交流电削波编码通信系统、采用交流电削波编码通信技术的控制系统

摘要

交流电削波编码通信系统，在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长的通断控制；在交流支路中，每次削波期间加载一次编码电平脉冲信号，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。本发明利用现有的交流供电线路，在无需额外布线的前提下，实现交流供电回路电器设备(尤其是照明设备)之间的数据通讯，可以此建立可靠性高、功能灵活的智能化控制系统，能做为物联网的电力线通讯的技术基础。

权利要求

1.一种交流电削波编码通信系统，其特征在于：包括分别接入交流回路的主控模块和设备,主控模块内具有设于交流干路的开关器件，主控模块和设备均具有设于交流支路的编码信号收发模组；在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，通过开关器件对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长的通断控制；在交流支路中，在每次削波期间通过主控模块或设备之一方的编码信号收发模组在交流回路中加载一次编码电平脉冲信号，主控模块或设备中的另一方则从回路中接收所述的编码电平脉冲信号，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号在每次削波期间建立双向通信，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

2.如权利要求1所述的交流电削波编码通信系统，其特征在于：在每次削波期间，采用编码信号收发模组或交流回路中包含编码信号收发模组的设备在回路中加载编码电平脉冲信号，所述的编码信号收发模组还用于在每次削波期间接收交流回路中的编码电平脉冲信号。

3.如权利要求1所述的交流电削波编码通信系统，其特征在于：采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

4.如权利要求1所述的交流电削波编码通信系统，其特征在于：所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为单极性编码方式、双极性编码方式或极化编码方式的二元码编码。

5.一种采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：包括分别接入交流回路的主控模块和设备,主控模块内具有设于交流干路的开关器件，主控模块和设备均具有设于交流支路的编码信号收发模组；在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，通过开关器件对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长的通断控制；在交流支路中，在每次削波期间通过主控模块或设备之一方的编码信号收发模组在交流回路中加载一次编码电平脉冲信号，主控模块或设备中的另一方则从回路中接收所述的编码电平脉冲信号，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号在每次削波期间建立双向通信，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

6.如权利要求5所述的采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为单极性编码方式、双极性编码方式或极化编码方式的二元码编码。

7.如权利要求6所述的采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：所述的编码电平脉冲信号电平为参考电压值Vs时表示“1”，电平为零时表示“0”，其采用十位单极性编码，第一位是为“0”的起始位，第二位至第九位是为“1”或“0”的数据一至数据八，第十位是为“0”的停止位。

8.如权利要求5所述的采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：所述的开关器件是双向控制开关，采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

9.如权利要求8所述的采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：所述的双向控制开关为IGBT或MOSFET。

10.如权利要求5所述的采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其特征在于：主控模块和设备通过编码电平脉冲信号建立的双向通信为半双工通信。

说明书

交流电削波编码通信系统、采用交流电削波编码通信技术的

控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电力线通讯技术领域，具体是基于电力线通讯技术对电器设备进行监测和控制、从而实现物联网架构的交流电削波编码通信系统，以及采用交流电削波编码通信技术的控制系统。

背景技术

[0002] 在现有民用低压电力线通讯及控制技术中，主要是采用两种方式：

[0003] 1、通过较高的载波信号(100K-30M)，在发送端利用调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输；在接收端，先经过滤波将调制信号滤出，再经过解调就可以得到原始通信信号。此技术发展迅速，由早期的单载波BPSK(二进制相移键控)调制技术，陆续发展到OFDM(正交频分复用)、CDMA(扩频通信)，以及MC-CDMA(多载波码分多址)技术的应用。较为典型的是早期美国的x10协议，和现在的Homeplug AV标准。

[0004] 该技术发展迅猛，而且不断的完善中，也已有成熟产品在市场销售(如电力猫)，其通信速度快，可达100M，可双向传输。其主要缺点：造价偏高。抗扰能力较差，要求电力通信环境较高，否则通信质量会锐减，如果要通过提高输出功率来提高抗扰能力，会将电力线形成天线作用，造成高频辐射而致电磁环境污染，同时还降低了通讯效率。

[0005] 2、交流电削波脉冲编码控制技术，通过对交流电的正、负半波的前、后沿按照不同的占空比进行削波，根据生成不同的波形状态定义成相应的脉冲编码。从而实现供电回路设备的数据传送。如公告号CN103166678B的发明和公告号CN105528887A的发明均为此例。

[0006] 此技术是近两年来兴起的一项专门针对家居智能控制领域的低压电力线通讯技术，对负载有一定要求，需要是容性负载设备。其优点是抗干扰能力强、原理简单、成本低；其缺点是编码规则受固定延迟标准时长和固定占空比值的局限，只能单向传输，速率低。

发明内容

[0007] 本发明为了克服上述的现有技术不足之处，提供了一种交流电削波编码通信系统，在交流供电回路设备间实现双向通讯与控制。

[0008] 为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案。

[0009] 交流电削波编码通信系统，在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长的通断控制；在交流支路中，每次削波期间加载一次编码电平脉冲信号，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

[0010] 作为上述技术方案的一种改进，在每次削波期间，采用编码信号收发模组或交流回路中包含编码信号收发模组的设备在回路中加载编码电平脉冲信号，所述的编码信号收发模组还用于在每次削波期间接收交流回路中的编码电平脉冲信号。

[0011] 作为上述技术方案的一种改进，所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为包含但不限于单极性编码方式、双极性编码方式、极化编码方式的二元码编码。

[0012] 作为上述技术方案的一种改进，采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

[0013] 基于上述交流电削波编码通信系统的技术方案，本发明还提供了一种采用交流电削波编码通信技术的控制系统，其技术方案如下。

[0014] 采用交流电削波编码通信技术的控制系统，包括分别接入交流回路的主控模块和设备,主控模块内具有设于交流干路的开关器件，主控模块和设备均具有设于交流支路的编码信号收发模组；在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，通过开关器件对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长的通断控制；在交流支路中，在每次削波期间通过主控模块或设备之一方的编码信号收发模组在交流回路中加载一次编码电平脉冲信号，主控模块或设备中的另一方则从回路中接收所述的编码电平脉冲信号，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号在每次削波期间建立双向通信，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

[0015] 作为上述技术方案的一种改进，所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为包含但不限于单极性编码方式、双极性编码方式、极化编码方式的二元码编码。

[0016] 在上述改进中，所述的编码电平脉冲信号电平为参考电压值Vs时表示“1”，电平为零时表示“0”，其采用十位单极性编码，第一位是为“0”的起始位，第二位至第九位是为“1”或“0”的数据一至数据八，第十位是为“0”的停止位。

[0017] 作为上述技术方案的一种改进，采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

[0018] 在上述改进中，所述的双向控制开关包含但不限于IGBT或MOSFET。

[0019] 作为上述技术方案的一种改进，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号建立的双向通信为半双工通信。

[0020] 针对复杂的交流电力环境，本发明通过上述各种技术方案提供了基于交流供电回路、抗干扰能力强的半双工通信机制。

[0021] (1)在回路电压过零点的附近进行削波，并在此期间加载电平编码信号，因为此期间回路阻抗较高，所以可加载较高电平的编码电平脉冲信号，以达到较强的抗干扰能力。

[0022] (2)在回路电压过零点的附近进行削波，此时回路间处于无电压状态，回路上的设备就能通过各自的编码信号收发模组对供电回路进行编码电平脉冲信号加载和接收解码，可实现设备间的半双工通信。

[0023] (3)在回路电压过零点的附近进行削波，并在此期间进行编码电平脉冲信号加载。即每个交流电半波周期都可传输一组编码信号，一组编码信号可一次性传输多个位元。传输波特率在低速率范围可以提升数倍以上，能满足控制类信号的需求。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：利用现有的交流供电线路，在无需额外布线的前提下，实现交流供电回路电器设备(尤其是照明设备)之间的数据通讯，可以此建立可靠性高、功能灵活的智能化控制系统，能作为物联网的电力线通讯的技术基础。

附图说明

[0025] 图1是本发明的交流电削波编码通信系统的原理图。

[0026] 图2是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0027] 图3是在图2的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0028] 图4是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0029] 图5是在图4的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0030] 图6是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0031] 图7是在图6的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0032] 图8是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0033] 图9是在图8的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0034] 图10是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0035] 图11是在图10的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0036] 图12是本发明的交流电削波编码通信系统的一种削波示意图。

[0037] 图13是在图12的削波期间加载编码电平脉冲信号的示意图。

[0038] 图14是本发明的采用交流电削波编码通信技术的控制系统的原理图。

[0039] 图15是本发明的采用交流电削波编码通信技术的控制系统的编码电平脉冲信号采用的编码方式的示意图。

[0040] 图16是本发明的采用交流电削波编码通信技术的控制系统的编码电平脉冲信号的数据位的示意图。

[0041] 图17是本发明的实施例中采用交流电削波编码通信技术的LED调光控制系统的原理图。

具体实施方式

[0042] 本发明的交流电削波编码通信系统如图1到图13所示，交流电削波编码通信系统，在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长为T的通断控制；在交流支路中，每次削波期间加载一次编码电平脉冲信号，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

[0043] 在每次削波期间，采用编码信号收发模组或交流回路中包含编码信号收发模组的设备在回路中加载编码电平脉冲信号，所述的编码信号收发模组还用于在每次削波期间接收交流回路中的编码电平脉冲信号。

[0044] 所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为包含但不限于单极性编码方式、双极性编码方式、极化编码方式的二元码编码。

[0045] 如图1所示，在较佳的实施方式中，采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

[0046] 如图2所示，是对一个交流电正半波周期的后沿进行削波的示意图；如图3所示，是在图2的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0047] 如图4所示，是对一个交流电负半波周期的前沿进行削波的示意图；如图5所示，是在图4的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0048] 如图6所示，是对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波的示意图；如图7所示，是在图6的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0049] 如图8所示，是对一个交流电正半波周期的前沿进行削波的示意图；如图9所示，是在图8的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0050] 如图10所示，是对一个交流电负半波周期的后沿进行削波的示意图；如图11所示，是在图10的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0051] 如图12所示，是对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波的示意图；如图13所示，是在图12的削波期间加载一次编码电平脉冲信号的示意图。

[0052] 本发明的采用交流电削波编码通信技术的控制系统如图14所示，采用交流电削波编码通信技术的控制系统，包括分别接入交流回路的主控模块1和设备2,主控模块1内具有设于交流干路的开关器件11，主控模块1和设备2均具有设于交流支路的编码信号收发模组3；在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，通过开关器件对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长为T的通断控制；在交流支路中，在每次削波期间通过主控模块或设备之一方的编码信号收发模组在交流回路中加载一次编码电平脉冲信号，主控模块或设备中的另一方则从回路中接收所述的编码电平脉冲信号，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号在每次削波期间建立双向通信，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

[0053] 所述的编码电平脉冲信号采用载频调制或非载频调制的基带信号，所述的基带信号为包含但不限于单极性编码方式、双极性编码方式、极化编码方式的二元码编码。

[0054] 如图15和图16所示，所述的编码电平脉冲信号采用的编码方式是，电平为参考电压值Vs时表示“1”，电平为零时表示“0”，其采用十位单极性编码，第一位是为“0”的起始位，第二位至第九位是为“1”或“0”的数据一至数据八，第十位是为“0”的停止位。

[0055] 在较佳的实施方式中，所述的开关器件是双向控制开关，采用双向控制开关对连续的一个交流电正半波周期的后沿和一个负半波周期的前沿同时进行削波，或对连续的一个交流电负半波周期的后沿和一个正半波周期的前沿同时进行削波。

[0056] 可选的，所述的双向控制开关包含但不限于IGBT或MOSFET。

[0057] 在较佳的实施方式中，主控模块和设备通过编码电平脉冲信号建立的双向通信为半双工通信。

[0058] 如图17所示，是本发明的采用交流电削波编码通信技术的控制系统用于控制LED调光的实施例。如图所示，本实施例提供了一种采用交流电削波编码通信技术的LED调光控制系统，包括分别接入交流回路的主控模块4和LED灯5,主控模块4内具有设于交流干路的开关器件41，主控模块4和LED灯5均具有设于交流支路的编码信号收发模组6，在主控模块4内还设有用于控制开关器件41的控制器42，控制器42还与主控模块4内的编码信号收发模组6进行数据交换，LED灯5内还设有LED恒流源驱动模组51以及用于控制LED恒流源驱动模组51的控制器52，控制器52还与LED灯5内的编码信号收发模组6进行数据交换；在交流干路中，以交流电的实时过零点作为时间基准，通过开关器件对一到多个交流电半波周期的边沿进行削波,通过削波对交流干路在半波周期内实施预设时长为T的通断控制；在交流支路中，在每次削波期间通过主控模块或LED灯之一方的编码信号收发模组在交流回路中加载一次编码电平脉冲信号，主控模块或LED灯中的另一方则从回路中接收所述的编码电平脉冲信号，主控模块和LED灯通过编码电平脉冲信号在每次削波期间建立双向通信，所述的编码电平脉冲信号用于交流回路中的设备通讯或设备控制，其数据长度为一到多个比特。

[0059] LED灯通过交流供电回路在未削波期间获取照明所需电能，在削波期间利用编码信号收发模组实现与主控模块和其他设备的双向数据通信。即，可以获取LED灯的温度、电流、运行时间等工作状态数据，还可以对LED灯进行开关、亮度、色温和色调的调节。

[0060] 在本实施例中，还可以在主控模块4中设置与控制值42连接的网络接口43，电脑、平板和手机等网络设备通过网络接口对LED灯进行智能监控。即，可以通过电脑、平板和手机等网络设备获取LED灯的温度、电流、运行时间等工作状态数据，还可以对LED灯进行开关、亮度、色温和色调的调节。

[0061] 对于本领域的技术人员来说，可根据本发明所揭示的结构和原理获得各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本发明的保护范畴。