後方控制系統隔離。

上述實施例中，該電壓比較模組之部分功能(控制通訊週期等功能)係由一微處理單元來執行，請參閱第10圖所示係為本發明中通訊裝置之第八實施例結構示意圖，該電壓比較模組設有一分壓單元，其分壓單元可以為串聯連接的二電阻311，同樣透過該整流單元(圖中實施例係以全波整流器22為例) 接收該交流電源輸入端之交流輸入電壓並予以分壓，以產生一分壓訊號；另外，該微處理單元5分別與該電壓比較模組3以及訊號傳輸介面4連接，該微處理單元5並可供連接一負載8；將分壓單元所得到之分壓訊號接至微處理單元5具A/D 功能之輸入腳位，使用微處理單元5內部A/D功能判斷其電壓位置，並採用微處理單元5內建之軟體程式來控制訊號傳輸介面4之通訊週期。

本發明提供一種利用交流電源之電源線進行基頻訊號之傳輸通訊，可應用於需要連接市電的負載，如第11圖所示，可應用於光源81(例如發光二極體之燈具)、感應器82或顯示器83等，於傳輸電力的同時可進行基頻訊號之通訊，使用者僅需要將各負載插上一般三線式連接器，就可直接達到智能遠端控制；以光源81為例，可由一控制系統9透過電源線11、12串接複數光源81，而各光源81並透過本發明之通訊裝置100連接於電源線11、12，使用者可藉由控制系統預先設定各種控制模式，例如光源之開啟或關閉，或者光源之亮度調整等，而控制系統可將各種控制模式轉換為基頻訊號，並利用電源線進行基頻訊號之通訊傳輸，不僅可藉由電源線即可控制光源之開啟、關閉甚至調光，可使用現有線材、覆蓋範圍廣、連接方便與傳輸速率高等特色，且利用比對門檻電壓值來決定通訊週期，可讓各光源其基頻訊號之起始通訊及終止通訊的通訊週期趨於相同，可靠度大為提升，亦確保交流輸入電壓可以建立夠高的訊號位準，以及確保整流單元的等效阻抗符合基頻訊號的傳輸需求。

更值得一的是，相較於習有電力線通訊(Powerline Communication；PLC)技術，本發明利用電力線中之訊號線進行資料傳輸，而非直接將訊號加載於電力線上，不僅可改良電力線通訊雜訊干擾的問題，且不需要使用隔離系統以及調變/解調變系統，在系統配置上更為簡單。

綜上所述，本發明提供一較佳可行之架構於電源線之通訊方法及其裝置，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

t1‧‧‧作動期

t2‧‧‧禁制期

100‧‧‧通訊裝置

1‧‧‧交流電源輸入端

11‧‧‧第一電源線

12‧‧‧第二電源線

13‧‧‧訊號線

2‧‧‧整流單元

21‧‧‧半波整流器

22‧‧‧全波整流器

3‧‧‧電壓比較模組

31‧‧‧分壓單元

311‧‧‧電阻

312‧‧‧場效電晶體

313‧‧‧齊納二極體

314‧‧‧運算放大器

32‧‧‧設定單元

33‧‧‧比對單元

4‧‧‧訊號傳輸介面

5‧‧‧微處理單元

6‧‧‧非隔離式電源轉換單元

61‧‧‧整流二極體

62‧‧‧電阻

63‧‧‧齊納二極體

64‧‧‧電容

7‧‧‧隔離單元

8‧‧‧負載

81‧‧‧光源

82‧‧‧感應器

83‧‧‧顯示器

9‧‧‧控制系統

第1圖所示為本發明中通訊裝置之第一實施例結構示意圖。 第2圖所示為本發明中通訊裝置之第二實施例結構示意圖。 第3圖所示為本發明中第二實施例之訊號波形圖。 第4圖所示為本發明中通訊裝置之第三實施例結構示意圖。 第5圖所示為本發明中第三實施例之訊號波形圖。 第6圖所示為本發明中通訊裝置之第四實施例結構示意圖。 第7圖所示為本發明中通訊裝置之第五實施例結構示意圖。 第8圖所示為本發明中通訊裝置之第六實施例結構示意圖。 第9圖所示為本發明中通訊裝置之第七實施例結構示意圖。 第10圖所示為本發明中通訊裝置之第八實施例結構示意圖。 第11圖所示為本發明中通訊裝置之使用示意圖。

Claims (10)

1. 一種架構於電源線之通訊裝置，至少包含：一交流電源輸入端，其具有第一、第二電源線以及一訊號線；一整流單元，係與該第一、第二電源線連接；一電壓比較模組，係透過該整流單元可接收一交流輸入電壓，且該電壓比較模組中設有一門檻電壓值，可供比對該交流輸入電壓；以及一訊號傳輸介面，係分別與該電壓比較模組以及該訊號線連接。
2. 如請求項1所述架構於電源線之通訊裝置，其中，該整流單元係為一半波整流器，該半波整流器係與該第一電源線連接，而該電壓比較模組之一端與該半波整流器連接，另端係與該第二電源線連接。
3. 如請求項1所述架構於電源線之通訊裝置，其中，該整流單元係為一全波整流器，該全波整流器分別與該第一、第二電源線連接，而該電壓比較模組則與該全波整流器連接。
4. 如請求項1至3其中任一項所述架構於電源線之通訊裝置，其中，該電壓比較模組至少包含有：一設定單元，可供設定該門檻電壓值；以及一比對單元，係與該設定單元連接，用以將該門檻電壓值與所接收之該交流輸入電壓進行比對。
5. 如請求項4所述架構於電源線之通訊裝置，其中，進一步設有一微處理單元，該微處理單元可供連接一負載。
6. 如請求項5所述架構於電源線之通訊裝置，其中，該微處理單元係與該訊號傳輸介面連接。
7. 如請求項4所述架構於電源線之通訊裝置，其中，進一步設有一非隔離式電源轉換單元，該非隔離式電源轉換單元分別與該整流單元以及該電壓比較模組連接。
8. 如請求項4所述架構於電源線之通訊裝置，其中，進一步設有至少一隔離單元，該至少一隔離單元係與該訊號傳輸介面連接。
9. 如請求項1至3其中任一項所述架構於電源線之通訊裝置，其中，進一步設有一微處理單元，該微處理單元分別與該電壓比較模組以及訊號傳輸介面連接，該微處理單元並可供連接一負載。
10. 一種架構於電源線之通訊方法，利用交流電源之電源線與一訊號線進行基頻訊號之傳輸通訊；其中，提供一門檻電壓值作為一交流輸入電壓之比對基準，以決定是否允許該訊號線進行通訊，若該交流輸入電壓大於該門檻電壓值，則允許該訊號線進行通訊。