一种用于电池板监控系统的16种频率数据传输方法与流程

本发明涉及电池板监控通信领域，尤其涉及的是一种用于电池板监控系统的16种频率数据传输方法。

背景技术：

在这个高度信息化的社会，信息和通信已然成为现代化社会的命脉；广泛的信息交流促进了社会成员之间的相互合作，推动社会生产力的发展，创造了巨大的经济效益。

直流载波通信是通过直流载波传送装置将载波信号耦合到电力线上，再通过直流载波接收装置在电力线上提取上述载波信号，实现了电力线直流载波通信。电力线载波通信凭借着通道建设费用低，可靠性高，设备简单等优势，在光伏系统的安全性能引起大家广泛重视，并对信息能被准确地采集，数据传输量大提出了苛刻的要求。

目前现有的技术能实现直流载波通信的数据传输过程（见图1），由光伏组件背部的接线盒中的数据采集及发送模块，将脉冲载波信号耦合到直流电力线中，在远端安装一个数据接收模块，提取直流电力线上的直流载波信号，按照冲突概率计算，上传数据。

一般传统的数据传输方法采用2种频率传输数据的方法；由于在4种频率传输模式下，每种频率分别代表1位数据位：0,1；每传输一个字节的数据，发送模块需要移动数据8次，需要启动8次发送中断将脉冲载波信号发送出去；接收模块也需要启动8次接收中断接收数据，将接收的数据进行8次移动操作组装成一个字节数据；上述操作过程中，控制器中断启动十分频繁，移位操作也十分繁琐；明显的，用2种频率来表示一个字节8位数据，每一种频率代表两位数据位，数据传输量较小；需要使用8个周期时间来代表一个字节的数据时间，数据的传输时间较长。

技术实现要素：

本发明的目的在公开的一种电池板监控系统的数据上传方法及该电池板监控系统的基础之上，针对数据传输处理过程，提出了一种用于电池板监控系统的16种频率数据传输方法。主要用于解决传输数据量小，帧传输时间长以及处理过程复杂的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下具体技术方案：

一种用于电池板监控系统的16种频率数据传输方法，其特征在于：在电池板监控系统中每一块电池板的发送模块的发送的直流载波信号通过调制电路传输到直流电力线上，在直流电力线的远端的接收模块，通过信号耦合器调制出直流载波信号；所述直流载波信号的传输过程包括：发送模块的数据处理过程、发送模块的发送数据过程、接收模块对数据接收过程、接收数据进行处理过程；

a、发送模块的数据处理过程；控制器获取由关键参数组成的数据帧，并计算出数据帧的长度，以字节为一个处理单位，然后以先处理第一个字节的低半字节，再处理字节的高半字节的顺序处理；处理过程如下：假定数据帧的长度为n字节，实现需要将直流载波通讯所需求的16种频率确定下来，根据16种频率计算出每一个频率对应的周期值，最后将周期值建立一个周期值查找表，并且建立一个2n的整数类型的数组，用于存放每4位数据对应的周期值；接下来先判断数据长度是否大于0，如果大于0，说明还有需要待处理的数据，将读取字节的低4位通过建立好的频率对应好的数据周期值的查找表，找到相应的周期值，并将该周期值填入2n大小的数组中，将数据长度减1，再次进入判断流程，直到数据长度为0；如果判断数据长度不大于0，说明数据到周期值对应过程处理结束，可以启动PWM功能来调制直流载波信号；

b、发送模块的发送数据过程；控制器先读取数据通过高低4位处理后对应的数组长度，进入PWM中断，先判断数组的长度是否大于0，如果是大于0，说明还有需要调制发送的数据，将周期值加载给周期寄存器值，并设置比较寄存器的值，然后将数组长度减1，退出本次中断，等待下次PWM中断；如果判断数组长度不大于0，说明数据已经调制完毕，等待下一帧数据发送。

c、接收模块对数据接收过程；从直流电力线上传输过来的直流载波信号通过专有调制电路调制出来后，将信号送入控制器捕获模块，控制器启动捕获中断进行处理，控制器通过读取捕获值，计算出频率的周期值，然后由计算的周期值，通过值查找表查得周期值所对应的4位数据，将4位数据存放在2n的数组中。接着判断数据帧是否接收结束，如果没有接收结束，将继续等待下次中断；如果已经接收结束，将指示一帧数据完成接收的标志位置1，退出数据捕获中断；

d、接收数据进行处理过程；控制器通过查询数据完成的标志位是否为1，如果是为1，将进入组帧处理，组帧的处理过程如下：判断数组长度是否大于0，如果是大于0，说明还有数据需要处理，控制器将从低4位所在字节读取数据，从高4位所在字节读取数据并向左移动，然后将两个字节进行按位或操作，将所得结果字节数据存放在n大小的帧数组中，2n的数组长度减2，进入下一个数据处理，知道2n的数组里的数据处理完成为止；如果2n的数组的长度位不大于0，说明一帧数据组帧完成，将数据完成的标志位标志位清零并且将帧处理标志位置1，用于应用程序对数据是否组帧完成的判断，最后结束帧处理组帧过程。

优选的，采用16种频率来传输数据，用16种频率来表示一个字节8位数据，每一种频率代表四位数据位，在16种频率模式下，每种频率分别代表数据0000(0),0001(1),0010(2),0011(3),0100(4),0101(5),0110(6),0111(7),1000(8),1001(9),1010(A),1011(B),1100(C),1101(D),1110(E),1111(F)；一个字节8位数据需要2个独立的频率传输，发送模块对一个字节的数据进行2次移位操作，将一个字节的数据通过启动2次中断将数据耦合到直流电力线上；接收模块启动2次接收中断，将接收的一个字的数据进行2次移位操作组装成一个字节数据。

优选的，所述数据由在电池板监控系统中所述控制器启动采集电池板电压、电流和温度等关键参数数据组合成，形成数据帧。

本发明相比现有技术具有以下优点：

（1）传输量大；16种频率传输模式下，1个频率可以代表4位数据，数据量是2种频率传输模式下的4倍；

（2）传输时间短；16种频率传输模式下，2个周期可以代表4位数据，传输时间是2种频率传输模式下的四分之一；

（3）控制器操作量少；16种频率传输模式下，控制器在发送数据和接收数据对中断的启动次数，以及数据在发送数据时的拆分操作和接收数据时数据的组装操作次数是2种频率传输模式下的四分之一。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1 电池板监控直流载波通信装置的系统示意图；

图2 2种频率传输模式下单字节操作次数；

图3 16种频率传输模式下单字节操作次数；

图4 2种传输模式下传输单个字节所需时间的对比图；

图5 发送模块数据转换成对应频率的周期值处理过程；

图6 发送模块对一帧数据的周期值发送PWM流程图；

图7 接收模块对直流电力线上传输的数据通过捕获接收数据的过程；

图8 接收模块将接收的数据组装成一帧标准的数据帧；

表1 频率，周期值与数据之间的一一对应关系。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供用16种频率来表示一个字节8位数据的方法，每一种频率代表四位数据位（见表1），传输量约是在2种频率下的传输模式下的4倍；需要使用2个周期时间代表一个字的数据时间，数据传输量只是2种频率下传输模式的四分之一（见图4）；控制器中断启动次数与数据移位操作次数也是2种频率模式下的四分之一，可以减轻控制器处理数据的开销。

在16种频率模式下，每种频率分别代表数据：0000(0),0001(1),0010(2),0011(3),0100(4),0101(5),0110(6),0111(7),1000(8),1001(9),1010(A),1011(B),1100(C),1101(D),1110(E),1111(F)。一个字节8位数据需要2个独立的频率传输。发送模块对一个字节的数据进行2次移位操作（见图3），将一个字节的数据通过启动2次中断将数据耦合到直流电力线上；接收模块启动2次接收中断，将接收的一个字的数据进行2次移位操作组装成一个字节数据。

本实施例在电池板监控系统中的应用，在电池板监控系统中每一块电池板的发送模块与接收模块之间连接如图1所示；每一块电池板的发送模块的发送的直流载波信号通过调制电路传输到直流电力线上，在直流电力线的远端的接收模块，通过信号耦合器调制出直流载波信号。

在电池板监控系统中，控制器启动采集电池板电压，电流和温度等关键参数。控制器将这些关键数据组合成一帧数据帧，本申请并不对数据帧格式做进一步限定。

如图5所示为发送模块的数据处理过程，控制器获取由关键参数组成的数据帧，并计算出数据帧的长度，以字节为一个处理单位。然后以先处理第一个字节的低半字节，再处理字节的高半字节的顺序处理，处理过程如下：

现在假定数据帧的长度为n字节，实现需要将直流载波通讯所需求的16种频率确定下来，根据16种频率计算出每一个频率对应的周期值，最后将周期值建立一个周期值查找表，并且建立一个2n的整数类型的数组，用于存放每4位数据对应的周期值；接下来先判断数据长度是否大于0，如果大于0，说明还有需要待处理的数据，将读取字节的低4位通过建立好的频率对应好的数据周期值的查找表，找到相应的周期值，并将该周期值填入2n大小的数组中，将数据长度减1，再次进入判断流程，直到数据长度为0；如果判断数据长度不大于0，说明数据到周期值对应过程处理结束，可以启动PWM功能来调制直流载波信号。

发送模块发送数据的过程如图6所示。

控制器先读取数据通过高低4位处理后对应的数组长度；进入PWM中断，先判断数组的长度是否大于0，如果是大于0，说明还有需要调制发送的数据，将周期值加载给周期寄存器值，并设置比较寄存器的值，然后将数组长度减1，退出本次中断，等待下次PWM中断；如果判断数组长度不大于0，说明数据已经调制完毕，等待下一帧数据发送。

接收模块对数据接收过程如图7所示。

从直流电力线上传输过来的直流载波信号通过专有调制电路调制出来后，将信号送入控制器捕获模块。控制器启动捕获中断进行处理，控制器通过读取捕获值，计算出频率的周期值，然后由计算的周期值，通过值查找表查得周期值所对应的4位数据，将4位数据存放在2n的数组中。接着判断数据帧是否接收结束，如果没有接收结束，将继续等待下次中断；如果已经接收结束，将指示一帧数据完成接收的标志位置1，退出数据捕获中断。

一帧数据接收完成后，控制器需要对接收的2n的数组数据进行组帧，其处理过程如图8所示。

控制器通过查询数据完成的标志位是否为1，如果是为1，将进入组帧处理，组帧的处理过程如下：判断数组长度是否大于0，如果是大于0，说明还有数据需要处理，控制器将从低4位所在字节读取数据，从高4位所在字节读取数据并向左移动，然后将两个字节进行按位或操作，将所得结果字节数据存放在n大小的帧数组中，2n的数组长度减2，进入下一个数据处理，知道2n的数组里的数据处理完成为止；如果2n的数组的长度位不大于0，说明一帧数据组帧完成，将数据完成的标志位标志位清零并且将帧处理标志位置1，用于应用程序对数据是否组帧完成的判断，最后结束帧处理组帧过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。