一种WiFi-PLC通信模块的制作方法
【专利摘要】本发明的一种WiFi-PLC通信模块，涉及一种通信模块技术，由于WiFi和电力线载波基于两种不同的协议，WiFi终端设备并不能直接和电力线载波设备直接通信；然而在智能家居领域的控制设备中，WiFi控制器和电力线载波控制器都存在着大大小小的问题；所述WiFi-PLC通信模块，是将WiFi芯片和电力线载波芯片结合起来，提供了Internet和PLC电力线载波通信的融合，实现了将WiFi信号转换成电力线载波信号，让用户可以通过手持设备方便的将控制信号传输到家里的电力线上进而控制智能家居；其在智能家居中的运用不仅可以解决铺设电缆问题也可解决空间局限问题。
【专利说明】-种WiFi-PLC通信模块
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信模块技术，具体涉及一种WiFi-PLC通信模块。
【背景技术】
[0002] 目前，智能家居领域中可谓百花齐放，其目的在于控制家具设备。家居设备状态 大致分成二种：一种是无线，另一种是有线。有线可以有485方式、232方式、ModBus同轴 电路、电力线。除电力线这一方式外，其它有线都需铺设电缆，一般很难实现。电力线在家 庭中应用最广，各个电器设备都需要电力，是最为广泛便捷的方式，但在经过各方面的尝试 后，由于各种原因（如硬件、软件）均无取得有效突破。另一种无线方式，如315MHZ、433MHZ 频率段，Zigbee、WIFI方式，由于它们使用无线方式，对好多铁皮中的电器无法完成通信或 无法跨房间的通信，同样有其局限性。
[0003] 为解决智能家居应用中存在的问题，我公司根据《基于自动路由技术的电力线载 波通信设计软件》（软著登字号0738779号）理论，特研发制作了 WiFi-PLC通信模块，解决 了智能家居使用电力线载波通信以及智能家居用手持设备(手机、平板、电脑）控制的模式 存在的问题，从中也使用了云服务器(大数据）实现了智能家居完整的一套控制系统。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的：利用一种WiFi-PLC通信模块，解决如今智能家居领域中存在的 控制繁琐、实现困难等各类问题。
[0005] -种WiFi-PLC通信模块，其包括天线、耦合电路、过零检测电路、功率放大电路、 供电电源；其特征在于还包含WiFi芯片和电力线载波通信芯片；提供了 Internet和PLC电 力线载波通信的融合，可以将WiFi信号转换成电力线载波信号，让用户可以通过手持设备 方便的将控制信号传输到家里的电力线上进而控制智能家居。
[0006] 所述的WiFi芯片，其内置有数据协议转换管理程序，使芯片除了运行标准的AP/ STA功能程序之外，还运行着协议转换管理程序，负责将WiFi网络和电力线网络上的数据 进行协调统一的双向透明传输，并对通信数据进行过滤和流向控制；当手持设备与WiFi芯 片建立的连接后，手持设备向WiFi芯片发送数据包后，WiFi芯片首先通过协议转换管理程 序对数据进行过滤，当判断出接收到的数据是符合电力线载波通信协议要求的合法数据时 将数据透传到电力线载波芯片中；反之，当智能家居设备发送数据到电力线载波芯片上时， 电力线载波芯片将数据透传到WiFi芯片上，协议转换管理程序将数据处理转换后，发送给 与WiFi芯片相连的手持设备。
[0007] 所述的WiFi芯片，其中同时内置接入点管理功能，用户可以设定自有手持设备中 WiFi网卡的固定MAC信息，WiFi芯片通过监测接入点MAC的通断情况了解用户是否在家 中，从而发送相应设防和撤防信号控制家中的智能安防系统。
[0008] 所述的电力线载波芯片，基于《基于自动路由技术的电力线载波通信设计软件》理 论，可以将接收到串口的数据调制成为DPSK信号，然后经过功率放大后耦合到电力线，通 过电力线传输数据，进而对家电设备进行控制；反之，家电设备回传的电力线载波信号，可 以经过芯片的解调功能，将信号解调出串口数据从串口发出。
[0009] 所述的WiFi-PLC通信模块，将WiFi信号转换成电力线载波信号，采用了 WiFi芯 片（MCU)到电力线载波芯片（MCU)的数据透传方式；当WiFi-PLC通信模块在内网或外网接 收到手持设备(手机、平板、电脑）的控制信号后，WiFi芯片首先通过协议转换管理程序对数 据进行过滤，当判断出接收到的数据是符合电力线载波通信协议要求的合法数据时，WiFi 芯片的TXD通过R-30透传给电力线载波芯片的47脚RX，经过电力线载波芯片处理，调制成 为DPSK信号，功率放大后耦合到电力线，通过电力线到家电设备器控制；反之，当家电的回 传信号，经过电力线后，通过电力线载波芯片解调，经芯片48脚TX、R-29及WiFi芯片RXD 透传到手持设备，从而实现双向通?目。
[0010] 本发明的有益效果在于：WiFi-PLC模块包含WiFi芯片和电力线载波通信芯片，具 有AP/STA功能，提供了 Internet和PLC电力线载波通信的融合，可以将WiFi信号转换成 电力线载波信号，让用户可以通过手持设备方便的将控制信号传输到家里的电力线上进而 控制智能家居。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明一种WiFi-PLC通信模块的原理框图。
[0012] 图2是本发明一种WiFi-PLC通信模块的原理图。
[0013] 图3是本发明一种WiFi-PLC通信模块的供电电源电路图。
[0014] 图4是本发明一种WiFi-PLC通信模块的功率放大电路图。
[0015] 图5是本发明一种WiFi-PLC通信模块的耦合电路图。
[0016] 图6是本发明一种WiFi-PLC通信模块的过零检测电路图。
[0017] 图7是本发明一种WiFi-PLC通信模块的具体应用实例图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步具体的说明。
[0019] 本发明的一种WiFi-PLC通信模块，如图1所示，其包括天线、WiFi芯片、电力线 载波芯片、耦合电路、过零检测电路、功率放大电路、供电电源。WiFi-PLC通信模块提供了 Internet和PLC电力线载波通信的融合，采用了 WiFi芯片（MCU)到电力线载波芯片（MCU) 的数据透传方式，将WiFi信号转换成电力线载波信号，让用户可以通过手持设备方便的将 控制信号传输到家里的电力线上进而控制智能家居。
[0020] 如图2所示，当WiFi-PLC通信模块在内网或外网接收到手持设备(手机、平板、式 电脑）的控制信号后，WiFi芯片内置有数据协议转换管理程序，负责将WiFi网络和电力线 网络上的数据进行协调统一的双向透明传输，并对通信数据进行过滤和流向控制。首先通 过协议转换管理程序对数据进行过滤，当判断出接收到的数据是符合电力线载波通信协议 要求的合法数据时，WiFi芯片的TXD通过R-30透传给电力线载波芯片的47脚RX，经过电 力线载波芯片处理，调制成为DPSK信号，功率放大后耦合到电力线，通过电力线到家电设 备器控制；反之，当家电的回传信号，经过电力线后，通过电力线载波芯片解调，经芯片48 脚TX、R-29及WiFi芯片RXD透传到手持设备，从而实现双向通信。
[0021] 所述的WiFi芯片，内置接入点管理功能，用户可以设定自有手持设备中WiFi网卡 的固定MAC信息，WiFi芯片通过监测接入点MAC的通断情况了解用户是否在家中，从而发 送相应设防和撤防信号控制家中的智能安防系统。
[0022] 如图3所示，220V电压经D42半波整流，通过Q1、Q2、D43、D44及ZD1、T1交换，经 D45整流得到12V直流电源，供功放电路，12V再经HT7150H，HT7133分别供电力线载波芯片 与WiFi芯片电源。
[0023] 当手持设备与WiFi芯片建立的连接后，手持设备向WiFi芯片发送数据包后，WiFi 芯片首先通过协议转换管理程序对数据进行过滤，当判断出接收到的数据是符合电力线载 波通信协议要求的合法数据时，WiFi芯片的TXD通过R-30透传给电力线载波芯片的47脚 RX，经过电力线载波芯片处理，调制成为DPSK信号。
[0024] 如图4所示，DPSK信号经过功率放大，即R8、R26、R10、VT1、VT2组成功放开关，电 力线载波芯片当TX没有发送信号时，功率电路停止工作，使其节能状态；VT3、VT4、VT5及 U5、U6等组成AB类功放电路；调节R19电阻的大小，进行放大倍数的调节；调节电阻R17 与R18电阻的值，调整输出信号的对称性，减小外带干扰；将电力线载波芯片输出信号放大 后，耦合到电力线。
[0025] 耦合电路能够隔离弱电与强电，信号以耦合的方式传递；如图5所示，D管起到消 除抑制电网反向耦合浪涌电压冲击作用，保护内部电路；耦合线圈利用1 :1的耦合变压器， 该耦合变压器选用所在载波频段具有良好响应的磁芯；抗电强度测试达到4000V，不击穿 (f=50Hz，t=60s ,漏电流1mA);接收带通滤波电路由LI、L2、C14、C17组成二阶带通滤波 电路，压抑工作频率以外的带外干扰，其中R1为保护限流用，取560欧；D1二极管起输入电 压限幅作用。
[0026] 电力线中除了 50Hz电源和载波通信信号外，还有各种干扰，如图6所示，在我们载 波通信设计中，以50Hz交流信号过零时噪声信号相对较小，在过零时，启动电力线载波芯 片发送信号，二极管VD2和电阻R33、R34的作用是在工频正半周时给电容C27充电，压稳二 极管VD4将电容C27两端电压稳定在5. IV，在工频负半周，VT6触发导通，驱动光耦D5导 通，光耦D5采用善通光耦，起到光电隔离作用，隔离强电和弱点；过零点信号的准确度直接 影响分时通信的效果，而过零检测电路的准确度取决于器件的精度，该部分电路的器件精 度越高越好。
[0027] 信号经上述步骤放大耦合到电力线，再通过电力线到家电设备器控制。
[0028] 反之，当家电的回传信号，经过电力线后，通过电力线载波芯片解调，经芯片48脚 TX、R-29及WiFi芯片RXD透传到手持设备(手机、平板、电脑)，从而实现双向通信。
[0029] WiFi-PLC通信模块的具体应用实例，如图7所示。
[0030] 用户通过手持设备向智能家居设备发出控制命令，控制命令通过家里内部Wifi路 由器或通过Internet送至WiFi-PLC模块。
[0031] WiFi-PLC模块将控制命令经过处理之后调制到电力线上。
[0032] 智能家居设备在收到信号后解调信号，并根据解调出的控制命令做出相应响应。
[0033] 用户可以设置安防功能，通过对客户端连接的wifi的状态自动判断用户是否在家 中，当用户离开家时，智能家居自动进入设防状态。
[0034] 云端服务器实时监控着各个设备的运行情况，当检测到异常情况时，它将启动报 警功能，通过短信等方式向用户和安保部门发出告警。
[0035] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种WiFi-PLC通信模块，其包括天线、耦合电路、过零检测电路、功率放大电路、供 电电源；其特征在于还包含WiFi芯片和电力线载波通信芯片，提供了 Internet和PLC电力 线载波通信的融合，可以将WiFi信号转换成电力线载波信号，让用户可以通过手持设备方 便的将控制信号传输到家里的电力线上进而控制智能家居。
2. 根据权利要求1所述的WiFi-PLC通信模块，其特征在于：所述的WiFi芯片，内置有 数据协议转换管理程序，负责将WiFi网络和电力线网络上的数据进行协调统一的双向透 明传输，并对通信数据进行过滤和流向控制。
3. 根据权利要求1所述的WiFi-PLC通信模块，其特征在于：所述的WiFi芯片，内置接 入点管理功能，用户可以设定自有手持设备中WiFi网卡的固定MAC信息，WiFi芯片通过监 测接入点MAC的通断情况了解用户是否在家中，从而发送相应设防和撤防信号控制家中的 智能安防系统。
4. 根据权利要求1所述的WiFi-PLC通信模块，其特征在于：所述WiFi信号转换成电 力线载波信号，采用了 WiFi芯片（MCU)到电力线载波芯片（MCU)的数据透传方式。
5. 根据权利要求1所述的WiFi-PLC通信模块，其特征在于：所述的电力线载波芯片， 基于《基于自动路由技术的电力线载波通信设计软件》理论，可以将接收到串口的数据调制 成为DPSK信号，然后经过功率放大后耦合到电力线，通过电力线传输数据，进而对家电设 备进行控制；反之，家电设备回传的电力线载波信号，可以经过芯片的解调功能，将信号解 调出串口数据从串口发出。
【文档编号】H04B3/54GK104113359SQ201410359066
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】徐可, 周祥, 徐华, 贡韶红, 徐永安, 张翠 申请人:无锡市昂讯载波通信技术有限公司