專利名稱：交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)絡(luò)中，火線和地線只能為用電器提供能量，而無法向用電器 傳遞信號。必要的控制輸入都位于用電器自身并且都是低電壓下的直流輸入信號。為 了解決該問題，申請日為2009年7月16日，名為“交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請 CN200910108765. 6提供了一種交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其采用調(diào)制開關(guān)在二極管通路和正常通 路之間進(jìn)行切換(如圖1所示)，通過AC/DC轉(zhuǎn)換模塊上產(chǎn)生全波整流信號和半波整流信 號，從而實(shí)現(xiàn)與電器通信的目的。該技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于信號的調(diào)制方式簡單，易于調(diào)制和 解調(diào)。但是其傳輸速率因受制于火線電壓震蕩頻率，完成一次半波傳輸需要20ms的時間 (如圖2所示)，而完成一次“0”、“1”信號的傳輸需要多個連續(xù)的半波信號，需要的時間更 長，因此其通信速率遠(yuǎn)低于50Hz。因此，從效率的角度看半波狀態(tài)下電網(wǎng)上的供電能力下降 了一半，在實(shí)際應(yīng)用中可能導(dǎo)致某些用電器無法正常工作。因此，需要一種更高效的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)以提高通信的速率和降低對電網(wǎng)供電 的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的效率較低， 通信速度較慢的缺陷，提供一種具有更高的通信速率且對電網(wǎng)供電影響較小的高效交流電 網(wǎng)通信系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，包 括連接到交流輸入電源的調(diào)制開關(guān)，設(shè)置在接入到所述交流電網(wǎng)的電器側(cè)的AC/DC 轉(zhuǎn)換模塊和信號識別模塊；所述調(diào)制開關(guān)包括MCU模塊，彼此串聯(lián)的電源開關(guān)和可控硅，其中所述MCU模塊連 接到所述可控硅的控制極，進(jìn)而產(chǎn)生精確的控制信號以控制所述可控硅在開啟狀態(tài)和調(diào)制 狀態(tài)間切換；所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，用于在所述調(diào)制開關(guān)的控制下接收交流輸入信號并將所述 接收到的交流輸入信號轉(zhuǎn)換成相位調(diào)制信號；所述信號識別模塊，用于接收所述相位調(diào)制信號，并基于設(shè)定的通信協(xié)議將所述 相位調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成用于調(diào)制開關(guān)和電器間通信的通信信號。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述電源開關(guān)的動觸頭連接到交流電源 端，閉合觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陽極，所述可控硅的陰極連接到AC/DC模塊。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述電源開關(guān)的動觸頭連接到交流電源 端，閉合觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陰極，所述可控硅的陽極連接到AC/DC模塊。
在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述相位調(diào)制信號位于π附近的相位區(qū) 域。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述信號識別模塊接收持續(xù)第一時間以上 的高電平信號以生成標(biāo)識有效操作開始的起始通信信號；所述信號識別模塊接收自下降沿 起持續(xù)第二時間以上的低電平信號以成生邏輯0信號；所述信號識別模塊接收自下降沿起 持續(xù)第三時間的低電平隨后拉高并保持第四時間以上的高電平以成生邏輯1信號。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述第一時間為400US，所述第二時間為 60us，所述第三時間小于5us，所述第四時間為55us。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊包括整流全橋，直流 輸出二極管和直流輸出電容、調(diào)制狀態(tài)輸出二極管、調(diào)制狀態(tài)輸出電容和第一電阻；其中所述整流全橋的第一輸入端經(jīng)所述調(diào)制開關(guān)連接到交流電源，第二輸入端連 接到交流地，所述整流全橋的第一輸出端連接到直流輸出二極管的陽極和所述調(diào)制狀態(tài)輸 出二極管的陽極，所述直流輸出二極管的陰極連接到直流輸出電容的正極，所述直流輸出 電容的負(fù)極連接到所述整流全橋的第二輸出端和所述調(diào)制狀態(tài)輸出電容的負(fù)極，所述調(diào)制 狀態(tài)輸出二極管的陰極連接到調(diào)制狀態(tài)輸出電容的陽極，所述第一電阻連接到所述調(diào)制狀 態(tài)輸出電容的兩端。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步包括變壓器， 其中所述變壓器原邊的一端經(jīng)所述調(diào)制開關(guān)連接到交流電源，所述變壓器的原邊的另一端 連接到交流地，所述整流全橋的第一和第二輸入端連接到變壓器的副邊的兩端。在本發(fā)明所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)中，進(jìn)一步包括設(shè)置在電器側(cè)的信息反饋模 塊，用于判定和反饋電器的通信狀態(tài)，其中所述電器的通信狀態(tài)包括空閑狀態(tài)、接收狀態(tài)和 執(zhí)行狀態(tài)。實(shí)施本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，通過對調(diào)制開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，解決了原有通信速 率受限于交流輸入電源的電壓震蕩頻率的問題，大大提高了通信速率。此外，由于調(diào)制時選 取的相位在“ η ”附近，最大程度的避免了對交流輸入電源的能量傳輸?shù)挠绊?，提高了系統(tǒng) 的穩(wěn)定性。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制開關(guān)的電路原理圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)制開關(guān)的信號傳輸示意圖；圖3是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的調(diào)制開關(guān)的電路原理圖；圖4是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的原理框圖；圖5是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的一個實(shí)施例的電路原理圖；圖6是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的電路原理圖；圖7是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的信號傳輸示意圖；圖8是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的時隙示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的信息反饋示意圖。
具體實(shí)施例方式圖4是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的原理框圖。如圖4所示，本發(fā)明交流電網(wǎng)通信 系統(tǒng)包括連接到交流輸入電源的調(diào)制開關(guān)，設(shè)置在接入到所述交流電網(wǎng)的電器側(cè)的AC/ DC轉(zhuǎn)換模塊和信號識別模塊。其中所述MCU模塊連接到所述可控硅的控制極，進(jìn)而產(chǎn)生精 確的控制信號以控制所述可控硅在開啟狀態(tài)和調(diào)制狀態(tài)間切換。所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，用 于在所述調(diào)制開關(guān)的控制下接收交流輸入信號并將所述接收到的交流輸入信號轉(zhuǎn)換成相 位調(diào)制信號；所述信號識別模塊，用于接收所述相位調(diào)制信號，并基于設(shè)定的通信協(xié)議將所 述相位調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成用于調(diào)制開關(guān)和電器間通信的通信信號。圖3示出了本發(fā)明的調(diào)制開關(guān)的電路原理圖，如圖3所示，所述調(diào)制開關(guān)包括MCU 模塊，彼此串聯(lián)的電源開關(guān)和可控硅。其中所述電源開關(guān)的動觸頭連接到交流電源端，閉合 觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陽極，所述可控硅的陰極連接到AC/DC模塊。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，也可設(shè)計成，所述電源開關(guān)的動觸頭連接到交流 電源端，閉合觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陰極，所述可控硅的陽極連接到AC/DC模塊。上述兩種實(shí)施方式的控制原理基本相同，下面以圖3示出的實(shí)施例對本發(fā)明的交 流電網(wǎng)通信系統(tǒng)作進(jìn)一步的介紹。根據(jù)本發(fā)明的介紹，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，當(dāng)可控硅 的陽極和陰極反向連接時形成的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的工作過程和原理，在此就不再累述。圖5是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的一個實(shí)施例的電路原理圖。如圖5所示，所 述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊包括整流全橋BR1，直流輸出二極管Dl和直流輸出電容Cl、調(diào)制狀態(tài)輸 出二極管D2、調(diào)制狀態(tài)輸出電容C2和第一電阻R。所述整流全橋BRl的第一輸入端經(jīng)調(diào)制 開關(guān)連接到交流電源，第二輸入端連接到交流地。所述整流全橋BRl的第一輸出端連接到 直流輸出二極管Dl的陽極和所述調(diào)制狀態(tài)輸出二極管D2的陽極，所述直流輸出二極管Dl 的陰極連接到直流輸出電容Cl的正極，所述直流輸出電容Cl的負(fù)極連接到所述整流全橋 BRl的第二輸出端和所述調(diào)制狀態(tài)輸出電容C2的負(fù)極，所述調(diào)制狀態(tài)輸出二極管D2的陰極 連接到調(diào)制狀態(tài)輸出電容Cl的陽極，所述第一電阻R連接到所述調(diào)制狀態(tài)輸出電容C2的 兩端。在該實(shí)施例中，直流輸出電容Cl提供直流輸出電壓，取值10uF。調(diào)制狀態(tài)輸出電 容C2及電阻R用于全波信號檢測，取值IpF和IOM0圖6示出了本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的另一實(shí)施例。其操作原理和結(jié)構(gòu)與圖5 基本類似，而區(qū)別在于，圖6中示出的實(shí)施例進(jìn)一步包括用于隔離的變壓器T。其中所述變 壓器T原邊的一端經(jīng)所述調(diào)制開關(guān)連接到交流電源，所述變壓器的原邊的另一端連接到交 流地，所述整流全橋BRl的第一和第二輸入端連接到變壓器T的副邊的兩端。除圖5和6示出的實(shí)施例以外，根據(jù)本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)還可采用其他的 方式實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)和工作原理可參見，申請日為2009年6月30日，名為“交流系統(tǒng)中的直 流控制裝置”的發(fā)明專利申請CN 200910108431. 9和申請日為2009年7月16日，名為“交 流電網(wǎng)通信系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請CN200910108765.6的描述，這兩篇專利在此結(jié)合引用，以 作參考。圖7是本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的信號傳輸示意圖。下面結(jié)合圖3、5和圖7對 本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)的工作原理作進(jìn)一步的說明。用圖3所示的包含可控硅的相位 調(diào)制開關(guān)后，可以在任意相位對交流輸入信號進(jìn)行調(diào)制，即AC/DC轉(zhuǎn)換模塊可以將接收到的交流輸入信號轉(zhuǎn)換成如圖7所示的相位調(diào)制信號；而信號識別模塊可基于所述相位調(diào)制 信號接收檢測信號，從而基于該檢測信號生成通信信號，從而完成更復(fù)雜的信號傳輸。雖然可控硅可以對交流輸入信號的任意相位進(jìn)行調(diào)制，但考慮到實(shí)際應(yīng)用中用電 器工作穩(wěn)定性的問題，因此在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，調(diào)制時選取的相位區(qū)域在“ η ”附近。要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通信首先必須定義通信時隙，即定義操作數(shù)通信信號，邏輯 “0”和邏輯“1”。此外，為了明確通信的起始時刻，還須定義起始通信信號，即“START”信號。圖8給出了一種時隙定義的方式。檢測信號為高電平，且超過400us時，生成 “START”信號。當(dāng)檢測信號下降時，從下降沿開始，低電平持續(xù)至少60us時，生成邏輯0信 號。當(dāng)檢測信號下降時，從下降沿開始在5us之內(nèi)拉回高電平，并保持55us以上的高電平， 生成邏輯1信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，雖然此處示出了一個優(yōu)選時隙定義的實(shí)施例。但是本發(fā)明 并不受到此處具體時間長度的限制。比如，“START”信號可以是高電平超過100US，200US， 300us或其他任何合適的數(shù)值。邏輯0信號可以是當(dāng)檢測信號下降時，從下降沿開始，持續(xù) 至少40US，50US，55US或是其他任何合適的數(shù)值的低電平。邏輯1信號可以時當(dāng)檢測信號 下降時，從下降沿開始，在3us或2us之內(nèi)拉回高電平，并保持60US，70US或其他合適數(shù)值 以上的高電平時間。在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要，設(shè)置表示結(jié)束的 “END”信號等等；也可選取任何其他合適時間長度的高或低電平或其組合來表示“START” 信號、邏輯1和/或邏輯。由于交流電網(wǎng)特性的限制，只能實(shí)現(xiàn)從調(diào)制開關(guān)到電器的單向通信，而無法實(shí)現(xiàn) 從電器到調(diào)制開關(guān)的通信。為此，可以在電器端增加信息反饋模塊，進(jìn)而采用聲音或光等方 式反饋人可以接收的信號。如圖9所示為一種采用LED燈的反饋方式。電器的通信狀態(tài)可 分為“空閑狀態(tài)”，“接收狀態(tài)”，“執(zhí)行狀態(tài)” 3個狀態(tài)，可以用“燈滅”，“閃爍”，“常亮” 3種方 式顯示。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以采用顯示模塊來顯示“空閑狀態(tài)”，“接收狀態(tài)”， “執(zhí)行狀態(tài)”。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以采用訊響器來表示。譬如，訊響器發(fā)出“滴”的 響聲表示“接收狀態(tài)”，發(fā)出“嘟”的響聲表示執(zhí)行狀態(tài)”，而不發(fā)出響聲表示“空閑狀態(tài)”。本 領(lǐng)域技術(shù)人員還可根據(jù)需要，采用其他的方式來表示不同的運(yùn)行狀態(tài)。在本發(fā)明的另一實(shí) 施例中，除了顯示通信狀態(tài)外，各個電器還可包括存儲模塊，用來根據(jù)指令存儲、更新數(shù)據(jù)。實(shí)施本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，通過對調(diào)制開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)，解決了原有通信速 率受限于交流電源的電壓震蕩頻率的問題，大大提高了通信速率。此外，由于調(diào)制時選取的 相位在“ η ”附近，最大程度的避免了對交流電源的的能量傳輸?shù)挠绊?，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性。雖然本發(fā)明是通過具體實(shí)施例進(jìn)行說明的，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離 本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變換及等同替代。因此，本發(fā)明不局限于所 公開的具體實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，包括連接到交流輸入電源的調(diào)制開關(guān)，設(shè)置在接入到所述交流電網(wǎng)的電器側(cè)的AC/DC轉(zhuǎn)換 模塊和信號識別模塊；所述調(diào)制開關(guān)包括MCU模塊，彼此串聯(lián)的電源開關(guān)和可控硅，其中所述MCU模塊連接到 所述可控硅的控制極，進(jìn)而產(chǎn)生精確的控制信號以控制所述可控硅在開啟狀態(tài)和調(diào)制狀態(tài) 間切換；所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，用于在所述調(diào)制開關(guān)的控制下接收交流輸入信號并將所述接收 到的交流輸入信號轉(zhuǎn)換成相位調(diào)制信號；所述信號識別模塊，用于接收所述相位調(diào)制信號，并基于設(shè)定的通信協(xié)議將所述相位 調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成用于調(diào)制開關(guān)和電器間通信的通信信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述電源開關(guān)的動觸頭連 接到交流電源端，閉合觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陽極，所述可控硅的陰極連接到AC/DC模 塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述電源開關(guān)的動觸頭連 接到交流電源端，閉合觸點(diǎn)連接到所述可控硅的陰極，所述可控硅的陽極連接到AC/DC模 塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述相位調(diào)制信號位于η 附近的相位區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述信號識別模塊接收持 續(xù)第一時間以上的高電平信號以生成標(biāo)識有效操作開始的起始通信信號；所述信號識別模 塊接收自下降沿起持續(xù)第二時間以上的低電平信號以成生邏輯0信號；所述信號識別模塊 接收自下降沿起持續(xù)第三時間的低電平隨后拉高并保持第四時間以上的高電平以成生邏 輯1信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述第一時間為400us，所 述第二時間為60us，所述第三時間小于5us，所述第四時間為55us。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊包括整 流全橋，直流輸出二極管和直流輸出電容、調(diào)制狀態(tài)輸出二極管、調(diào)制狀態(tài)輸出電容和第一 電阻；其中所述整流全橋的第一輸入端經(jīng)所述調(diào)制開關(guān)連接到交流電源，第二輸入端連接到 交流地，所述整流全橋的第一輸出端連接到直流輸出二極管的陽極和所述調(diào)制狀態(tài)輸出二 極管的陽極，所述直流輸出二極管的陰極連接到直流輸出電容的正極，所述直流輸出電容 的負(fù)極連接到所述整流全橋的第二輸出端和所述調(diào)制狀態(tài)輸出電容的負(fù)極，所述調(diào)制狀態(tài) 輸出二極管的陰極連接到調(diào)制狀態(tài)輸出電容的陽極，所述第一電阻連接到所述調(diào)制狀態(tài)輸 出電容的兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)一步 包括變壓器，其中所述變壓器原邊的一端經(jīng)所述調(diào)制開關(guān)連接到交流電源，所述變壓器的 原邊的另一端連接到交流地，所述整流全橋的第一和第二輸入端連接到變壓器的副邊的兩端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置在電器側(cè)的信息反饋模塊，用于判定和反饋電器的通信狀態(tài)，其中所述電器的通信狀態(tài)包括空閑狀 態(tài)、接收狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，包括調(diào)制開關(guān)，設(shè)置在電器側(cè)的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊和信號識別模塊；所述調(diào)制開關(guān)包括MCU模塊，彼此串聯(lián)的電源開關(guān)和可控硅，其中所述MCU模塊連接到所述可控硅的控制極，進(jìn)而產(chǎn)生精確的控制信號以控制所述可控硅在開啟狀態(tài)和調(diào)制狀態(tài)間切換；所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，用于在所述調(diào)制開關(guān)的控制下接收交流輸入信號并將所述接收到的交流輸入信號轉(zhuǎn)換成相位調(diào)制信號；所述信號識別模塊，用于接收所述相位調(diào)制信號，并基于設(shè)定的通信協(xié)議將所述相位調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成用于調(diào)制開關(guān)和電器間通信的通信信號。實(shí)施本發(fā)明的交流電網(wǎng)通信系統(tǒng)，解決了原有通信速率受限于火線電壓震蕩頻率的問題，大大提高了通信速率。
文檔編號H02M7/12GK102044980SQ20091011020
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月21日
發(fā)明者劉桂云, 林博, 鄧錦輝 申請人:輝芒微電子(深圳)有限公司