电力线通信系统的制作方法
【专利摘要】一种电力线通信系统，该电力线通信系统在从AC缆线开始被滤波器遮挡的范围内，在一台母机和为了识别而被分配了独立的ID的多个子机之间通过PLC进行通信，所述母机指定所述多个子机中的进行动作控制的子机的ID而进行控制，其中，所述母机具有AC电源的交流过零点检测单元，所述母机与通过所述交流过零点检测单元检测出的过零点同步地，从AC电源的周期中选择特定的区间而向所述多个子机进行通信，一次的通信期间限定在电源周期的大约1/5～1/10以下的长度，分开多个必要的次数进行通信，具有从所述母机发送来的ID的子机与从母机发送来的指令同步地进行响应，由此，能够使用商用的交流电力线对多个LED灯泡/照明设备的点亮状态高速地进行控制。
【专利说明】电力线通信系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力线通信系统，尤其涉及为了对经由电力线与电力线通信控制装置连接的多个LED终端装置的点亮状态进行控制而使用的合适的技术。
【背景技术】
[0002]以往就存在以从远程位置进行控制设备的电源开/关和照明的调光、温度、湿度传感器的数据读取为目的，在AC缆线上叠加通信信号的电力线通信技术，以前具有1975年制定的与家庭自动化的设备间通信相关的国际开放式工业标准X10。
[0003]XlO标准是在电力配线上叠加数字数据来进行收发的标准，该数字数据按照120kHz的载波进行编码，当50/60HZ的交流波形在零附近时，被脉冲传输。由于交流波形在一次过零点时传输I比特的信息，因此是每一个指令大约需要800ms的非常低速率的通信方式。由于地址是8比特，理论上能够控制256种设备。
[0004]并且，美国埃施朗公司的Lon Works的电力线通信系统通过相同目的的电力线通信标准提高了通信速度和通信可靠性，其采用1999年的ANSI/EIA709.1、IS0/IEC14908-3作为标准规格。
[0005]该通信系统不依赖过零点而使用C波段(132KHZ/115KHZ)的BPSK或者A波段(86KHz/75KHz)的BPSK中的任意一个作为通信载波，数字通信速度在C波段上是5.4Kbps,在A波段上是3.6Kbps。地址支持32比特的IPv4，还能够构成不限于电力线通信的网络拓扑结构。
[0006]前者作为非常简单的控制系统，家庭用户等即使现在也在使用，并且后者也用于建筑物的维护等可靠性高的用途的控制系统。专利文献I提出一种电力线通信方法，该电力线通信方法具备对流入商用的交流电力线的电流的电压为零的过零点进行检测的过零点检测电路(例如，参照专利文献I)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2008-172329号公报。
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]近年来，以节省电力的需求高涨为背景，LED灯泡、LED照明设备急速普及，也出现了能够通过远程进行调光/调色控制之类的高功能的照明设备。这样的LED灯泡/照明设备也可以视为数字设备，在办公室和商业店铺、婚礼会场、蔬菜工厂等中，除了独立地管理这些照明设备之外，想要集中多个LED灯泡进行组控制的需求高涨。
[0012]上述的专利文献I所记载的技术能够用于子机侧的设备较少的情况，例如，连接有8台左右子机侧的照相设备的情况。但是，在只使用流入商用的交流电力线的电流的电压为零的过零点附近进行动作控制的情况下，能够通信的时间被限制在短时间。在进行多个LED灯泡/照明设备的调光、调色、开/关控制等的情况下，需要使通信速度高速化。
[0013]并且，在使用的照明器具的功率因数得到改善的情况下，有时在过零点附近产生与电源周期同步的噪声。进而，存在如下问题:当一同切换多个子机的动作时，电源电流的较大的变动会导致电压变动。
[0014]本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，能够使用商用的交流电力线来高速地控制多个LED灯泡/照明设备的点亮状态。
[0015]并且，其它的目的在于，以过零点为基准对通信期间进行调整、改变，对在通信系统中检测出的噪声的大小进行评价，只选定噪声较少的期间进行通信，由此，避免电源同步噪声的影响；通过组控制、动作模式控制来一同控制多个子机，由此，高速地进行控制；当一同切换多个子机的动作时，通过错开多个子机的动作的切换时机来抑制要产生的电源电流的变动。
[0016]用于解决问题的手段
[0017]在本发明的电力线通信系统中，在从AC缆线开始被滤波器遮挡的范围内，在一台母机和为了识别而被分配了独立的ID的多个子机之间通过PLC(p0Wer linecommunicat1n:电力线通信)进行通信，所述母机指定所述多个子机中的进行动作控制的子机的ID而进行控制，其特征在于，
[0018]所述母机具有AC电源的交流过零点检测单元，
[0019]所述母机与通过所述交流过零点检测单元检测出的过零点同步地，从AC电源的周期中选择特定的区间而向所述多个子机进行通信，一次的通信期间限定在电源周期的大约1/5?1/10以下的长度，分开多个必要的次数进行通信，
[0020]具有从所述母机发送来的ID的子机与从母机发送来的指令同步地进行响应。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，将多个LED灯泡/照明设备分为多个组，按照每个组控制点亮状态，因此，能够使用商用的交流电力线对多个LED灯泡/照明设备的点亮状态高速地进行控制。
[0023]并且，按照各个组来决定让哪个LED灯泡/照明设备参加。由此，能够让各灯泡/照明设备参加多个组，因此，能够提高点亮控制的自由度。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是示出本发明所涉及的电力线通信系统的整体结构的图。
[0025]图2是示出电力线通信载波和编码数据的一个例子的图。
[0026]图3A是对叠加在AC电源上的通信时机进行说明的图。
[0027]图3B是对叠加在AC电源上的通信时机进行说明的图。
[0028]图3C是对叠加在AC电源上的通信时机进行说明的图。
[0029]图3D是对叠加在AC电源上的通信时机进行说明的图。
[0030]图4是对来自管理电脑的LED灯组控制的过程进行说明的时序图。
[0031 ]图5A是对组控制进行说明的图。
[0032]图5B是对组控制进行说明的图。
[0033]图5C是对组控制进行说明的图。
[0034]图?是对组控制进行说明的图。
[0035]图6是示出LED灯标签的电路结构的一个例子的图。
[0036]图7是对滤波电路的结构例进行说明的图。
[0037]图8是对控制器的结构例进行说明的图。
[0038]图9是示出管理电脑的结构例的框图。
【具体实施方式】
[0039]在图1中示出本发明所涉及的电力线通信系统的结构例。
[0040]如图1所示，本实施方式的电力线通信系统是由以下部分构成的系统:管理电脑(构成上位系统的集中管理装置)101，其用于进行统一集中管理；控制用通信缆线102，其传递来自该管理电脑101的控制信号；控制器(电力线通信控制装置:主机用读取器:母机)103，其为了将控制信号叠加在电力线上，而将控制信号编码到载波上；滤波器连接缆线104，其传递编码后的信号；商用电源缆线105，其引入住宅内；滤波器106，其连接商用电源缆线105和滤波器连接缆线104，将编码后的控制信号叠加在商用电源上，并且提取来自子机侧的响应信号而传递到滤波器连接缆线104，并且阻隔与商用电源缆线105侧之间的高频分量；AC缆线107，其连接多个子机；以及LED灯标签(照明设备组)108，其是作为控制对象的子机。
[0041]在图2中示出控制器103向滤波器连接缆线104输出的指令码的载波。
[0042]在本实施方式的电力线通信系统中，载波和调制方式采用FSK(400KHz/444KHz)的NRZI方式。
[0043]通信数据将用于取得同步的SYNC图案和数据验证用的SUM校验码添加在末尾。此夕卜，同步图案SYNC采用16etu (element time unit:基本时间单元)的I个连续。
[0044]通过滤波器106将该载波叠加在电源缆线105上，输出到AC缆线107。在图3中示出该AC缆线107的信号波形。
[0045]图3A是不在交流电源上叠加特殊的噪声，在交流电源的过零点上进行通信的波形的例子。
[0046]图3B是不在交流电源上叠加特殊的噪声，在交流电源的过零点还有另一个位置上进行通信的波形的例子。
[0047]图3C是在交流电源的最大峰值电压附近叠加有噪声的例子，是发生在负载通过整流电路而被直流化后进行动作的情况下的例子。是在电压波形中，如箭头301所示，在最大峰值附近电压只是略微下降，电源电流在此时集中流动的例子。在该例子中，也在交流电源的过零点进行通信。
[0048]图3D是如箭头302所示在交流电源的过零点附近叠加噪声的例子，是发生在负载为了改善功率因数而连在过零点附近也控制受电动作的情况下的例子。在该例子中，避开交流电源的过零点进行通信。
[0049]接着，一边参照图4的时序图，一边对来自管理电脑101的LED灯组控制的过程进行说明。
[0050]图4是示出对组A的点亮动作进行控制的例子的图。
[0051]在时刻tl从管理电脑101向控制器103输出LED灯组控制指令。
[0052]当控制器103接收从控制器103发送来的控制指令时，进行通过PLC通信发送给子机的处理(SI)。而且，在时刻t2，通过PLC通信将LED灯组控制指令输出到多个子机(照明设备组)108。
[0053]从控制器103输出的信号通过滤波器106叠加在AC缆线107的AC电源电压上，被送到多个子机(照明设备组)108。
[0054]多个子机(照明设备组)108的各个照明设备从信号中取得指定了组A的点亮命令，各照明设备判断自己是否属于组A，如果不属于组A则不执行点亮动作，继续进行指令的待机状态。并且，如果属于组A，则在时刻t3将接收到指令的情况通过PLC通信返回，经过延迟时间(td)后进行点亮动作(S2)。
[0055]当控制器103通过PLC通信接收到来自多个子机(照明设备组)108的响应时，在时刻t4控制器103将表示来自子机的正常响应的应答发送到管理电脑101 (S3)。
[0056]多个子机(照明设备组)108在接收到指令后，不立刻进行照明的动作控制，而是等待延迟时间(td)经过后再进行动作，这是为了避免由多个照明设备一同起动而产生较大的电流变动。在延迟时间(td)中，有以下情况:设备每次都根据随机数的产生而延迟动作切换控制时机的情况；利用各固有的ID数据而延迟的情况；以及在照明设备的设置时利用分散设定的延迟数据的情况。延迟时间(td)采用在O?I秒以内的程度以使特殊的点亮延迟不明显。
[0057]【第I实施方式】
[0058]以下，一边参照附图一边对本发明的【具体实施方式】进行说明。
[0059]在图5中示出本实施方式所涉及的组控制的例子。
[0060]在以往的墙壁开关的开/关、调光器的调光中，作为控制对象的照明器通过预先对应的电源配线而固定。因此，不能在相同的照明器的电源配线中实现如下的自由设定:根据晨昼夜的时间而划分控制组、根据窗边和通道侧而划分组、根据用途而特别的组(只有一部分区域的点进行点亮等)等。
[0061]在本实施方式中，为了解决该课题，给LED灯标签108赋予与各个照明器具的设置场所对应的ID号码。并且，为了以各种各样的组单位进行动作控制，将LED灯标签108划分为组I?组10来登记。
[0062]LED灯标签108的各LED灯标签除了存储与各自的设置场所对应的ID号码之外，还存储划分后的组代码。LED灯标签108的特定的LED灯标签可以不划分到任何一个组或者也可以重复登记到多个组，但在该例子中，所有的LED灯标签108全部登记到任何一个组。并且，LED灯标签108的一部分登记到多个组。通过从管理电脑101向控制器103的控制而实现组控制。在管理电脑101、控制器103中对与各个照明器的设置场所对应的ID号码和登记到组的登记数据进行存储。
[0063]在图5的组定义例中，如图5A所示，将本实施方式的标记了 ID号码的64个LED灯泡(LED灯标签108)配置到天花板上，以组I?组10的组来划分。属于相同组的LED灯泡接受相同的调光设定。在通过该组控制来发送调光指令的情况下，只指定所设定的调光电平和对象组即可。
[0064]在重复划分到组的LED灯泡(LED灯标签108)接收到该组指定的调光指令而暂时进行动作后，在进一步根据重复登记的其它的组指定而接收到调光指令的情况下，根据后面接收到的调光指令进行动作。
[0065]这样，通过进行组划分，例如，如图5B所示，能够使组2?组8的组以“亮度100% ”点亮，只使组I以“亮度30%"点亮。
[0066]并且，如图5C所示，能够使组3?组8的组以“亮度100% ”点亮，使组I和组2以“亮度30%”点亮。
[0067]并且，如图所示，能够使组3?组8的组以“亮度100%”点亮之后，使组1、组2和组10以“亮度30%”点亮。
[0068]【动作模式控制】
[0069]接着，对动作模式控制进行说明。
[0070]在64个LED灯泡中的作为动作模式控制的对象的LED灯泡中预先存储与Ml?丽的多个动作模式对应的动作设定。在本例中，定义8种动作模式，在所有64个LED灯泡中预先存储与指定的8种动作模式对应的动作设定。
[0071]从管理电脑101向控制器103发出动作模式的指示，从控制器103发送来的动作模式的指示信号通过滤波器106在AC缆线107上叠加在AC电源电压上而发送到64个LED灯泡。各个LED灯泡在经过各自的延迟时间(td)后从预先存储的8种动作设定切换到指定的动作设定。在具有动作模式控制的对象以外的LED灯泡的情况下，不接受动作模式的指定，继续之前的动作。
[0072]S卩，如果是预先登记的点亮图形，则能够通过一次通信对动作进行控制。另外，虽然切换多个LED灯泡的动作模式，但是根据到控制动作为止的各自的延迟时间(td)而没有同时切换所有LED灯泡的动作，因此抑制电流变动。在向64个LED灯泡指定各自的ID，对点亮状态进行控制后，作为新的动作模式进行存储，由此，能够将新的点亮图形追加成动作模式控制。
[0073]因此，与图5的例子相比，存储器的使用量增加，但是能够用一条指令进行统一的调光图形的设定，非常方便。
[0074]图5所示的组控制和动作模式控制中的任何一个方法，都能够对多个LED灯泡同时发送切换动作的指令，因此能够高速地进行控制。
[0075]并且，各LED灯泡在各自的延迟时间(td)后对动作进行切换，因此，能够不向电源电流流入较大的浪涌电流，电源电压变动也变小。
[0076]图6是示出LED灯标签108的电路结构的一个例子的图。通过AC缆线107和耦合电路1081对PLC通信用收发信号进行耦合。LED灯标签108的内部控制电路1083?1085用在整流电路1082中生成的DC电压进行驱动。
[0077]收发信号电路1083将来自控制器103的通信指令从AC缆线耦合电路1081输入并对其进行增幅、解调，并且将信号成分传递到控制电路1084，除此之外，还对来自控制电路1084的响应数据进行调制，并传递到AC缆线耦合电路1081。
[0078]控制电路1084具有如下功能:对通信指令进行分析，向LED驱动电路1085输出控制信号、以及将控制电路内的保持数据返回到收发信号电路1083进行响应。该控制电路1084内设有随机数产生器1084b，该随机数产生器1084b产生用于进行在图5中说明的组控制和动作模式控制的存储器1084a延迟时间数据。LED驱动电路1085是根据来自控制电路的LED控制信号进行点亮、熄灭、调光控制的电路。
[0079]LED点亮部1086由实际发光的LED和用于使LED高效地提供电力的周边电路构成。例如，当通过LED控制信号指定调光电平50%时，LED驱动电路1085对充电到充电用线圈L的电力进行调整使得供给到LED的电力变成50%。此外，LED点亮部1086内的PTC是温度保护用的电路。
[0080]在图7中示出滤波器106的结构图。经由与外部电力供给源的电源侧端子连接的FUZE和雷击浪涌对策用的安全电路1061，在连接LED灯标签108 —侧的AC缆线107之间搭载滤波电路1062。该滤波电路1062具有以下功能:阻隔来自控制器103的控制信号向电源缆线105侧行进，并且阻隔来自电源缆线105侧的噪声。通过AC耦合电路1063传递来自控制器103的控制信号和来自LED灯标签108的响应信号。并且，通过电源1064生成针对控制器的DC电源输出。通过过零点检测电路1065，将电源电压的极性反转的时机作为动作的基准点进行检测。
[0081]图8是控制器103的结构图。
[0082]通过连接来自滤波器106的DC电源输出的DC电源输出电路1031，生成控制器的电源。232C转换电路1032是与管理电脑101通信的通信接口用的电路，与控制电路1033连接。控制电路1033具有以下功能:根据来自管理电脑101的管理设定，进行LED灯标签108的点亮、熄灭控制和基于组指令的LED灯标签108的动作模式控制等。该控制电路1303与LED灯标签108的收发电路1103连接，由于通过该电路与AC缆线107耦合，所以转换成交流信号。
[0083]可变延迟电路1035产生将过零点检测信号作为基准时机信号在电源周期内进行通信动作的时机。
[0084]在收发电路1103中，在没有来自LED灯标签108的返回时，测定进入接收系统的噪声电平，对进行通信动作的时机的候选的噪声电平的大小进行判定。根据该结果，控制电路1033选择噪声电平小的时机作为候选。
[0085]但是，当只根据噪声小来决定通信时机时，也有可能选择了以下时机:来自LED灯标签108的电源缆线的输入阻抗变低，AC缆线107中的传输损耗变大，噪声变小，但是传输信号也变小。
[0086]在本实施方式中，接着，在控制器103中，控制电路1033对收发电路1103进行控制，反复执行依次向LED灯标签108返回的指令，为了通信的成功率选择没有问题的时机。
[0087]决定该通信时机的动作基本上在设置系统时执行、决定，但是在运行中也能够通过来自管理电脑101的指示而执行。
[0088]图9的例子是示出本实施方式的管理电脑101的硬件结构的框图，进行电力线通信控制。
[0089]如图9所示，本实施方式的管理电脑101具有CPU(Central Processing Unit:中央处理单兀)1011 和 HDD/SSD (Hard Disk Drive/Solid State Drive:硬盘驱动 / 固态驱动)1012。并且，具有 ROM (Read Only Memory:只读存储器)1013、RAM (Random AccessMemory:随机存储器)1014以及VRAM (Video RAM:显存)1015。还具有键盘1016、鼠标1017、记录介质1018以及监视器1020，这些各模块通过总线1019相互连接。
[0090]在HDD/SSD1012上存储有读出多个连接的LED灯标签108的ID的多读取控制处理的程序和控制LED灯的组等的程序。CPU 1011经由总线1019从HDD/SSD 1012读出控制处理的程序，一边在RAM 1014展开一边执行程序。并且，CPU 1011根据控制处理的程序的指令，经由总线1019从HDD/SSD 1012读出多读取控制处理数据，通过VRAM 1015在监视器1020上显示。
[0091]管理电脑101经由接口 1021与控制用通信缆线102连接，将各种指令送到控制器103，接收从控制器103发送来的来自LED灯标签侧的响应信号。
[0092]CPU 1011根据从键盘1016和鼠标1017等指示设备输入的数据或者指令，进行多读取控制处理、组控制处理、动作模式控制、通信时机的决定控制等各种处理。
[0093]根据所述的实施方式，能够对LED灯泡/照明设备单独地进行点亮、熄灭、调光控制。并且，能够用一条指令进行针对预先设定的点亮图形的控制，因此能够高速地进行针对规定的点亮图形的控制。
[0094]并且，也能够对LED灯泡以外的装置进行开-关控制、动作控制。
[0095]并且，由于能够读取来自子机的信息，因此通过在子机上组入传感器装置，能够进行各种物理量的检测。例如，组入温度传感器能够检测温度计、组入湿度传感器能够检测湿度计，组入压力传感器能够检测气压计，组入对红外线的变化进行检测的热电型红外传感器能够检测发热体的移动(人体、动物等)。
[0096]以过零点为基准在电源周期中选择通信错误较少的时机在规定的时间内对通信动作进行通信，由此，由于使用叠加在AC电源上的电源同步噪声小的时机进行通信，因此能够抗噪。
[0097]并且，在一同对子机的动作进行控制时，也能够抑制电源电流的变动。
[0098]标号说明
[0099]101管理电脑
[0100]102控制用通信缆线
[0101]103电力线通信控制装置
[0102]104滤波器连接缆线
[0103]105商用电源缆线
[0104]106滤波器
[0105]107 AC 缆线
[0106]108 LED 灯标签。
【权利要求】
1.一种电力线通信系统，该电力线通信系统在从AC缆线开始被滤波器遮挡的范围内，在一台母机和为了识别而被分配了独立的ID的多个子机之间通过PLC进行通信，所述母机指定所述多个子机中的进行动作控制的子机的ID而进行控制，其特征在于， 所述母机具有AC电源的交流过零点检测单元， 所述母机与通过所述交流过零点检测单元检测出的过零点同步地，从AC电源的周期中选择特定的区间而向所述多个子机进行通信，一次的通信期间限定在电源周期的大约1/5?1/10以下的长度，分开多个必要次数进行通信， 具有从所述母机发送来的ID的子机与从母机发送来的指令同步地进行响应。
2.一种电力线通信系统，该电力线通信系统在从AC缆线开始被滤波器遮挡的范围内，在一台母机和为了识别而被分配了独立的ID的多个子机之间通过PLC进行通信，所述母机指定子机的ID而进行控制，其特征在于， 所述母机具有AC电源的交流过零点检测单元， 所述母机与通过所述交流过零点检测单元检测出的过零点同步地，在所述AC电源的周期中，选择特定的区间来发送指令，所述子机与从母机发送来的指令同步地进行响应，所述母机具备: 设定单元，其在电源周期内设定用于通信的区间； 噪声电平评价单元，其对叠加在通信的接收系统上的噪声电平进行评价；以及 稳定度评价单元，其对通信的稳定度进行评价， 选定通过所述噪声电平评价单元评价出的噪声电平较低、且通过所述稳定度评价单元评价出的通信稳定度较好的区间来进行通信。
3.根据权利要求1或2所述的电力线通信系统，其特征在于， 以Grl?GrN的多个组对多个子机进行分类，所述母机指定组而对子机的动作进行控制， 各个子机具有以下情况:没有登记到任何组的情况；只登记到特定的组的情况；以及登记到多个组的情况。
4.根据权利要求1或2所述的电力线通信系统，其特征在于， 所述电力线通信系统具有Ml?MN的多个动作模式的设定， 所述多个子机具有记录单元，所述记录单元对Ml?MN的多个动作模式中的各个子机的动作模式进行记录， 所述母机通过对所有子机指示特定的动作模式，一同对多个子机进行控制。
5.根据权利要求3或4所述的电力线通信系统，其特征在于， 所述多个子机各自具有随机数产生单元， 在所述母机对子机的动作进行了控制的情况下，各个子机根据从所述随机数产生单元得到的随机数来延迟动作的切换时机。
6.根据权利要求3或4所述的电力线通信系统，其特征在于， 在所述母机对所述多个子机的动作进行了控制的情况下， 所述多个子机根据各自固有的ID来延迟各自动作的切换时机。
7.根据权利要求3或4所述的电力线通信系统，其特征在于， 在所述母机对所述多个子机的动作进行了控制的情况下，所述多个子机根据各自固有的设定来延迟动作的切换时机。
【文档编号】H04B3/54GK104285384SQ201380024846
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2012年5月25日
【发明者】北村宪治, 石井英一 申请人:株式会社吉川Rf半导体