本發(fā)明涉及電力線通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體是基于電力線通訊技術(shù)對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的交流電削波編碼通信技術(shù)，以及采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有民用低壓電力線通訊及控制技術(shù)中，主要是采用兩種方式：

1、通過(guò)較高的載波信號(hào)(100K-30M)，在發(fā)送端利用調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波將調(diào)制信號(hào)濾出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)就可以得到原始通信信號(hào)。此技術(shù)發(fā)展迅速，由早期的單載波BPSK(二進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制技術(shù)，陸續(xù)發(fā)展到OFDM(正交頻分復(fù)用)、CDMA(擴(kuò)頻通信)，以及MC-CDMA(多載波碼分多址)技術(shù)的應(yīng)用。較為典型的是早期美國(guó)的x10協(xié)議，和現(xiàn)在的Homeplug AV標(biāo)準(zhǔn)。

該技術(shù)發(fā)展迅猛，而且不斷的完善中，也已有成熟產(chǎn)品在市場(chǎng)銷售(如電力貓)，其通信速度快，可達(dá)100M，可雙向傳輸。其主要缺點(diǎn)：造價(jià)偏高。抗擾能力較差，要求電力通信環(huán)境較高，否則通信質(zhì)量會(huì)銳減，如果要通過(guò)提高輸出功率來(lái)提高抗擾能力，會(huì)將電力線形成天線作用，造成高頻輻射而致電磁環(huán)境污染，同時(shí)還降低了通訊效率。

2、交流電削波脈沖編碼控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)交流電的正、負(fù)半波的前、后沿按照不同的占空比進(jìn)行削波，根據(jù)生成不同的波形狀態(tài)定義成相應(yīng)的脈沖編碼。從而實(shí)現(xiàn)供電回路設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。如公告號(hào)CN103166678B的發(fā)明和公告號(hào)CN105528887A的發(fā)明均為此例。

此技術(shù)是近兩年來(lái)興起的一項(xiàng)專門針對(duì)家居智能控制領(lǐng)域的低壓電力線通訊技術(shù)，對(duì)負(fù)載有一定要求，需要是容性負(fù)載設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、原理簡(jiǎn)單、成本低；其缺點(diǎn)是編碼規(guī)則受固定延遲標(biāo)準(zhǔn)時(shí)長(zhǎng)和固定占空比值的局限，只能單向傳輸，速率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服上述的現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供了一種交流電削波編碼通信技術(shù)，在交流供電回路設(shè)備間實(shí)現(xiàn)雙向通訊與控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案。

交流電削波編碼通信技術(shù)，在交流干路中，以交流電的實(shí)時(shí)過(guò)零點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)，對(duì)一到多個(gè)交流電半波周期的邊沿進(jìn)行削波,通過(guò)削波對(duì)交流干路在半波周期內(nèi)實(shí)施預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)的通斷控制；在交流支路中，每次削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)，所述的編碼電平脈沖信號(hào)用于交流回路中的設(shè)備通訊或設(shè)備控制，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為一到多個(gè)比特。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，在每次削波期間，采用編碼信號(hào)收發(fā)模組或交流回路中包含編碼信號(hào)收發(fā)模組的設(shè)備在回路中加載編碼電平脈沖信號(hào)，所述的編碼信號(hào)收發(fā)模組還用于在每次削波期間接收交流回路中的編碼電平脈沖信號(hào)。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的編碼電平脈沖信號(hào)采用載頻調(diào)制或非載頻調(diào)制的基帶信號(hào)，所述的基帶信號(hào)為包含但不限于單極性編碼方式、雙極性編碼方式、極化編碼方式的二元碼編碼。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，采用雙向控制開關(guān)對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電正半波周期的后沿和一個(gè)負(fù)半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波，或?qū)B續(xù)的一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿和一個(gè)正半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波。

基于上述交流電削波編碼通信技術(shù)的技術(shù)方案，本發(fā)明還提供了一種采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)，其技術(shù)方案如下。

采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)，包括分別接入交流回路的主控模塊和設(shè)備,主控模塊內(nèi)具有設(shè)于交流干路的開關(guān)器件，主控模塊和設(shè)備均具有設(shè)于交流支路的編碼信號(hào)收發(fā)模組；在交流干路中，以交流電的實(shí)時(shí)過(guò)零點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)開關(guān)器件對(duì)一到多個(gè)交流電半波周期的邊沿進(jìn)行削波,通過(guò)削波對(duì)交流干路在半波周期內(nèi)實(shí)施預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)的通斷控制；在交流支路中，在每次削波期間通過(guò)主控模塊或設(shè)備之一方的編碼信號(hào)收發(fā)模組在交流回路中加載一次編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊或設(shè)備中的另一方則從回路中接收所述的編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊和設(shè)備通過(guò)編碼電平脈沖信號(hào)在每次削波期間建立雙向通信，所述的編碼電平脈沖信號(hào)用于交流回路中的設(shè)備通訊或設(shè)備控制，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為一到多個(gè)比特。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的編碼電平脈沖信號(hào)采用載頻調(diào)制或非載頻調(diào)制的基帶信號(hào)，所述的基帶信號(hào)為包含但不限于單極性編碼方式、雙極性編碼方式、極化編碼方式的二元碼編碼。

在上述改進(jìn)中，所述的編碼電平脈沖信號(hào)電平為參考電壓值Vs時(shí)表示“1”，電平為零時(shí)表示“0”，其采用十位單極性編碼，第一位是為“0”的起始位，第二位至第九位是為“1”或“0”的數(shù)據(jù)一至數(shù)據(jù)八，第十位是為“0”的停止位。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，采用雙向控制開關(guān)對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電正半波周期的后沿和一個(gè)負(fù)半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波，或?qū)B續(xù)的一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿和一個(gè)正半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波。

在上述改進(jìn)中，所述的雙向控制開關(guān)包含但不限于IGBT或MOSFET。

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，主控模塊和設(shè)備通過(guò)編碼電平脈沖信號(hào)建立的雙向通信為半雙工通信。

針對(duì)復(fù)雜的交流電力環(huán)境，本發(fā)明通過(guò)上述各種技術(shù)方案提供了基于交流供電回路、抗干擾能力強(qiáng)的半雙工通信機(jī)制。

(1)在回路電壓過(guò)零點(diǎn)的附近進(jìn)行削波，并在此期間加載電平編碼信號(hào)，因?yàn)榇似陂g回路阻抗較高，所以可加載較高電平的編碼電平脈沖信號(hào)，以達(dá)到較強(qiáng)的抗干擾能力。

(2)在回路電壓過(guò)零點(diǎn)的附近進(jìn)行削波，此時(shí)回路間處于無(wú)電壓狀態(tài)，回路上的設(shè)備就能通過(guò)各自的編碼信號(hào)收發(fā)模組對(duì)供電回路進(jìn)行編碼電平脈沖信號(hào)加載和接收解碼，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的半雙工通信。

(3)在回路電壓過(guò)零點(diǎn)的附近進(jìn)行削波，并在此期間進(jìn)行編碼電平脈沖信號(hào)加載。即每個(gè)交流電半波周期都可傳輸一組編碼信號(hào)，一組編碼信號(hào)可一次性傳輸多個(gè)位元。傳輸波特率在低速率范圍可以提升數(shù)倍以上，能滿足控制類信號(hào)的需求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：利用現(xiàn)有的交流供電線路，在無(wú)需額外布線的前提下，實(shí)現(xiàn)交流供電回路電器設(shè)備(尤其是照明設(shè)備)之間的數(shù)據(jù)通訊，可以此建立可靠性高、功能靈活的智能化控制系統(tǒng)，能作為物聯(lián)網(wǎng)的電力線通訊的技術(shù)基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的原理圖。

圖2是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖3是在圖2的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖4是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖5是在圖4的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖6是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖7是在圖6的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖8是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖9是在圖8的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖10是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖11是在圖10的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖12是本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)的一種削波示意圖。

圖13是在圖12的削波期間加載編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

圖14是本發(fā)明的采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)的原理圖。

圖15是本發(fā)明的采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)的編碼電平脈沖信號(hào)采用的編碼方式的示意圖。

圖16是本發(fā)明的采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)的編碼電平脈沖信號(hào)的數(shù)據(jù)位的示意圖。

圖17是本發(fā)明的實(shí)施例中采用交流電削波編碼通信技術(shù)的LED調(diào)光控制系統(tǒng)的原理圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的交流電削波編碼通信技術(shù)如圖1到圖13所示，交流電削波編碼通信技術(shù)，在交流干路中，以交流電的實(shí)時(shí)過(guò)零點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)，對(duì)一到多個(gè)交流電半波周期的邊沿進(jìn)行削波,通過(guò)削波對(duì)交流干路在半波周期內(nèi)實(shí)施預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為T的通斷控制；在交流支路中，每次削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)，所述的編碼電平脈沖信號(hào)用于交流回路中的設(shè)備通訊或設(shè)備控制，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為一到多個(gè)比特。

在每次削波期間，采用編碼信號(hào)收發(fā)模組或交流回路中包含編碼信號(hào)收發(fā)模組的設(shè)備在回路中加載編碼電平脈沖信號(hào)，所述的編碼信號(hào)收發(fā)模組還用于在每次削波期間接收交流回路中的編碼電平脈沖信號(hào)。

所述的編碼電平脈沖信號(hào)采用載頻調(diào)制或非載頻調(diào)制的基帶信號(hào)，所述的基帶信號(hào)為包含但不限于單極性編碼方式、雙極性編碼方式、極化編碼方式的二元碼編碼。

如圖1所示，在較佳的實(shí)施方式中，采用雙向控制開關(guān)對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電正半波周期的后沿和一個(gè)負(fù)半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波，或?qū)B續(xù)的一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿和一個(gè)正半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波。

如圖2所示，是對(duì)一個(gè)交流電正半波周期的后沿進(jìn)行削波的示意圖；如圖3所示，是在圖2的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

如圖4所示，是對(duì)一個(gè)交流電負(fù)半波周期的前沿進(jìn)行削波的示意圖；如圖5所示，是在圖4的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

如圖6所示，是對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電正半波周期的后沿和一個(gè)負(fù)半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波的示意圖；如圖7所示，是在圖6的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

如圖8所示，是對(duì)一個(gè)交流電正半波周期的前沿進(jìn)行削波的示意圖；如圖9所示，是在圖8的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

如圖10所示，是對(duì)一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿進(jìn)行削波的示意圖；如圖11所示，是在圖10的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

如圖12所示，是對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿和一個(gè)正半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波的示意圖；如圖13所示，是在圖12的削波期間加載一次編碼電平脈沖信號(hào)的示意圖。

本發(fā)明的采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)如圖14所示，采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)，包括分別接入交流回路的主控模塊1和設(shè)備2,主控模塊1內(nèi)具有設(shè)于交流干路的開關(guān)器件11，主控模塊1和設(shè)備2均具有設(shè)于交流支路的編碼信號(hào)收發(fā)模組3；在交流干路中，以交流電的實(shí)時(shí)過(guò)零點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)開關(guān)器件對(duì)一到多個(gè)交流電半波周期的邊沿進(jìn)行削波,通過(guò)削波對(duì)交流干路在半波周期內(nèi)實(shí)施預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為T的通斷控制；在交流支路中，在每次削波期間通過(guò)主控模塊或設(shè)備之一方的編碼信號(hào)收發(fā)模組在交流回路中加載一次編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊或設(shè)備中的另一方則從回路中接收所述的編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊和設(shè)備通過(guò)編碼電平脈沖信號(hào)在每次削波期間建立雙向通信，所述的編碼電平脈沖信號(hào)用于交流回路中的設(shè)備通訊或設(shè)備控制，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為一到多個(gè)比特。

所述的編碼電平脈沖信號(hào)采用載頻調(diào)制或非載頻調(diào)制的基帶信號(hào)，所述的基帶信號(hào)為包含但不限于單極性編碼方式、雙極性編碼方式、極化編碼方式的二元碼編碼。

如圖15和圖16所示，所述的編碼電平脈沖信號(hào)采用的編碼方式是，電平為參考電壓值Vs時(shí)表示“1”，電平為零時(shí)表示“0”，其采用十位單極性編碼，第一位是為“0”的起始位，第二位至第九位是為“1”或“0”的數(shù)據(jù)一至數(shù)據(jù)八，第十位是為“0”的停止位。

在較佳的實(shí)施方式中，所述的開關(guān)器件是雙向控制開關(guān)，采用雙向控制開關(guān)對(duì)連續(xù)的一個(gè)交流電正半波周期的后沿和一個(gè)負(fù)半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波，或?qū)B續(xù)的一個(gè)交流電負(fù)半波周期的后沿和一個(gè)正半波周期的前沿同時(shí)進(jìn)行削波。

可選的，所述的雙向控制開關(guān)包含但不限于IGBT或MOSFET。

在較佳的實(shí)施方式中，主控模塊和設(shè)備通過(guò)編碼電平脈沖信號(hào)建立的雙向通信為半雙工通信。

如圖17所示，是本發(fā)明的采用交流電削波編碼通信技術(shù)的控制系統(tǒng)用于控制LED調(diào)光的實(shí)施例。如圖所示，本實(shí)施例提供了一種采用交流電削波編碼通信技術(shù)的LED調(diào)光控制系統(tǒng)，包括分別接入交流回路的主控模塊4和LED燈5,主控模塊4內(nèi)具有設(shè)于交流干路的開關(guān)器件41，主控模塊4和LED燈5均具有設(shè)于交流支路的編碼信號(hào)收發(fā)模組6，在主控模塊4內(nèi)還設(shè)有用于控制開關(guān)器件41的控制器42，控制器42還與主控模塊4內(nèi)的編碼信號(hào)收發(fā)模組6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，LED燈5內(nèi)還設(shè)有LED恒流源驅(qū)動(dòng)模組51以及用于控制LED恒流源驅(qū)動(dòng)模組51的控制器52，控制器52還與LED燈5內(nèi)的編碼信號(hào)收發(fā)模組6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；在交流干路中，以交流電的實(shí)時(shí)過(guò)零點(diǎn)作為時(shí)間基準(zhǔn)，通過(guò)開關(guān)器件對(duì)一到多個(gè)交流電半波周期的邊沿進(jìn)行削波,通過(guò)削波對(duì)交流干路在半波周期內(nèi)實(shí)施預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為T的通斷控制；在交流支路中，在每次削波期間通過(guò)主控模塊或LED燈之一方的編碼信號(hào)收發(fā)模組在交流回路中加載一次編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊或LED燈中的另一方則從回路中接收所述的編碼電平脈沖信號(hào)，主控模塊和LED燈通過(guò)編碼電平脈沖信號(hào)在每次削波期間建立雙向通信，所述的編碼電平脈沖信號(hào)用于交流回路中的設(shè)備通訊或設(shè)備控制，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為一到多個(gè)比特。

LED燈通過(guò)交流供電回路在未削波期間獲取照明所需電能，在削波期間利用編碼信號(hào)收發(fā)模組實(shí)現(xiàn)與主控模塊和其他設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)通信。即，可以獲取LED燈的溫度、電流、運(yùn)行時(shí)間等工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，還可以對(duì)LED燈進(jìn)行開關(guān)、亮度、色溫和色調(diào)的調(diào)節(jié)。

在本實(shí)施例中，還可以在主控模塊4中設(shè)置與控制值42連接的網(wǎng)絡(luò)接口43，電腦、平板和手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口對(duì)LED燈進(jìn)行智能監(jiān)控。即，可以通過(guò)電腦、平板和手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備獲取LED燈的溫度、電流、運(yùn)行時(shí)間等工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，還可以對(duì)LED燈進(jìn)行開關(guān)、亮度、色溫和色調(diào)的調(diào)節(jié)。

對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)本發(fā)明所揭示的結(jié)構(gòu)和原理獲得各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。