PLC智能灯控方法、PLC网关、PLC灯具、及系统与流程

本申请涉及电力线载波通信技术应用在室内智能照明控制领域，特别是涉及一种plc智能灯控方法、plc网关、plc灯具、及系统。

背景技术：

宽带电力线载波通信技术(简称“宽带plc”)，是指信号载频在1-30mhz的电力线载波通信技术，其频段有效规避了千赫兹频段的常规低频干扰，采用正交或扩频调制方式实现了兆级数据传输，所以同传统的窄带plc相比，宽带plc具有较强的电网谐波免疫力、数据传输速率高、数据容量大等优势，所以宽带plc最先在电力抄表业务中得到了越来越广泛地应用。。

理论上plc通信频率段越低，则传输损耗越小、通信信号覆盖越远；而plc通信频率段越高，则通信速率越快、通信数据量越多。在plc电力抄表业务管理中，由于电力环境相有差异，所以在同一个地区的不同用电台区，采用指定频段的方式来避免台区间的plc信号干扰和串扰，譬如：台区a工作于固定的频段a，相邻的台区b工作于固定的频段b，以此类推。

宽带plc技术，在很多技术层面上都胜过了无线通信技术，也规避传统有线通信技术必须铺设专用通信线的麻烦，所以将宽带plc技术应用到智能家居、室内智能照明控制等领域，是近几年来的技术发展趋势。

不同于已广泛应用的plc电力抄表系统，室内plc智能灯控系统是近来才起步的技术应用，尚存在许多问题，这些问题主要包括：

(1)plc灯具可组网的节点数：plc灯具中的led驱动电源属于电力电子设备，其中的高频谐波会在电力线上引入电磁噪声。在照明现场，同时工作的灯具越多，则汇聚抬高的电力线背景噪声越大，越低plc通信的信噪比(snr)和plc信号的接收灵敏度，导致plc灯具可组网的节点数受限。

(2)plc灯具入网速度：理由同上，led驱动电源引入电磁噪声，降低plc单灯控制器对plc信号的接收灵敏度，降低灯具入网速度。

(3)plc灯具入网后的网络稳定性：入网后的plc灯具，可能由于信噪比太低而中断和plc网关之间的通信，导致已入网的plc灯具节点脱网离线。

(4)plc灯具对灯控指令的响应速度：入网后的plc灯具，由于对plc信号的接收灵敏度很低，对灯控指令的响应迟钝，导致响应速度被明显延迟。

(5)plc灯具对灯控指令响应动作的一致性：入网后的多个plc灯具，由于对灯控指令响应延迟的时间长短不一，现场灯具动作步调的一致性差，典型的现象是：对“一起全开/全关”灯控指令的响应表现为“拖沓的全开/全关。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种plc智能灯控方法、plc网关、plc灯具、及系统，以解决现有技术中至少一个问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc智能灯控方法，应用于plc网关，所述方法包括：向plc网关所在的plc局域网内连接的一或多个plc灯具下发包含当前的通信频段的信息的灯控指令；判断是否在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的表征接收到所述灯控指令的响应应答；若是，则保持当前通信频段不变；若否，则切换到相邻的下一个通信频段并从头开始执行各步骤，直至在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的响应应答。

于本申请一实施例中，所述切换到相邻的下一个通信频段为：自动增大一定范围的载波频率以作为下一通信频段。

于本申请一实施例中，所述灯控指令包括：针对任意一个所述plc灯具的单灯控指令、及针对至少两个所述plc灯具的批量灯控指令。

于本申请一实施例中，所述灯控指令包括：开关动作、亮度调节、及色温调节中任意一种或多种组合。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc智能灯控方法，应用于plc灯具，所述方法包括：接收plc灯具所在plc局域网内连接的plc网关发送的包含当前的通信频段的信息的灯控指令；向plc网关发回表征接收到所述灯控指令的响应应答，同时将调制频段调整至所述灯控指令中包含的通信频段，以解调所述灯控指令的信号并执行相应控制动作。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc网关，所述plc网关包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如上所述应用于plc网关的方法；所述通信器用于与plc灯具、服务器、及控制面板通信连接。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc灯具，所述plc灯具包括：plc单灯控制器、led驱动电源、及led光源；所述plc单灯控制器包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机指令；所述处理器运行计算机指令实现如上所述应用于plc灯具的方法；所述通信器用于与plc网关通信连接。

于本申请一实施例中，所述led驱动电源包括：emi滤波器、及功率变换器。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc智能灯控系统，所述系统包括：如上所述的plc网关、及一或多个如上所述的plc灯具：所述plc网关与各所述plc灯具同属一plc局域网；所述plc网关用于对各所述plc灯具下发灯控指令。

于本申请一实施例中，所述plc网关与服务器通信连接，以用于远程接收终端或云端下发的灯控指令；和/或，所述plc网关与plc面板通信连接，以用于在照明现场直接接收灯控指令。

综上所述，本申请的一种plc智能灯控方法、plc网关、plc灯具、及系统，通过向plc网关所在的plc局域网内连接的一或多个plc灯具下发包含当前的通信频段的信息的灯控指令；判断是否在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的表征接收到所述灯控指令的响应应答；若是，则保持当前通信频段不变；若否，则切换到相邻的下一个通信频段并从头开始执行各步骤，直至在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的响应应答。

具有以下有益效果：

本申请可以有效地抑制led驱动电源中的emi滤波器对plc通信信号的滤除，最大限度地提高plc通信信噪比，从而增多plc灯具可组网的节点数，加快plc灯具入网速度，提高plc灯具入网后的网络稳定性，加快plc灯具对灯控指令的响应速度和改善plc灯具对灯控指令响应动作的一致性。

附图说明

图1显示为本申请于一实施例中的plc智能灯控系统的场景示意图。

图2显示为本申请于一实施例中的应用于plc网关的plc智能灯控方法的流程示意图。

图3显示为本申请于一实施例中的应用于plc灯具的plc智能灯控方法的流程示意图。

图4显示为本申请于一实施例中的plc网关的结构示意图。

图5显示为本申请于一实施例中的plc灯具的结构示意图。

图6显示为本申请于一实施例中的工作于固定通信频段的plc智能灯控系统中节点的网络拓扑图。

图7显示为本申请于一实施例中的工作于自适应通信频段的plc智能灯控系统中节点的网络拓扑图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽然图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

plc电力抄表和plc智能灯控，虽然通信技术上，有许多相通共享之处，但是属于不同的应用领域，有各自业务特征和技术指标要求，主要差别在表1中列出。

表1plc电力抄表系统及业务特点与plc智能灯控系统及业务特点

如上表所示，不同于已广泛应用的plc电力抄表系统，室内plc智能灯控系统是近来才起步的技术应用，还存在诸多问题。

在plc灯控系统中，如何增多plc灯具可组网的节点数、加快plc灯具入网速度、提高plc灯具入网后的网络稳定性、加快plc灯具对灯控指令的响应速度和改善plc灯具对灯控指令响应动作的一致性，正是本申请所要解决的主要问题。为解决上述至少一个问题，本申请提出了一种plc智能灯控方法、plc网关、plc灯具、及系统。

如图1所示，展示为本申请于一实施例中plc智能灯控系统的场景示意图。如图所示，所述系统包括：plc网关110、一或多个plc灯具120。

plc灯具120加入plc网关110发起的plc局域网，所述plc网关110与各所述plc灯具120同属一plc局域网；所述plc网关用于对各所述plc灯具下发灯控指令。

另外，所述plc网关110还可与服务器130通信连接，以用于远程接收终端或云端下发的灯控指令。例如，用户可采用适合的客户端132的人机界面(如手机、电脑)登陆管控平台131，再通过服务器130和plc网关110来控制一或多个plc灯具120；其中，所述客户端132可包括安装有app管理应用或手机小程序，用户通过所述app管理应用或手机小程序可远程与plc网关110交互实现控制一或多个plc灯具120。

其次，所述plc网关110还可与plc面板140通信连接，以用于直接接收灯控指令。例如，用户可通过设置于墙上的独立或集成的plc面板140，直接地与plc网关110交互实现控制一或多个plc灯具120。

需要说明的是，室内plc智能灯控系统所存在问题的源头简单来说可以归结为“电力线上的信噪比”，即plc信号强度和电力线上电磁噪声强度之比，只要增大plc通信信噪比，则会改善plc智能灯控系统在诸如灯具组网、灯具受控等方面的性能。为解决上述问题，在本申请所述的plc智能灯控方法中，引入与plc抄表系统应用中分配固定频段的不同策略：即在plc网关和plc灯具中，引入自适应调整通信频段的策略。

如图2所示，展示为本申请于一实施例中的应用于plc网关的plc智能灯控方法的流程示意图。如图所示，所述方法应用于plc网关，包括：

s201：向plc网关所在的plc局域网内连接的一或多个plc灯具下发包含当前的通信频段的信息的灯控指令。

于本实施例中，在如图1所述的plc智能灯控系统上电后，plc网关先工作于默认的通信频段。优选地，默认的通信频段为低频段，一般来讲，低频段传输损耗较小、通信信号覆盖较远。

于本实施例中，plc网关在上电工作后，会向所在plc局域网内的一或多个plc灯具下发灯控指令，其中灯控指令中包含当前的通信频段的信息，如在一开始为默认的通信频段。在plc网关下发灯控指令的同时还做好准备接收plc灯具返回的响应应答。

s202：判断是否在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的表征接收到所述灯控指令的响应应答。

于本实施例中，由于电力线上有害的电磁噪声太复杂，有时有益的plc信号也被抑制，led电源引入到电力线上的电磁干扰会降低plc通信信噪比，所以此时该通信频段并不适合。因此，通过在本方法中添加一时间阈值以对接收到各所述plc灯具返回的表征接收到所述灯控指令的响应应答进行判断，从而确定当前通信频段是否合适。

s203：若是，则保持当前通信频段不变；若否，则切换到相邻的下一个通信频段并从头开始执行各步骤(重新执行s201～s202)，直至在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的响应应答。

于本实施例中，如果在设定的时间阈值内，plc网关能接收到plc灯具正确的应答，则表明目前的通信频段是适合的，就保持通信频段不变；如果在设定的时间阈值内，plc网关不能接收到plc灯具正确的应答，则表明在目前工作的通信频段内，电力线上有害的电磁噪声太复杂，有益的plc信号也被抑制，所以通信频段是不适合的，则plc网关和plc灯具就自动切换到相邻的下一个通信频段。

具体来说，所述切换到相邻的下一个通信频段为：自动增大一定范围的载波频率以作为下一通信频段。plc通信频率，实质上就是指plc信号的载波频率，即调制频率。载波信号是plc芯片中的高频调制线路产生的，而调制频率是可以按照策略而自动调整的，如本专利，技术原理是：增大高频调制线路输出信号的频率到某一频段，就实现了本申请中所述的切换到相邻的下一个通信频段。

通常宽带plc的载频频段(也即通信频段)在1-30mhz内，可以划分为许多小频段，譬如频段1：1-3mhz；频段2：4-6mhz；频段3：7-9mhz等等。切换到相邻的下一通信频段可以指：从第k频段切换到第k+1频段。

另外，频段的切换，在通信协议和控制策略上可以事先设计好，如具体切换过程是可以通过plc网关内的芯片或处理器自动实施。

于本申请一实施例中，所述灯控指令包括：针对任意一个所述plc灯具的单灯控指令、及针对至少两个所述plc灯具的批量灯控指令。另外，所述灯控指令包括但不限于常见的：开关动作、亮度调节、及色温调节中任意一种或多种组合。

如图3所示，展示为本申请于一实施例中的应用于plc灯具的plc智能灯控方法的流程示意图。如图所示，所述方法应用于plc灯具，包括：

s301：接收plc灯具所在plc局域网内连接的plc网关发送的包含当前的通信频段的信息的灯控指令。即对应图2中步骤s201所述的向plc网关所在的plc局域网内连接的一或多个plc灯具下发包含当前的通信频段的信息的灯控指令。

s302：向plc网关发回表征接收到所述灯控指令的响应应答，同时将调制频段调整至所述灯控指令中包含的通信频段，以解调所述灯控指令的信号并执行相应控制动作。

于本实施例中，所述应用于plc灯具的plc智能灯控方法是与所述应用于plc网关的plc智能灯控方法相适配的。plc灯具中的plc模块在接收到plc网关的灯控指令信号后，除了发回响应应答外，也会自动调整自身的载波频率，以保证正确的信号解调，如调整自身的载波频率可以通过plc网关内的芯片或处理器自动实施。

在实际场景中，所述plc灯具可能会连续收到多个包含不同的通信频段的信息的灯控指令，而plc灯具在每次接收到灯控指令后，均会按照s302的任务去执行，即发回表征接收到所述灯控指令的响应应答，同时将调制频段调整至所述灯控指令中包含的通信频段，以解调所述灯控指令的信号并执行相应控制动作。可能会出现还未解调完成又收到包含新的通信频段的灯控指令，那么此时plc灯具会直接重新执行步骤s302，即能够永远以最新的通信频段实现完整的流程，并执行最后灯控指令的相应控制动作。

如图4所示，展示为本申请于一实施例中的plc网关的结构示意图。如图所示，所述plc网关400包括：存储器401、处理器402、及通信器403；所述存储器401用于存储计算机指令；所述处理器402运行计算机指令实现如图2所述的方法；所述通信器403用于与如图5所述的plc灯具500、服务器、及控制面板通信连接。

即所述plc网关400可与服务器通信连接，以用于远程接收终端或云端下发的灯控指令。例如，用户可采用适合的客户端的人机界面(如手机、电脑)登陆管控平台，再通过服务器和plc网关400来控制一或多个plc灯具500；其中，所述客户端可包括安装有app管理应用或手机小程序，用户通过所述app管理应用或手机小程序可远程与plc网关400交互实现控制一或多个plc灯具500。另外，所述plc网关400还可与plc面板通信连接，以用于直接接收灯控指令。例如，用户可通过设置于墙上的独立或集成的plc面板，直接地与plc网关400交互实现控制一或多个plc灯具500。

在一些实施例中，所述plc网关400中的所述存储器401的数量均可以是一或多个，所述处理器402的数量均可以是一或多个，所述通信器403的数量均可以是一或多个而图4中均以一个为例。

于本申请一实施例中，所述plc网关400中的处理器402会按照如图2所述的步骤，将一个或多个以应用程序的进程对应的指令加载到存储器401中，并由处理器402来运行存储在存储器402中的应用程序，从而实现如图2所述的方法。

所述存储器401可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。所述存储器401存储有操作系统和操作指令、可执行模块或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集，其中，操作指令可包括各种操作指令，用于实现各种操作。操作系统可包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。

所述处理器402可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

所述通信器403用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信连接。所述通信器403可包含一组或多组不同通信方式的模块，例如，与can总线通信连接的can通信模块。所述通信连接可以是一个或多个有线/无线通讯方式及其组合。通信方式包括：互联网、can、内联网、广域网(wan)、局域网(lan)、无线网络、数字用户线(dsl)网络、帧中继网络、异步传输模式(atm)网络、虚拟专用网络(vpn)和/或任何其它合适的通信网络中的任何一个或多个。例如：wifi、蓝牙、nfc、gprs、gsm、及以太网中任意一种及多种组合。

在一些具体的应用中，所述plc网关400的各个组件通过总线系统耦合在一起，其中总线系统除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清除说明起见，在图4中将各种总线都成为总线系统。

如图5所示，展示为本申请于一实施例中的plc灯具的结构示意图。如图所示，所述plc灯具500包括：plc单灯控制器510、led驱动电源520、及led光源530。

所述plc单灯控制器510包括：存储器511、处理器512、及通信器513；所述存储器511用于存储计算机指令；所述处理器512运行计算机指令实现如图3所述的方法；所述通信器513用于与如图4所述的plc网关400通信连接。这里存储器511、处理器512、及通信器513与图4中plc网关400的存储器401、处理器402、及通信器403类似，故不再赘述。

其中，所述led驱动电源520包括：emi滤波器521、及功率变换器522。

需要说明的是，plc灯具500中的led驱动电源520，属于电力电子设备，是典型的电磁干扰噪声源，会将复杂的高频干扰引入到电力线上，led驱动电源520引入到电力线上的电磁干扰会降低plc通信信噪比。并且，一般来讲，灯具功率越大，则引入到电力线上的电磁干扰会更复杂，plc通信信噪比降低可能更多。

在plc灯具500中，为了通过emc认证，led驱动电源520的电子线路中，必须设置插入损耗足够大的emi滤波器521。led驱动电源520中的emi滤波器521，对电源自身而言，它会提高电源的emc(电磁兼容)性能，取得emc认证；但对plc通信而言，驱动电源中的emi滤波器521是双刃剑，一则：emi滤波器521会降低驱动电源对电力线的电磁污染，降低电力线上有害的背景噪声，有利于提高plc通信的信噪比；二则：emi滤波器521会无差别地滤除电力线上有益的plc通信信号，会明显地降低plc通信信噪比。

plc通信信噪比降低的一个重要原因是电力线上来自于开关电源的高频噪声，高频噪声越低，则plc通信信噪比可能就越高。但根据业界公开的led驱动电源的emc曲线测试结果可以得知，其测试结果已完全符合emc国际标准且余量足够大，即电源的emc性能已经很好了，再通过抑制电源的emi噪声来提高plc通信的信噪比，已经很难有努力的空间了，所以尝试进一步抑制驱动电源的emi源头以提高plc通信的信噪比的举措，已没有改善的空间，只能采取其它措施。

故本申请所述的分别应用于plc网关和plc灯具的plc智能灯控方法，是在保持led驱动电源520的emi滤波器521提高电源emc性能、降低电力线上有害背景噪声等功能的前提下，所提出的能够克服emi滤波器521对有益plc通信信号的滤除的方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种plc智能灯控系统，可参考图1所示，所述系统包括：如图4所示的plc网关、及一或多个如如图5所示的plc灯具：所述plc网关与各所述plc灯具同属一plc局域网；所述plc网关用于对各所述plc灯具下发灯控指令。其中，所述plc网关与服务器通信连接，以用于远程接收终端或云端下发的灯控指令；和/或，所述plc网关与plc面板通信连接，以用于直接接收灯控指令。

下面通过一个plc智能灯控系统现场的调试过程，来直观地阐述本申请中所提出的plc智能灯控方法的实施方式。如，现场的智能硬件组成包括：1个plc网关，41套plc灯具。每套plc灯具，由1个plc单灯控制器、1个led驱动电源和1个led灯具组成。

在测试现场的plc智能灯控系统中，对plc网关和plc灯具，先后尝试采用固定通信频段(0.7m-3m)，和本申请所提的自适应通信频段，如采用(0.7m-3m)、(2.5m-5.7m)、(5.7m-12m)，来测试并对比采取不同频段策略下的智能灯控性能，譬如：plc智能灯控系统在入网节点数、入网速度、网络拓扑图及其网络稳定性、灯具受控响应速度、灯具受控动作一致性等，对比测试结果在下表2中列出。图6展示了工作于固定通信频段的plc智能灯控系统中节点的网络拓扑图，图7展示了工作于自适应通信频段的plc智能灯控系统中节点的网络拓扑图。其中1号球表示plc网关节点，其他数字球表示plc灯具节点。空白球表示入网在线的plc灯具节点，而阴影球表示先入网后又脱网离线的plc灯具节点。

表2固定通信频段和自适应调整通信频段策略智能灯控性能对比一览表

有表2的对比结果表明，本申请所述的方法，可以有效地抑制led驱动电源中的emi滤波器对plc通信信号的滤除，最大限度地提高plc通信信噪比，从而增多plc灯具可组网的节点数，加快plc灯具入网速度，提高plc灯具入网后的网络稳定性，加快plc灯具对灯控指令的响应速度和改善plc灯具对灯控指令响应动作的一致性。

综上所述，本申请提供的一种plc智能灯控方法、plc网关、plc灯具、及系统，通过向plc网关所在的plc局域网内连接的一或多个plc灯具下发包含当前的通信频段的信息的灯控指令；判断是否在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的表征接收到所述灯控指令的响应应答；若是，则保持当前通信频段不变；若否，则切换到相邻的下一个通信频段并从头开始执行各步骤，直至在预设时间阈值内接收到各所述plc灯具返回的响应应答。

本申请可以有效地抑制led驱动电源中的emi滤波器对plc通信信号的滤除，最大限度地提高plc通信信噪比，从而增多plc灯具可组网的节点数，加快plc灯具入网速度，提高plc灯具入网后的网络稳定性，加快plc灯具对灯控指令的响应速度和改善plc灯具对灯控指令响应动作的一致性。

本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。