本发明关于一种利用交流电源的电源线进行基频信号的传输通信的通信方法其装置。
背景技术：
现有的家庭控制系统是由使用者操作智能型手机或平板等移动装置，通过网络与一控制装置连接后，使用者通过操作移动装置产生控制信号，并通过该控制装置进而控制家中的各个周边装置。该周边装置可能为家中的各种电器装置，如电视、灯具、电风扇、冷气等。而使用者可直接通过操作该移动装置来控制各个周边装置，无须分别使用各周边装置的遥控器来分别对各周边装置进行遥控，能让使用者更方便地使用家中的各个周边装置。
但上述的家庭控制系统需通过网络来与移动装置连接，因此，现有的家庭控制系统中具有一能连接至网络的网络装置，才可让使用者直接操作移动装置通过网络来连接至该网络装置，再进一步地通过网络装置连接至控制装置，进而让使用者可通过移动装置控制家中的各个周边装置。另外，控制装置与电器装置或周边装置之间的控制信号传输，以目前业界最先进的已知作法，是将电器装置或周边装置之间内嵌或装设管理机构或装置，通过无线传输技术(Wi-Fi或Zigbee)，以控制装置将控制信号以无线网络或网际网络方式传输信号至网关(Gateway)、或基站，再以无线传输技术传送各该电器装置或周边装置的管理控制信号指令。
上述通过无线传输技术传递控制信号，其Wi-Fi具有高速传输数据的优点，而应用于电器装置或周边装置(例如无线照明系统中的灯具控制)时，由于控制装置与灯具之间所传送的控制信号的数据流量很低，所以使用高传输速率的Wi-Fi信号来传输低数据流量的控制信号不免造成资源的浪费。而且Wi-Fi转换模块与一般的低传输速率的无线通信模块相比，其制作成本较高、通信协议复杂、耗能也较高，且电器装置或周边装置需另外增设无线传输模块；如此，将造成无线传输控制系统的建置成本增加。
因此市面上出现了一种电力线通信(Powerline Communication；PLC)技术，是一种运用电力线(电源线)达到上网需求的技术，而电源线为现存家中各厅房最普遍存在的线路，大部分产品皆须通过电源线供电；该种电力线通信技术是将数据转换成串行的方式与高频信号合成载波信号，再将载波信号耦合于电力线上，利用电力线进行数据传输，通过专用的电力线调制解调器(Modem)将高频信号从电力线分离出来，再传送到终端设备电力线调制解调器，将信号从电力在线取得下来。
虽然运用电源线做为家庭(区域)网络的骨干传输介质，不需重新布线，能够节省施工成本、时间。然而，如果同时传输市电及电力线通信载波，电力线通信载波容易受到其他电器设备产生的噪声干扰，容易导致某部分的数据封包传送失败，并且造成传输速率下降，严重时也可能导致PLC网络瘫痪等状况。
技术实现要素：
鉴于此，本发明提供了一种利用交流电源的电源线进行基频信号的传输通信的通信方法及其装置，为其主要目的。
本发明主要是利用交流电源的电源线与一信号线进行基频信号的传输通信；其中，提供一阈值电压值作为一交流输入电压的比对基准，以决定是否允许通信，如果该交流输入电压大于该阈值电压值，则允许通信；反之，如果该交流输入电压小于该阈值电压值，则不允许通信，让所连接的各负载间其基频信号的起始通信及终止通信的时间趋于相同，提升可靠度，也不会发生噪声干扰的问题。
本发明另提供了一种架构于电源线的通信装置，至少包含：一交流电源输入端，其具有第一、第二电源线以及一信号线；一整流单元，与该交流电源输入端连接；一电压比较模块，通过该整流单元可接收该交流电源输入端的交流输入电压，且该电压比较模块中设有一阈值电压值，可供比对该交流输入电压；以及一信号传输接口，分别与该电压比较模块以及该信号线连接。
本发明利用电压比较模块所设定的阈值电压值，与输入的交流输入电压进行比对，如果该交流输入电压大于该阈值电压值，则允许该信号传输接口发出基频信号至该信号线进行通信；反之，如果该交流输入电压小于该阈值电压值，则不允许通信。本发明中通信装置所连接的负载可以为光源(例如发光二极管的灯具)、感应器或显示器等，在传输电力的同时可进行基频信号的通信，使用者仅需要将负载插上一般三线式连接器，就可直接达到智能远程控制，可通过电源线即可控制光源的开启、关闭甚至调光，可使用现有线材、覆盖范围广、连接方便与传输速率高等特色。
相比于现有的电力线通信(Powerline Communication；PLC)技术，本发明利用电力线中的信号线进行数据传输，而非直接将信号加载于电力线上，不仅可改进电力线通信噪声干扰的问题，且不需要使用隔离系统以及调制解调器系统。
依据上述技术特征，所述整流单元为一半波整流器，该半波整流器系与该第一电源线连接，而该电压比较模块的一端与该半波整流器连接，另一端与该第二电源线连接。
依据上述技术特征，所述整流单元为一全波整流器，该全波整流器分别与该第一、第二电源线连接，而该电压比较模块则与该全波整流器连接。
依据上述技术特征，所述电压比较模块至少包含有：一设定单元，可供设定该阈值电压值；以及一比对单元，与该设定单元连接，用以将该阈值电压值与该交流输入电压进行比对。
依据上述技术特征，进一步设有一微处理单元，该微处理单元可供连接一负载。
依据上述技术特征，所述微处理单元与该信号传输接口连接。
依据上述技术特征，进一步设有一非隔离式电源转换单元，该非隔离式电源转换单元分别与该整流单元以及电压比较模块连接。
依据上述技术特征，进一步设有至少一隔离单元，该隔离单元与该信号传输接口连接。
依据上述技术特征，所述电压比较模块设有一分压单元，其通过该整流单元接收该交流电源输入端的交流输入电压并予以分压，以产生一分压信号；另外进一步设有一微处理单元，该微处理单元分别与该电压比较模块以及信号传输接口连接，该微处理单元并可供连接一负载。
附图说明
图1所示为本发明中通信装置的第一实施例结构示意图。
图2所示为本发明中通信装置的第二实施例结构示意图。
图3所示为本发明中第二实施例的信号波形图。
图4所示为本发明中通信装置的第三实施例结构示意图。
图5所示为本发明中第三实施例的信号波形图。
图6所示为本发明中通信装置的第四实施例结构示意图。
图7所示为本发明中通信装置的第五实施例结构示意图。
图8所示为本发明中通信装置的第六实施例结构示意图。
图9所示为本发明中通信装置的第七实施例结构示意图。
图10所示为本发明中通信装置的第八实施例结构示意图。
图11所示为本发明中通信装置的使用示意图。
附图标记说明：
作动期 t1
禁止期 t2
通信装置 100
交流电源输入端 1
第一电源线 11
第二电源线 12
信号线 13
整流单元 2
半波整流器 21
全波整流器 22
电压比较模块 3
分压单元 31
电阻 311
场效应晶体管 312
齐纳二极管 313
运算放大器 314
设定单元 32
比对单元 33
信号传输接口 4
微处理单元 5
非隔离式电源转换单元 6
整流二极管 61
电阻 62
齐纳二极管 63
电容 64
隔离单元 7
负载 8
光源 81
感应器 82
显示器 83
控制系统 9。
具体实施方式
为了使得了解本发明的技术特征、内容与优点及其所能达成的效果，将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，所以不应就所附的附图的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围。
本发明的通信方法主要利用交流电源的电源线进行基频信号的传输通信；其中，提供一阈值电压值作为一交流输入电压的比对基准，以决定是否允许通信。参阅图1所示的本发明中通信装置的第一实施例结构示意图，本发明架构于电源线的通信装置100至少包含：一交流电源输入端1、一整流单元2、一电压比较模块3以及一信号传输接口4；其中：
该交流电源输入端1具有第一、第二电源线11、12以及一信号线13。整流单元2与该交流电源输入端连接，同时参阅图2所示的第二实施例，该整流单元为一半波整流器21，该半波整流器21与该第一电源线11连接。
电压比较模块3至少包含有：一分压单元31、一设定单元32以及一比对单元33，该比对单元33分别与该分压单元31以及设定单元32连接，电压比较模块3通过该整流单元2接收该交流电源输入端的交流输入电压并予以分压，以产生一分压信号，如图所示的第二实施例中，该电压比较模块3的一端与该半波整流器21连接，另一端与该第二电源线12连接，且该电压比较模块的设定单元32可供设有一阈值电压值Vth(Threshold Voltage)，可供比对该交流输入电压。
如图2所示的实施例中，整流单元为一半波整流器21时，信号电平参考地则固定连接于该第二电源线12；同时参阅图3所示的信号波形图，交流电源经由交流电源输入端1输入后，由该半波整流器21进行整流，并将整流后的电源传送至该电压比较模块3进行比对后，得到一作动期(duty time)t1以及一禁止期(forbidden time)t2所构成的通信周期(cycle time)，其通信周期为交流周期，通信频率为交流频率的倍数；其中，作动期t1为交流输入电压大于该阈值电压值，其电压电平明确，允许信号传输接口4进行通信，信号传输接口4则可通过信号线13进行基频信号的传输通信；而禁止期t2为交流输入电压低于该阈值电压值，其电压电平不明，禁止信号传输接口4进行通信。
如图4的第三实施例所示，该整流单元为一全波整流器22，该全波整流器22分别与该第一、第二电源线11、12连接，而该电压比较模块3则与该全波整流器22连接，其信号电平参考地通过全波整流器22随交流电源对应于输入源的第一、第二电源线11、12上，当输入交流位于正半波，信号电平参考地位于第二电源线12，当输入交流位于负半波，信号电平参考地则位于第一电源线11；同时参阅图5所示的信号波形图，交流电源经由交流电源输入端1输入后，由该全波整流器22进行整流，并将整流后的电源传送至该电压比较模块3进行比对后，得到一作动期t1以及一禁止期t2所构成的通信周期，其通信周期为1/2交流周期，通信频率为交流频率的倍数；其中，作动期t1为交流输入电压大于该阈值电压值，其电压电平明确，允许信号传输接口4进行通信，信号传输接口4则可通过信号线13进行基频信号的传输通信；而禁止期t2为交流输入电压低于该阈值电压值，其电压电平不明，禁止信号传输接口4进行通信。
参阅图6所示的本发明中通信装置的第四实施例结构示意图，该电压比较模块3的分压单元可以为串联连接的二电阻311，由二电阻311连接于全波整流器22之后，达到分压作用；而利用场效应晶体管(MOSFET)312配合齐纳二极管313则构成比对单元，可将交流输入电压与阈值电压值进行比对并判断允许通信的期间，此实施例可使用较高的电压信号进行通信，以利信号电平判断。
参阅图7所示的本发明中通信装置的第五实施例结构示意图，本发明可进一步设有一微处理单元5，该微处理单元5可供连接一负载8，该微处理单元5与该信号传输接口4连接，基频信号的通信传输则直接使用微处理单元5具有TTL的I/O引脚进行传送与接收。如图所示的实施例中，也可进一步设有一非隔离式电源转换单元6，该非隔离式电源转换单元6分别与该整流单元以及电压比较模块3连接，可将整流后的交流电源转换为直流电源；如图所示的实施例中，全波整流器22后连接一整流二极管61串联一电阻62降压，后端再连接一齐纳二极管63并联一电容64，则构成一非隔离式电源转换单元6，由此提供一简易的直流电源。当然，上述实施例中所述的非隔离式电源转换单元仅为本发明实施例之一，也可利用其他业界所知的非隔离式电源转换的架构。
参阅图8所示的本发明中通信装置的第六实施例结构示意图，其结构大致与第五实施例相同，差别仅在于第六实施例中，电压比对功能为改采运算放大器(Operational Amplifier)314配合齐纳二极管313给予参考电压，构成一电压判断回路。
参阅图9所示的本发明中通信装置的第七实施例结构示意图，其结构大致与第六实施例相同，差别仅在于第七实施例中，并无设置为处理单元，其设有至少一隔离单元7(可以为光耦合器或信号耦合器)，该隔离单元7与该信号传输接口4连接，信号传输接口4的TX/RX/INT分别连接一隔离单元7用于与后方控制系统隔离。
上述实施例中，该电压比较模块的部分功能(控制通信周期等功能)是由一微处理单元来执行，请参阅图10所示的本发明中通信装置的第八实施例结构示意图，该电压比较模块设有一分压单元，其分压单元可以为串联连接的二电阻311，同样通过该整流单元(图中实施例以全波整流器22为例)接收该交流电源输入端的交流输入电压并予以分压，以产生一分压信号；另外，该微处理单元5分别与该电压比较模块3以及信号传输接口4连接，该微处理单元5并可供连接一负载8；将分压单元所得到的分压信号接至微处理单元5具有A/D功能的输入引脚，使用微处理单元5内部A/D功能判断其电压位置，并采用微处理单元5内建的软件程序来控制信号传输接口4的通信周期。
本发明提供了一种利用交流电源的电源线进行基频信号的传输通信，可应用于需要连接市电的负载，如图11所示，可应用于光源81(例如发光二极管的灯具)、感应器82或显示器83等，在传输电力的同时可进行基频信号的通信，使用者仅需要将各负载插上一般三线式连接器，就可直接达到智能远程控制；以光源81为例，可由一控制系统9通过电源线11、12串接多个光源81，而各光源81并通过本发明的通信装置100连接于电源线11、12，使用者可通过控制系统预先设定各种控制模式，例如光源的开启或关闭，或者光源的亮度调整等，而控制系统可将各种控制模式转换为基频信号，并利用电源线进行基频信号的通信传输，不仅可通过电源线即可控制光源的开启、关闭甚至调光，可使用现有线材、覆盖范围广、连接方便与传输速率高等特色，且利用比对阈值电压值来决定通信周期，可让各光源其基频信号的起始通信及终止通信的通信周期趋于相同，可靠度大为提升，也确保交流输入电压可以建立够高的信号电平，以及确保整流单元的等效阻抗符合基频信号的传输需求。
更值得一提的是，相比于现有电力线通信(Powerline Communication；PLC)技术，本发明利用电力线中的信号线进行数据传输，而非直接将信号加载于电力线上，不仅可改进电力线通信噪声干扰的问题，且不需要使用隔离系统以及调制解调器系统，在系统配置上更为简单。
综上所述，本发明提供了一较佳可行的架构于电源线的通信方法及其装置，并依法提交发明专利的申请；本发明的技术内容及技术特征已公开如上，然而本领域的技术人员仍可能基于本发明的公开而做出各种不偏离本申请发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所公开的，而应包括各种不偏离本发明的替换及修饰，并为所附权利要求所涵盖。