一种电力线通信系统的制作方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种电力线通信系统，包含一个主机和多个从机的主从式通信，主机通过电力线向从机发送指令，从机执行相应操作，主机发送的指令是由周波序列构成的编码信号，只增加很少硬件设施，系统结构简单通信可靠性高。

(二)

背景技术：
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当前电力线通信主要指电力线载波通信和双向工频通信。但是配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器台区内传送，并且只能在单相电力线上传输。实际应用中，当电力线上负荷很重时，只能传输几十米

双向工频通信twacs利用在工频电压基波过零区加入调制信号，用这一区域的电压或电流波形的畸变信号携带信息。其信号检测计算复杂、严谨，干扰严重，影响检测结果，很难广泛应用。

上述电力线通信系统结构复杂造价昂贵。

申请人和发明人在之前申请的专利中涉及了电力线半波通信等电力线通信技术。

(三)

技术实现要素：
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一种电力线通信系统，包含一个主机和多个从机，主机和各从机接于专用的同一单相电力线上，主机通过电力线向从机发送指令或信息，从机执行相应操作，从机不发送信息。其特征是从机的电源模块采用超级电容作断电储能供电，在主机单片机模块发送指令期间由主机控制市电电源的通断，发送由周波序列编码表达的从机地址和指令信息。在电力线市电电源断电期间各从机由超级电容储能供电。主机和从机在单片机模块和周波检测模块控制下剔除干扰信号，检测真实周波信号。从机在检测周波后接收主机发送的指令或执行相应的操作。

主机和从机的周波检测模块各包含一个过零检测电路和二个电压比较器，所述二个电压比较器一个为正电压比较器，另一个为负电压比较器。过零检测电路和二个电压比较器均采用滞回电压比较器组成。在主机一端的电力线上串接一个通信电子开关，主机控制所述电力线的市电电源通断。

主机在所述通信电子开关的市电电源一侧，从机在所述通信电子开关市电受控一侧的电力线上，主机和从机分别从所述通信电子开关一侧的电力线路上经电阻降压后分三路，其中两路分别接于过零检测电路和正电压比较器的信号输入端，另一路经反相器接于负电压比较器的信号输入端。

所述过零检测电路和电压比较器中均包含滤波电路，其基准电压由稳压电路提供。其中过零检测电路基准电压设置为5mv—15mv；正电压比较器和负电压比较器设置的基准电压相同，设置在周波正或负电压30v—50v处经电阻降压后使其在该处输出端电平跳变。

主机和从机均设置由过零检测电路检测的周波个数计数器，两次相邻的过零检测电路的输出端从低电平跳变为高电平为一个周波，在主机向从机发送指令或信息时，对每一信号帧的周波计数。

周波信号的检测：电力网周波正半周输入到所述正电压比较器时其比较器输出端从低电平跳变为高电平，然后又从高电平跳变为低电平，其高电平保持时间对于电力网周波是一固定值称为正电平保持时间。同样，电力网周波负半周经过反相器转换后输入到所述负电压比较器时，其输出端从低电平跳变为高电平，然后又从高电平跳变为低电平，其高电平保持时间对于电力网周波是一固定值称为负电平保持时间。

在主机单片机模块向从机发送一帧指令或信息时，当主机和从机的过零检测电路的输出端从低电平跳变为高电平，然后又从高电平跳变为低电平，其高电平保持时间如果在周波半波时间平均值的设置误差范围内，同时检测到正电压比较器的高电平保持时间在正电平保持时间平均值的设置误差范围内，则所检测到的周波为真实的正半周；同样，当过零检测电路的输出端从高电平跳变为低电平，然后又从低电平跳变为高电平，其低电平保持时间如果在周波半波时间平均值的设置误差范围内，同时检测到负电压比较器的高电平保持时间在负电平保持时间平均值的设置误差范围内，则所检测到的周波为真实的负半周。

所述周波半波时间平均值、正电平保持时间的平均值和负电平保持时间的平均值，先以计算值为基础保存在相应的存储器中，再以测量的平均值替换之，每工作日测量并替换一次。由主机在不发送指令时检测到的一组连续真实的周波半波时间、正电平保持时间和负电平保持时间，共检测到10组分别取其平均值替换存储器中的相应平均值，并在替换后发送给各从机保存。主机和从机的所述半波时间平均值、电平保持时间的设置误差范围根据电力网允许周波时间误差范围，按比例由主机统一设置。

主机发送的信号帧格式：当系统电源电压为5v，截止工作电压取为4﹒2v，超级电容储能维持100ma电流，维持时间10s，则超级电容取1﹒5f。所述10s将包含500个周波的正半周和500个周波的负半周。这里将每个正半周所表示的数值大小设为1，每个负半周所表示的数值大小设为2。每个十六进制字符的编码占用2至6个周波，其中最后一个周波为空，“为空”即不发送该周波，作为一个十六进制字符编码的结束标记。一个十六进制字符或控制位的编码中所述“周波”表示发送的周波其余不参与编码的周波正半周或负半周表示不发送，如果占用周波不为整数以编码末尾空的周波正半周或负半周补上，数据位用十六进制字符表示，十六进制字符编码如下：

下述数据位中的周波序号是从数据位的第1周波开始计数。

数据位：第1周波的正半周加第2周波的负半周为字符0；第1周波的正半周为字符1；第1周波的负半周为字符2；第1周波为字符3；第1周波和第2周波的正半周为字符4；第1周波的负半周和第2周波为字符5；第1周波和第2周波为字符6；第1周波加第2周波和第3周波的正半周为字符7；第1周波的负半周加第2周波和第3周波为字符8；第1周波加第2周波和第3周波为字符9；第1、2、3周波加第4周波的正半周为字符a；第1周波的负半周加第2、3、4周波为字符b；第1、2、3、4周波为字符c；第1、2、3、4周波加第5周波的正半周表示为字符d；第1周波的负半周加第2、3、4、5周波为字符e；第1、2、3、4、5周波为字符f。

信号帧的第1周波的正半周和第2周波的正半周表示指令帧起始位；信号帧的第1周波的负半周和第2周波的负半周表示信息帧起始位；前1周波为空并且和下1周波负半周构成停止位。一个十六进制字符包括结束标记最多占用6个周波，另外，起始位和停止位各占用2个周波。这里设定第一个十六进制字符表示从机地址，“0”表示不指定从机地址。信号帧中数据位可由一个或几个十六进制字符来表达各种代码、汉字、简单图形等。

主机与从机收发信号过程：主机包含电源模块、单片机模块、通信电子开关、周波检测模块；从机包含电源模块、周波检测模块、单片机模块。所述从机电源模块输出端并联一个1﹒5f超级电容作断电储能。主机在超级电容储能的允许供电维持时间即10s内发送信号结束。所述通信电子开关串接于电力线通信线路的始端即主机端，由主机控制其市电电源的通断用于发送周波序列编码信号。

所述主机和从机的周波检测模块由过零检测电路、正电压比较器和负电压比较器组成。当主机向从机发送周波序列编码信号前先断开电力线的市电电源数个周波，从机检测不到周波信号时，提示从机准备接收主机发送的信号。主机将各种周波序列信号对从机地址和指令进行编码，以信号帧方式向从机发送，主机的通信电子开关作为信号发送器，其信号发送是在主机周波检测模块控制下实现的。

主机发送周波的正半周或负半周信号，是在周波检测模块检测到至少一个真实周波后的过零点发送。当主机过零检测电路的输出端从低电平跳变为高电平之后所接通周波的一个正半周市电电源，为发送周波的一个正半周；当主机过零检测电路的输出端从高电平跳变为低电平之后所接通周波的一个负半周市电电源，为发送周波的一个负半周。发送时主机周波检测模块同时检测所发送周波信号的正电平保持时间或负电平保持时间，如果超差则重发。

从机通过周波检测模块接收周波信号并剔除干扰，将接收到信号帧的周波正负半周信号用相应标记；及其周波正负半周对应的周波计数值一块保存在存储器中，解码后执行。

(四)附图说明：

图1是一种电力线通信系统的电路结构示意图。

(五)具体实施方式：

图1是一种电力线通信系统的电路结构示意图，主机a包括:电源模块12、通信电子开关11、周波检测模块13、单片机模块14；从机b包括:电源模块21、周波检测模块24、单片机模块22。

作为实施例将所述简易的电力线通信应用于农作物大棚气候控制系统，这时主机a增加测量模块16、键盘显示模块15，从机b增加驱动控制器23。由于农作物大棚范围大且不容易布设复杂的通信线路，利用所述电力线通信其控制系统造价低且易于维护。

每一台从机b都对应其风机、电加热器、喷淋器或光照系统等电器设备设置的一个相应的驱动控制器23。

主机a中的测量模块16通过温度、湿度、光照度传感器获得农作物大棚中主机a周围大棚环境气候信息，控制相应从机b中风机驱动控制器、喷淋器驱动控制器或光照系统驱动控制器工作，管理人员经主机a中的键盘显示模块15修改主机a所设置的控制参数，主机a中的单片机模块14向相关的从机b发送控制指令，同时相关的从机b中的单片机模块22接收主机a控制指令，经10s发送信号结束之后，相应的从机b启动所述相应的风机或喷淋器或光照系统的负载电源，从而控制农作物大棚气候。