一種WiFi-PLC通信模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種WiFi-PLC通信模塊，涉及一種通信模塊技術(shù)，由于WiFi和電力線載波基于兩種不同的協(xié)議，WiFi終端設(shè)備并不能直接和電力線載波設(shè)備直接通信；然而在智能家居領(lǐng)域的控制設(shè)備中，WiFi控制器和電力線載波控制器都存在著大大小小的問題；所述WiFi-PLC通信模塊，是將WiFi芯片和電力線載波芯片結(jié)合起來，提供了Internet和PLC電力線載波通信的融合，實現(xiàn)了將WiFi信號轉(zhuǎn)換成電力線載波信號，讓用戶可以通過手持設(shè)備方便的將控制信號傳輸?shù)郊依锏碾娏€上進(jìn)而控制智能家居；其在智能家居中的運(yùn)用不僅可以解決鋪設(shè)電纜問題也可解決空間局限問題。
【專利說明】-種WiFi-PLC通信模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信模塊技術(shù)，具體涉及一種WiFi-PLC通信模塊。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，智能家居領(lǐng)域中可謂百花齊放，其目的在于控制家具設(shè)備。家居設(shè)備狀態(tài) 大致分成二種：一種是無線，另一種是有線。有線可以有485方式、232方式、ModBus同軸 電路、電力線。除電力線這一方式外，其它有線都需鋪設(shè)電纜，一般很難實現(xiàn)。電力線在家 庭中應(yīng)用最廣，各個電器設(shè)備都需要電力，是最為廣泛便捷的方式，但在經(jīng)過各方面的嘗試 后，由于各種原因（如硬件、軟件）均無取得有效突破。另一種無線方式，如315MHZ、433MHZ 頻率段，Zigbee、WIFI方式，由于它們使用無線方式，對好多鐵皮中的電器無法完成通信或 無法跨房間的通信，同樣有其局限性。
[0003] 為解決智能家居應(yīng)用中存在的問題，我公司根據(jù)《基于自動路由技術(shù)的電力線載 波通信設(shè)計軟件》（軟著登字號0738779號）理論，特研發(fā)制作了 WiFi-PLC通信模塊，解決 了智能家居使用電力線載波通信以及智能家居用手持設(shè)備(手機(jī)、平板、電腦）控制的模式 存在的問題，從中也使用了云服務(wù)器(大數(shù)據(jù)）實現(xiàn)了智能家居完整的一套控制系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的：利用一種WiFi-PLC通信模塊，解決如今智能家居領(lǐng)域中存在的 控制繁瑣、實現(xiàn)困難等各類問題。
[0005] -種WiFi-PLC通信模塊，其包括天線、耦合電路、過零檢測電路、功率放大電路、 供電電源；其特征在于還包含WiFi芯片和電力線載波通信芯片；提供了 Internet和PLC電 力線載波通信的融合，可以將WiFi信號轉(zhuǎn)換成電力線載波信號，讓用戶可以通過手持設(shè)備 方便的將控制信號傳輸?shù)郊依锏碾娏€上進(jìn)而控制智能家居。
[0006] 所述的WiFi芯片，其內(nèi)置有數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序，使芯片除了運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的AP/ STA功能程序之外，還運(yùn)行著協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序，負(fù)責(zé)將WiFi網(wǎng)絡(luò)和電力線網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù) 進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一的雙向透明傳輸，并對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和流向控制；當(dāng)手持設(shè)備與WiFi芯 片建立的連接后，手持設(shè)備向WiFi芯片發(fā)送數(shù)據(jù)包后，WiFi芯片首先通過協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程 序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行過濾，當(dāng)判斷出接收到的數(shù)據(jù)是符合電力線載波通信協(xié)議要求的合法數(shù)據(jù)時 將數(shù)據(jù)透傳到電力線載波芯片中；反之，當(dāng)智能家居設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)到電力線載波芯片上時， 電力線載波芯片將數(shù)據(jù)透傳到WiFi芯片上，協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序?qū)?shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給 與WiFi芯片相連的手持設(shè)備。
[0007] 所述的WiFi芯片，其中同時內(nèi)置接入點(diǎn)管理功能，用戶可以設(shè)定自有手持設(shè)備中 WiFi網(wǎng)卡的固定MAC信息，WiFi芯片通過監(jiān)測接入點(diǎn)MAC的通斷情況了解用戶是否在家 中，從而發(fā)送相應(yīng)設(shè)防和撤防信號控制家中的智能安防系統(tǒng)。
[0008] 所述的電力線載波芯片，基于《基于自動路由技術(shù)的電力線載波通信設(shè)計軟件》理 論，可以將接收到串口的數(shù)據(jù)調(diào)制成為DPSK信號，然后經(jīng)過功率放大后耦合到電力線，通 過電力線傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而對家電設(shè)備進(jìn)行控制；反之，家電設(shè)備回傳的電力線載波信號，可 以經(jīng)過芯片的解調(diào)功能，將信號解調(diào)出串口數(shù)據(jù)從串口發(fā)出。
[0009] 所述的WiFi-PLC通信模塊，將WiFi信號轉(zhuǎn)換成電力線載波信號，采用了 WiFi芯 片（MCU)到電力線載波芯片（MCU)的數(shù)據(jù)透傳方式；當(dāng)WiFi-PLC通信模塊在內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)接 收到手持設(shè)備(手機(jī)、平板、電腦）的控制信號后，WiFi芯片首先通過協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序?qū)?shù) 據(jù)進(jìn)行過濾，當(dāng)判斷出接收到的數(shù)據(jù)是符合電力線載波通信協(xié)議要求的合法數(shù)據(jù)時，WiFi 芯片的TXD通過R-30透傳給電力線載波芯片的47腳RX，經(jīng)過電力線載波芯片處理，調(diào)制成 為DPSK信號，功率放大后耦合到電力線，通過電力線到家電設(shè)備器控制；反之，當(dāng)家電的回 傳信號，經(jīng)過電力線后，通過電力線載波芯片解調(diào)，經(jīng)芯片48腳TX、R-29及WiFi芯片RXD 透傳到手持設(shè)備，從而實現(xiàn)雙向通?目。
[0010] 本發(fā)明的有益效果在于：WiFi-PLC模塊包含WiFi芯片和電力線載波通信芯片，具 有AP/STA功能，提供了 Internet和PLC電力線載波通信的融合，可以將WiFi信號轉(zhuǎn)換成 電力線載波信號，讓用戶可以通過手持設(shè)備方便的將控制信號傳輸?shù)郊依锏碾娏€上進(jìn)而 控制智能家居。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的原理框圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的原理圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的供電電源電路圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的功率放大電路圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的耦合電路圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的過零檢測電路圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明一種WiFi-PLC通信模塊的具體應(yīng)用實例圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步具體的說明。
[0019] 本發(fā)明的一種WiFi-PLC通信模塊，如圖1所示，其包括天線、WiFi芯片、電力線 載波芯片、耦合電路、過零檢測電路、功率放大電路、供電電源。WiFi-PLC通信模塊提供了 Internet和PLC電力線載波通信的融合，采用了 WiFi芯片（MCU)到電力線載波芯片（MCU) 的數(shù)據(jù)透傳方式，將WiFi信號轉(zhuǎn)換成電力線載波信號，讓用戶可以通過手持設(shè)備方便的將 控制信號傳輸?shù)郊依锏碾娏€上進(jìn)而控制智能家居。
[0020] 如圖2所示，當(dāng)WiFi-PLC通信模塊在內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)接收到手持設(shè)備(手機(jī)、平板、式 電腦）的控制信號后，WiFi芯片內(nèi)置有數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序，負(fù)責(zé)將WiFi網(wǎng)絡(luò)和電力線 網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一的雙向透明傳輸，并對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和流向控制。首先通 過協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行過濾，當(dāng)判斷出接收到的數(shù)據(jù)是符合電力線載波通信協(xié)議 要求的合法數(shù)據(jù)時，WiFi芯片的TXD通過R-30透傳給電力線載波芯片的47腳RX，經(jīng)過電 力線載波芯片處理，調(diào)制成為DPSK信號，功率放大后耦合到電力線，通過電力線到家電設(shè) 備器控制；反之，當(dāng)家電的回傳信號，經(jīng)過電力線后，通過電力線載波芯片解調(diào)，經(jīng)芯片48 腳TX、R-29及WiFi芯片RXD透傳到手持設(shè)備，從而實現(xiàn)雙向通信。
[0021] 所述的WiFi芯片，內(nèi)置接入點(diǎn)管理功能，用戶可以設(shè)定自有手持設(shè)備中WiFi網(wǎng)卡 的固定MAC信息，WiFi芯片通過監(jiān)測接入點(diǎn)MAC的通斷情況了解用戶是否在家中，從而發(fā) 送相應(yīng)設(shè)防和撤防信號控制家中的智能安防系統(tǒng)。
[0022] 如圖3所示，220V電壓經(jīng)D42半波整流，通過Q1、Q2、D43、D44及ZD1、T1交換，經(jīng) D45整流得到12V直流電源，供功放電路，12V再經(jīng)HT7150H，HT7133分別供電力線載波芯片 與WiFi芯片電源。
[0023] 當(dāng)手持設(shè)備與WiFi芯片建立的連接后，手持設(shè)備向WiFi芯片發(fā)送數(shù)據(jù)包后，WiFi 芯片首先通過協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行過濾，當(dāng)判斷出接收到的數(shù)據(jù)是符合電力線載 波通信協(xié)議要求的合法數(shù)據(jù)時，WiFi芯片的TXD通過R-30透傳給電力線載波芯片的47腳 RX，經(jīng)過電力線載波芯片處理，調(diào)制成為DPSK信號。
[0024] 如圖4所示，DPSK信號經(jīng)過功率放大，即R8、R26、R10、VT1、VT2組成功放開關(guān)，電 力線載波芯片當(dāng)TX沒有發(fā)送信號時，功率電路停止工作，使其節(jié)能狀態(tài)；VT3、VT4、VT5及 U5、U6等組成AB類功放電路；調(diào)節(jié)R19電阻的大小，進(jìn)行放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)電阻R17 與R18電阻的值，調(diào)整輸出信號的對稱性，減小外帶干擾；將電力線載波芯片輸出信號放大 后，耦合到電力線。
[0025] 耦合電路能夠隔離弱電與強(qiáng)電，信號以耦合的方式傳遞；如圖5所示，D管起到消 除抑制電網(wǎng)反向耦合浪涌電壓沖擊作用，保護(hù)內(nèi)部電路；耦合線圈利用1 :1的耦合變壓器， 該耦合變壓器選用所在載波頻段具有良好響應(yīng)的磁芯；抗電強(qiáng)度測試達(dá)到4000V，不擊穿 (f=50Hz，t=60s ,漏電流1mA);接收帶通濾波電路由LI、L2、C14、C17組成二階帶通濾波 電路，壓抑工作頻率以外的帶外干擾，其中R1為保護(hù)限流用，取560歐；D1二極管起輸入電 壓限幅作用。
[0026] 電力線中除了 50Hz電源和載波通信信號外，還有各種干擾，如圖6所示，在我們載 波通信設(shè)計中，以50Hz交流信號過零時噪聲信號相對較小，在過零時，啟動電力線載波芯 片發(fā)送信號，二極管VD2和電阻R33、R34的作用是在工頻正半周時給電容C27充電，壓穩(wěn)二 極管VD4將電容C27兩端電壓穩(wěn)定在5. IV，在工頻負(fù)半周，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，驅(qū)動光耦D5導(dǎo) 通，光耦D5采用善通光耦，起到光電隔離作用，隔離強(qiáng)電和弱點(diǎn)；過零點(diǎn)信號的準(zhǔn)確度直接 影響分時通信的效果，而過零檢測電路的準(zhǔn)確度取決于器件的精度，該部分電路的器件精 度越高越好。
[0027] 信號經(jīng)上述步驟放大耦合到電力線，再通過電力線到家電設(shè)備器控制。
[0028] 反之，當(dāng)家電的回傳信號，經(jīng)過電力線后，通過電力線載波芯片解調(diào)，經(jīng)芯片48腳 TX、R-29及WiFi芯片RXD透傳到手持設(shè)備(手機(jī)、平板、電腦)，從而實現(xiàn)雙向通信。
[0029] WiFi-PLC通信模塊的具體應(yīng)用實例，如圖7所示。
[0030] 用戶通過手持設(shè)備向智能家居設(shè)備發(fā)出控制命令，控制命令通過家里內(nèi)部Wifi路 由器或通過Internet送至WiFi-PLC模塊。
[0031] WiFi-PLC模塊將控制命令經(jīng)過處理之后調(diào)制到電力線上。
[0032] 智能家居設(shè)備在收到信號后解調(diào)信號，并根據(jù)解調(diào)出的控制命令做出相應(yīng)響應(yīng)。
[0033] 用戶可以設(shè)置安防功能，通過對客戶端連接的wifi的狀態(tài)自動判斷用戶是否在家 中，當(dāng)用戶離開家時，智能家居自動進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)。
[0034] 云端服務(wù)器實時監(jiān)控著各個設(shè)備的運(yùn)行情況，當(dāng)檢測到異常情況時，它將啟動報 警功能，通過短信等方式向用戶和安保部門發(fā)出告警。
[0035] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種WiFi-PLC通信模塊，其包括天線、耦合電路、過零檢測電路、功率放大電路、供 電電源；其特征在于還包含WiFi芯片和電力線載波通信芯片，提供了 Internet和PLC電力 線載波通信的融合，可以將WiFi信號轉(zhuǎn)換成電力線載波信號，讓用戶可以通過手持設(shè)備方 便的將控制信號傳輸?shù)郊依锏碾娏€上進(jìn)而控制智能家居。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi-PLC通信模塊，其特征在于：所述的WiFi芯片，內(nèi)置有 數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換管理程序，負(fù)責(zé)將WiFi網(wǎng)絡(luò)和電力線網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一的雙向透 明傳輸，并對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和流向控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi-PLC通信模塊，其特征在于：所述的WiFi芯片，內(nèi)置接 入點(diǎn)管理功能，用戶可以設(shè)定自有手持設(shè)備中WiFi網(wǎng)卡的固定MAC信息，WiFi芯片通過監(jiān) 測接入點(diǎn)MAC的通斷情況了解用戶是否在家中，從而發(fā)送相應(yīng)設(shè)防和撤防信號控制家中的 智能安防系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi-PLC通信模塊，其特征在于：所述WiFi信號轉(zhuǎn)換成電 力線載波信號，采用了 WiFi芯片（MCU)到電力線載波芯片（MCU)的數(shù)據(jù)透傳方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的WiFi-PLC通信模塊，其特征在于：所述的電力線載波芯片， 基于《基于自動路由技術(shù)的電力線載波通信設(shè)計軟件》理論，可以將接收到串口的數(shù)據(jù)調(diào)制 成為DPSK信號，然后經(jīng)過功率放大后耦合到電力線，通過電力線傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而對家電設(shè) 備進(jìn)行控制；反之，家電設(shè)備回傳的電力線載波信號，可以經(jīng)過芯片的解調(diào)功能，將信號解 調(diào)出串口數(shù)據(jù)從串口發(fā)出。
【文檔編號】H04B3/54GK104113359SQ201410359066
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】徐可, 周祥, 徐華, 貢韶紅, 徐永安, 張翠 申請人:無錫市昂訊載波通信技術(shù)有限公司