一种基于电力线的通信方法及装置与流程

1.本发明涉及电力通信领域，特别是基于电力线的通信技术。


背景技术：

2.现有的基于电力线通信技术，通常是将载有信息的高频信号加载在电力线上，然后由电力线传输，接收端将高频信号分离出来，以实现电力线载波通信。此种技术，虽然，能快速传送大容量的通信信息，但是，所需要的载波发送设备及信号分离设备结构复杂，体积大，成本高，使其应用受到了很大的限制，很难应用到智能家居中的通信。专利申请cn201810439005.2公开了一种电力线载波技术，通过斩波的方式，在一个以上的交流电压周期内基于基准相位进行斩波，所斩波的时长与构成传输数据的数据元映射的斩波时长，这样，随着电力的传输，含有斩波的信息随着也被传输出去，在接收端将斩波的信息分离出来，就能获得与斩波时长对应的构成传输数据的数据元，从而实现电力线载波通信。此种技术，由于每个交流电压周期才传输一个数据元，而一个完整的数据，如一个byte（字节）是由8位数据元构成，这样，传输一个byte，就需要8个交流周期，而要完成一个信息的传输，往往需要很多个字节，这样，信息的传输速度很慢，由于交流电压的波形，是很容易受到干扰的，如某个家用电器的开启，都可能对交流电压的波形产生影响，从而使传输的信息失真，导致信息传输失败。


技术实现要素：

3.本发明的发明目的在于提供一种结构简单、体积小、使用方便、信息传输速度快的基于电力线的通信方法及装置。
4.本发明基于电力线的通信方法是这样实现的，包括：对电力线上的交流电进行电压相位检测，以确定同步基准电压相位；根据所述同步基准电压相位和斩波时长在交流电的电压波形的半个周期内对交流电进行斩波处理，所述斩波时长与由2个以上的数据元组合而成的通信数据对应；通过所述电力线将斩波后的交流电传输至接收端。
5.通信所传输的通常是数据，而数据是由数据元组合而成，通常的数据元是二进制的“0”和“1”，那么，10进制的0转换成二进制的数是“0”，10进制的1的转换成二进制的数是“1”，10进制的2的转换成二进制的数是“01”，10进制的3的转换成二进制的数是“11”，10进制的4的转换成二进制的数是“001”，10进制的5的转换成二进制的数是“101”，10进制的6的转换成二进制的数是“011”，10进制的7的转换成二进制的数是“111”、10进制的8的转换成二进制的数是“0001
”……
，这样，根据斩波时长的由短到长，依次对应“0”、“1”、“01”、“11”、“001”、“101”、“011”、“111”、“0001
”……
，这样，所传输的信息是由数个数据元组成的数据，配合半个周期的传输速度，从而相对于已有技术，在结构简单、体积小、使用方便前提下，显著地提升了通信速度。
6.这里，同步基准电压相位是零或者是π的整数，在交流电的电压波形的半个周期内
确定斩波时间段范围，在该斩波时间段范围设置若干个斩波点，斩波时长从同步基准电压相位开始至斩波点为止。在该斩波时间段范围设置若干个斩波点，在避免检测误差所导致的检测数据错误的情况下，充分利用电压波形的半个周期的时长，最大化地增加斩波时长数量，以便获取更多的斩波时长所对应的不同的数据，以增加通信所传输的数据量。
7.这里，同步基准电压相位是零或者是π的整数时，斩波时间段的时长少于交流电的电压波形的半个周期，斩波时间段的起始时间与同步基准电压相位间相差一段延时时间段，斩波从同步基准电压相位开始。由于进行交流电的电压相位检测时，受检测器件的性质所决定，零或者是π的整数的相位的检测往往是通过检测电压值为零时的相位，而检测器件（如光耦）是有过零点死区，即过了零电压后，电压达到一定值后，检测器件才有反应，采用斩波时间段的时长少于交流电的电压波形的半个周期，并使斩波时间段的起始时间与同步基准电压相位间相差一段延时时间段，这样，就能避开检测器件过零点死区所造成的斩波时长被检测器件过零点死区时长所覆盖，从而导致斩波时长失真的情况的发生。
8.这里，为了保证斩波时长的准确性，同步基准电压相位是零或者是π的整数时，根据斩波时长以及交流电的频率、最高电压值和最低电压值得出该斩波时长的斩波点相位处的理论电压值，通过检测到达该斩波点相位处时的理论电压值的实际斩波时长，获得校正后的斩波时长，校正后的斩波时长即实际斩波时长。
9.由于进行交流电的电压相位检测时，受检测器件的性质所决定，零或者是π的整数的相位的检测往往是通过检测电压值为零时的相位，而检测器件（如光耦）是有过零点死区，即电压低于一定值后，检测器件就没有反应，此时，就判断已经到达零电压，而实际上还没有达到零电压，在这种情况下，依据没有校正前的斩波时长进行斩波，就会导致斩波点的相位不准确（实际的斩波时长短了），而接收端检测斩波时长的方法采用整流为方波时，其低电位是在零相位至实际斩波点的相位之间的，导致所测出的斩波时长与理论上的与通信数据对应的斩波时长不对应，导致，所解调出所传输的通信数据不准确甚至失败；采用电压和时间（到达该斩波点相位处）的双轴校正，获得实际的斩波时长，以实际的斩波时长来校正斩波时长，就获得校正后的斩波时长，从而保证斩波时长的斩波点相位与理论电压值的相位对应，保证斩波所传输的通信数据的准确性。
10.进一步地，检测交流电频率，并依据实时交流电频率斩波后的交流电所发送的数据包括头帧数据、通信数据，头帧数据包括依据通信数据中所对应的斩波时长中的最长时长和最短时长的数据所获得的校验值。
11.由于电网母线受用电电器的影响，或者谐波的影响，电网的50hz的基波会有1%左右的抖动，这样，就会导致斩波点不稳定，从而使接收端所检测的斩波时长与数据不对应，采用斩波后的交流电所发送的数据包括头帧数据，这样，接收端接收到头帧数据后，就能根据头帧数据的校验值对通信数据所对应的斩波时长进行校正，从而使斩波时长与数据对应，从而保证通信数据的准确、有效。当然，头帧可以使接收端知道数据即将到来，并进行数据接收的工作。
12.这里，交流电的半个周期内的斩波时间段内的斩波点的数量是2
n
，交流电的半个周期的斩波时长所对应的数据是由n个数据元构成的二进制数据，n=2、3、4、
……
。
13.显然，本专利申请技术的通信速度显著地比已有技术（专利申请cn201810439005.2）快至少2（两个数据元）*2（两个半周期）=4倍。
14.优选地，n=4。
15.斩波时长采用与由四个数据元构成的二进制数据对应，方便了编码、解码及通信。而且，一个周期就能传输一个字节（byte，由8个二进制的数据元“0”和“1”构成），同时，通信速度显著地比已有技术快（是cn201810439005.2专利申请的8倍）。
16.这里，将交流电的半个周期依序分成延时时间段、斩波时间段和供电时间段。这样，斩波时，就避免将整个交流电的半个周期都斩除，保证有电源供应用电电器，使用电电器维持工作状态。
17.进一步地，当交流电受干扰而导致电压波形抖动时，通过补偿电压的方式，保证交流电电压波形的稳定。受其它电器工作时的影响，如启动空调等大功率电器时，会使交流电的电压瞬间下降，使交流电的波形抖动，从而，在接收端接收斩波后的交流电压信号并整流后，会形成断续的高低电平方波，而不是连续的高低电平方波，从而给检测斩波时长造成干扰，通过补偿电压的方式，保证交流电电压波形的正弦波的稳定，这样，在接收端接收斩波后的交流电压信号并整流后，就不会形成断续的高低电平方波，而是完整的高低电平方波，保证检测斩波时长的准确性及可靠性。
18.一种基于电力线的通信方法，包括：接收电力线上传输的交流电的电压信号；对所述交流电的电压信号进行桥式整流，检测所述桥式整流后的电压信号的斩波时长；根据斩波时长，解调出交流电所携带的由2个以上的数据元组合而成的通信数据。
19.进一步地，接收电力线上传输的交流电的电压信号并进行桥式整流后，检测与斩波点相位处对应的电压，依据该电压的值及所检测的斩波时长得出与该电压的值所对应的与所检测的斩波时长最接近的理论斩波时长，该理论斩波时长即是校正后的斩波时长，根据校正后的斩波时长解调出交流电所携带的通信数据。
20.由于电网母线受用电电器的影响，或者谐波的影响，电网的50hz的基波会有1%左右的抖动，这样，就会导致时间段的时长不稳定，从而使接收端所检测的斩波时长与数据不对应，受电压正弦波的波形所决定，基于在斩波时间段设置数个斩波点，这样，每个斩波点所对应的电压是固定不变的，仅是在对称的时间点上，电压有可能是相同的，如在sin30
°
相位点上的电压，和在sin150
°
相位点上的电压是相同的，仅通过电压是难以区分该两斩波点，但是通过电压、时间（即所检测的斩波时长）的双轴校正，就能区分，这样，通过电压、时间的双轴校正就能获得抖动后的基波的斩波时长的斩波点的相位位置，然后与抖动前的标准基波的斩波时长的斩波点的相位位置及斩波时长长度比较，就获得校正后的斩波时长，从而通过校正后的斩波时长获得对应的准确的通信数据。
21.本发明的基于电力线的通信装置是这样实现的，包括同步相位检测电路、第一处理器、分时控制电路，同步相位检测电路的电源输入端、分时控制电路的电源输入端与电力线连接，第一处理器的电信号输入端与同步相位检测电路的电信号输出端连接，第一处理器的电信号输出端与分时控制电路的电信号输入端相连，分时控制电路的输出电源输出到接收端，其特别之处在于同步相位检测电路包括第一桥式整流电路、与第一桥式整流电路输出端相连的光耦，光耦电信号输出端与第一处理器的电信号输入端相连。
22.工作时，第一桥式整流电路将正弦波交流电源整流为半周期直流电源，每个半周
期直流起始是以零点开始，光耦在零点时是不导通的，过了零点后才导通，通过检测光耦是否导通，就能实现零点的同步相位检测，第一处理器根据预设的由2个以上的数据元组合而成的传输数据对应的斩波波长，控制分时控制电路对交流电源进行斩波，斩波后的交流电源输出到接收端，以便接收端接收斩波后的交流电源的波形信号，解调出相应的所传输的2个以上的数据元组合而成的传输数据。
23.这里，第一桥式整流电路的两电源输入端分别串接有电阻r1、r2。电阻r1、r2的作用是降压作用，由于电流通过电阻时，会发热，而发热到一定程度，会改变电阻的阻值，从而影响零点检测的准确性，本专利申请技术采用第一桥式整流电路的两电源输入端分别串接有电阻r1、r2，这样，由两个电阻r1、r2分别承担半个周期的电流，从而有效地避免因电阻因持续的电流作用（如在第一桥式整流电路的输出端串接降压电阻，专利申请cn201810439005.2采用的就是在变压后，串接电阻的技术），使发热达到改变电阻的阻值的情况的发生。
24.这里，为了保证斩波前的电源的波形稳定，在分时控制电路的电源输入端连接有保证电源波形稳定的电压补偿电路。工作时，若交流电源因外界的影响而导致电压瞬间下降（如开启空调等大型高功率电器时），使交流电电压的正弦波形出现抖动，此时，通过电压补偿电路，补偿电压下降的部分，保证输入到分时控制电路的电源输入端的交流电的电压的正弦波形稳定。
25.本发明的基于电力线的通信装置是这样实现的，包括信号侦听电路、第二处理器，其特别之处在于信号侦听电路包括第二桥式整流电路、方波整流电路，第二桥式整流电路的电信号输入端与带有斩波信号的电源相连，第二桥式整流电路的电信号输出与方波整理电路的电信号输入端相连，方波整理电路的电信号输出端与第二处理器的电信号输入端相连。
26.工作时，斩波电源经第二桥式整流电路整流为直流电，再由方波整流电路整流为方波，第二处理器依据方波间的零值电信号，获得斩波时长，并依据该时长，解调出相应的所传输的2个以上的数据元组合而成的传输数据。
27.这里，信号侦听电路的第二桥式整流电路的输出端并接有电压检测电路，电压检测电路的电信号输出端与第二处理器的电信号输入端相连。工作时，第二处理器依据斩波点的电压以及检测的斩波时长，获得理论斩波时长，以便依据理论斩波时长对检测的斩波时长进行校正，得到校正后的斩波时长，以便依据校正后的斩波时长解调出准确的2个以上的数据元组合而成的传输数据。
28.本发明与已有技术相比，其有益效果是：具有结构简单、体积小、使用方便、信息传输速度快的优点。
附图说明
29.图1为本发明的电力线的通信的结构示意图；图2为同步相位检测电路的电路图；图3为交流电波形、斩波时长、传输数据的对应图；图4为光耦过零点时的波形图；图5为信号侦听电路图。
具体实施方式
30.现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：如图1所示，本发明的基于电力线的通信装置是这样实现的，包括同步相位检测电路1、第一处理器2、分时控制电路3，同步相位检测电路1的电源输入端、分时控制电路3的电源输入端与电力线4连接，第一处理器2的电信号输入端与同步相位检测电路1的电信号输出端连接，第一处理器2的电信号输出端与分时控制电路3的电信号输入端相连，分时控制电路3的输出电源输出到接收端，如图2所示，其特别之处在于同步相位检测电路1包括第一桥式整流电路d1、与第一桥式整流电路d1输出端相连的光耦u1，光耦u1电信号输出端与第一处理器2的电信号输入端相连。
31.优选地，如图2所示，第一桥式整流电路d1的两电源输入端分别串接有电阻r1、r2。
32.优选地，如图1所示，在分时控制电路3的电源输入端连接有保证电源波形稳定的电压补偿电路5。
33.优选地，光耦u1是线性光耦，第一处理器2采用单片机adc采样电路。
34.本发明基于电力线的通信方法是这样实现的，包括：对电力线4上的通过同步相位检测电路1、第一处理器2对交流电进行电压相位检测，以确定同步基准电压相位；如图3所示，根据所述同步基准电压相位和斩波时长在交流电的电压波形的半个周期内通过第一处理器2控制分时控制电路3对交流电进行斩波处理，所述斩波时长与由2个以上的数据元组合而成的传输数据对应；通过所述电力线4将斩波后的交流电传输至接收端及负荷6（如电光源）。
35.优选地，同步基准电压相位是零或者是π的整数，在交流电的电压波形的半个周期内确定斩波时间段s1范围，如图3所示的“0”至“f”的范围，在该斩波时间段s1范围设置与16个斩波时长对应的斩波点，如图3所示的“0”至“f”共16个斩波点，斩波时长s2从同步基准电压相位o开始，至斩波点为止，如构成头帧数据的斩波时长t0从同步基准电压相位零点开始，到“0”至“f
”ꢀ
中的一个斩波点。
36.优选地，同步基准电压相位是零或者是π的整数时，斩波时间段s1的时长少于交流电的电压波形的半个周期，斩波时间段s1的起始时间与同步基准电压相位o间相差一段延时时间段s3，斩波时长从同步基准电压相位o开始计算。
37.如图4所示，采用光耦（线性光耦），过零点后，都有过零点死区a，该过零点死区a一般有0.8—1.5毫秒，若将过零点死区a纳入斩波时间段s1，那么，就会有时间段位于该零点死区a内，导致不能正确反映所需要传输的数据。采用延时时间段s3，就能有效地避开零点死区a内，使斩波时长能正确反映所需要传输的数据。
38.优选地，同步基准电压相位是零或者是π的整数时，根据斩波时长以及交流电的频率、最高电压值和最低电压值得出该斩波时长的斩波点相位处的理论电压值，通过检测到达该斩波点相位处时的理论电压值的实际斩波时长，获得校正后的斩波时长，校正后的斩波时长即实际斩波时长。电压的检测通过线性光耦配合单片机adc采样电路实现。
39.如图3所示，优选地，检测交流电频率，并依据实时交流电频率斩波后的交流电所发送的数据包括头帧数据、通信数据，头帧数据包括依据通信数据中所对应的斩波时长中的最长时长和最短时长的数据所获得的校验值。
40.优选地，交流电的半个周期内的斩波时间段s1内的斩波时长的数量是2
n
，交流电的半个周期的斩波时长所对应的数据是由n个数据元构成的二进制数据，n=2、3、4、
……
。
41.优选地，n=4。
42.优选地，将交流电的半个周期依序分成延时时间段s3、斩波时间段s1和供电时间段s4。
43.优选地，当交流电受干扰而导致电压波形抖动时，通过电压补偿电路5的补偿电压的方式，保证交流电电压波形的稳定。
44.本发明的基于电力线的通信装置是这样实现的，包括信号侦听电路7、第二处理器8，其特别之处在于信号侦听电路7包括第二桥式整流电路d2、方波整流电路701，第二桥式整流电路d2的电信号输入端与带有斩波信号的电源相连，第二桥式整流电路d2的电信号输出与方波整理电路701的电信号输入端相连，方波整理电路701的电信号输出端与第二处理器8的电信号输入端相连。
45.优先地，信号侦听电路的第二桥式整流电路的输出端并接有电压检测电路9，电压检测电路9的电信号输出端与第二处理器8的电信号输入端相连。电压检测电路9是线性光耦，第二处理器8是单片机adc采样电路，线性光耦配合单片机adc采样电路就能实现电压及时间的检测。
46.一种基于电力线的通信方法，包括：通过信号侦听电路7接收电力线上传输的交流电的电压信号；通过第二桥式整流电路d2对所述交流电的电压信号进行桥式整流，通过方波整流电路701将所述桥式整流后的电压信号转换为方波信号；根据所述方波信号中的高低点电平持续时间和预设的与斩波时长对应的由2个以上的数据元组合而成的传输数据，解调出交流电所携带的通信数据，根据通信数据解码出控制信号，通过负荷6的控制装置601控制负荷6工作。
47.优选地，接收电力线上传输的交流电的电压信号后，通过第二桥式整流电路d2对所述交流电的电压信号进行桥式整流，通过构成电压检测电路9的线性光耦配合作为单片机adc采样电路的第二处理器8检测斩波点相位处对应的电压的值并计时，以获得检测的斩波时长，依据该电压的值及所检测的斩波时长得出与该电压的值所对应的与所检测的斩波时长最接近的理论斩波时长，该理论斩波时长即是校正后的斩波时长，根据校正后的斩波时长解调出交流电所携带的通信数据。采用线性光耦及单片机adc采样电路后，由于单片机adc采样电路也具有检测斩波时长的效果，因此，无需要方波整理电路701，也能实现准确检测斩波时长的目的。
48.优选地，先获得头帧数据所对应的斩波时长，依据该头帧的数据所对应的斩波时长对头帧后面的后续所接收的交流电的电压信号的斩波时长进行校正，获得校正后的斩波时长所对应的通信数据。