具有數據中繼功能的電力線網絡系統的製作方法

2023-06-21 06:54:51

專利名稱：具有數據中繼功能的電力線網絡系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種電力線網絡系統，尤指一種能確保數據傳送正確性的電力線 網絡系統。
背景技術：
電力線網絡通訊通過既有布好的電力線作為數據傳送的網絡媒介，而不必另外 布設網絡線，因此電力線網絡的發展有助於大範圍，且非計算機型式的網絡節點的相關應用。目前許多室內外的電氣產品均朝向計算機化發展趨勢加以設計，以增添更多功 能提供使用的方便性，因此配合目前電力線網絡技術，則能對這些電氣產品更容易地進 行遠程監視或監控行為。舉例來說，如內建有電力監視功能的LED路燈、具有自動讀表 功能的電錶或信息家電等。然而，電力線網絡雖可提供遠程監視或監控功能，但利用既有電力線進行監視 或監控數據的傳輸，容易受到噪聲幹擾，而且一旦遠程與待監視本地端距離相差太遠， 則其中有用的數據訊號強度即容易衰減，造成不正確數據誤讀的缺點。因此目前已有一種模擬式中繼裝置，主要於電力線的適當長度串接該模擬式中 繼裝置，由於中繼裝置將電力訊號中的數據訊號予以放大，以確保本地及遠程通過電力 線進行數據傳輸的數據正確性。然而，模擬式中繼裝置必須將數據訊號予以放大，故必 須串接於電力在線，然而於既有電力線串接任何裝置都是耗工且費時的程序，而且應用 於大功率電力線區域更必須使用高功率的電子組件，增加整個製作成本，因此對於確保 電力線數據傳輸可靠度如何提升仍有待進一步提出有效解決方式。

發明內容
本發明主要目的是提供一種具數據中繼功能的電力線網絡系統，能確保數據傳 送正確性，提高通訊的可靠度。欲達上述目的所使用的主要技術手段是令該電力線網絡系統包含有複數電力監 控區域及至少一中繼裝置；其中複數電力監控區域是以電力線加以連接，以提供工作電 力。又，各電力監控區域包含有至少一電力監控裝置，而各中繼裝置則連接於兩相鄰的 電力監控區域，即與兩相鄰的電力監控區域中的各電監控裝置通過電力線相互連接；其 中上述第一中繼單元通過電力線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的 至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力在線的數據擷取出來後輸 出，又該第一中繼單元接收第二中繼單元傳來的數據，經放大後以第一載波頻帶加以調 變傳送至電力在線；上述第二中繼單元是與第一中繼單元聯機以收發數據，又該第二中繼單元通過 電力線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力在線的數據擷取出來後輸出至第一中繼單元，又該第二中繼單元接收第一中繼單元傳來的數據，經放大後以第二載波頻帶加以調變傳送至電力在 線，該第一及第二載頻波並不相同。上述本發明中繼裝置利用二組不同調變頻帶的第一及第二中繼單元，以將其各 自鄰近電力監控區的各電力監控點所發出的電力線訊號的數據予以擷取出，再由另一組 中繼單元接收後調變為第二頻帶後傳送至另一電力監控區的電力在線，因此中繼裝置不 必串接於電力在線；如此一來，不僅能確保數據傳送不因傳送距離過長而產生誤讀的問 題，更能確保相鄰不同電力監控區的訊號不會相互幹擾。


圖1為本發明電力線網絡通訊系統的系統架構圖；圖2為本發明應用於路燈電力監控的系統架構圖；圖3為本發明中繼裝置的電路方塊圖；圖4為本發明電力監控裝置的電路方塊圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下(10) (10』)電力監控區域(20)電力監控裝置(21)電力狀態檢知單元 (22)模擬數字轉換單元(23)處理器(24)電力線通訊模塊(241)數位訊號處理器 (242)第一濾波器(243)變壓器(244)功率放大器(245)第二濾波器 (25)保護電路(30)中繼裝置(31)第一中繼單元(32)第二中繼單元 (33)變壓器(34)數位訊號處理器 (341)第一濾波器(342)第二濾波器 (343)功率放大器(35)數字通訊接口 (40)路燈(41)電力管理終端機 (111)電力線
具體實施例方式請參閱圖1所示，為本發明電力線網絡系統的系統架構圖，其包含有複數電力 監控區域(10) (10』 )及至少一中繼裝置(30)；其中複數電力監控區域(10) (10』 )以電 力線網絡(11)加以連接，以提供工作電力。又，各電力監控區域(10) (10』)包含有至少 一電力監控裝置(20)，而各中繼裝置(30)則連接於兩相鄰的電力監控區域(10) (10』)， 即與兩相鄰的電力監控區域(10) (10』 )中的各電監控裝置(20)是通過電力線(111)相互 連接。請配合參閱圖2及圖3所示，為本發明電力線網絡系統應用於路燈(40)電力管 理的一較佳實施例，其中各中繼裝置(30)包含有第一及第二中繼單元(31) (32)。上述第一中繼單元(31)是通過電力線(111)連接相鄰電力監控區域(10) (10』 ) 之其中一電力監控區域(10)的至少一電力監控裝置(20)，以將該至少一電力監控裝置(20)傳送至電力線(111)上的數據擷取出來，又該第一中繼單元(31)接收第二中繼單元 (32)傳來的數據，經放大後以第一載波頻帶(Frequency BandA; FBA)加以調變傳送至 電力線(111)上。上述第二中繼單元(32)是與第一中繼單元(31)聯機以收發數據，又該第二中 繼單元(32)通過電力線(111)連接相鄰電力監控區域(10) (10』 )的其中一電力監控區 域(10』 )的至少一電力監控裝置(20)，以將該至少一電力監控裝置(20)傳送至電力 線(111)上的數據擷取出來後輸出至第一中繼單元(31)，又該第二中繼單元(32)接收第 一中繼單元(31)傳來的數據，經放大後以第二載波頻帶(Frequency Band B ； FAB)加以 調變傳送至電力線(111)上，該第一及第二載波頻帶並不相同。舉例來說，第一頻帶可 為60-90kHz，其中60及70kHz用作調變接收頻率，而80及90kHz作為傳送頻率，反之 亦可；又第二頻帶可為110-140kHz，其中110及140kHz用作調變接收頻率，而130及 140kHz作為傳送頻率，反之亦可；是以，當兩相鄰電力監控區域(10) (10』)的兩監控 裝置(20)進行雙向通訊時，其電力在線即包含有四組不同頻率數據訊號，將訊號幹擾狀 態降至最低。上述第一及第二中繼單元(31) (32)分別包含有 一變壓器(33)，用以耦合連接至該電力線(111)；一數位訊號處理器(34)，其輸入端是通過二第一濾波器(341)電連接至該變壓 器(33)，以接收來自電力線(111)的二組不同調變頻率的外部數據訊號，又該數位訊號 處理器(34)的輸出端是通過二第二濾波器(342)及一功率放大器(343)連接至該變壓器 (33)，以將數據加以處理並調變，由變壓器(33)耦合至電力線(111)對外傳送二組不同 調變頻率的數據訊號；其中各第一濾波器(341)為一帶通濾波器，而其帶通頻率分別對 應二組不同的接收頻率(Fl) (F2)，而各第二濾波器(342)為一低通濾波器，其低通頻率 對應二組不同的傳送收頻率；及一數字通訊接口(35)，是供相同通訊標準的數字通訊接口連接，以收發數據； 在本實施例中該數字通訊接口(35)為UART，也可為RS232或USB等串行通訊接口，且 該UART接口直接整合於數位訊號處理器(34)內。本發明中繼裝置(30)利用二組調變頻帶(FBA/FBB)不同的第一及第二中繼單 元(31) (32)，以將其各自鄰近電力監控區(10) (10』 )的各電力監控點所發出的電力線訊 號的數據予以擷取出，再由另一組中繼單元(32) (31)接收後調變為另一頻帶後傳送至另 一電力監控區的電力線(111)上；如此一來，不僅能確保數據傳送不因傳送距離過長而 產生誤讀的問題，更能確保相鄰不同電力監控區的訊號不會相互幹擾。請同時參閱圖2及圖4所示，為本發明應用於路燈(40)的電力監控裝置的電路 方塊圖，其包含有一電力狀態檢知單元(25)，耦接至電力線(111)上，取得電力線(111)的電壓及 電流狀態後輸出；一模擬數字轉換單元(22)，連接至該電力狀態檢知單元(21)的輸出端，以轉換 其模擬檢知訊號為數字訊號後輸出；一處理器(23)，連接至該模擬數字轉換單元(22)的輸出端，以取得電壓及電流 數值；
一電力線通訊模塊(24)，連接至該處理器(23)，以取得該處理器(23)輸出電 壓及電流數值，將其調變成模擬訊號後加載電力線(111)中，又該電力線通訊模塊(24) 也接收電力線(111)上的模擬訊號，並將其中數據擷取出來後輸出至處理器(23)中；其 中該調變頻帶對應其所屬電力監控區對應中繼單元的調變頻帶(FBA/FBB)；在本實施 例中該電力線通訊模塊(24)架構與第一及第二中繼單元相同，均包含有一數位訊號處 理器(241)、第一濾波器(242)、一變壓器(243)、一功率放大器(244)及一第二濾波器 (245)；及 一保護電路(25)，串接於電力線(111)上，其控制端連接至該處理器(23)的輸 出端，在處理器依據接收外部傳來數據資料啟閉該保護電路(25)；在本實施例中該保護 電路(25)為一電力開關。上述各路燈的電力監控裝置(20)是通過電力狀態檢知單元(21)檢知路燈(40) 的用電狀態，並通過電力通訊模塊(24)對外傳送電力數據至電力線(111)時，若配合電 力管理終端機(41)設置在其它電力監控區域(10』)，則會由鄰近路燈(40)所屬電力監 控區域(10)的中繼裝置(30)加以接收，並由其中對應調變頻帶的中繼單元將其中電力 數據擷取後由另一中繼單元調變成另一頻帶訊號後加載其它電力監控區域，最終傳送至 電力管理終端機(41)。又該電力管理終端機(41)如判斷特定路燈(40)有電力異常，則 也可通過電力線網絡(11)將斷電命令數據調變後加載電力線(111)中，同樣通過中繼裝 置(30)處理而順利將此一斷電命令傳送至對應路燈(40)的電力監控裝置(20)的處理器 (23)，再由處理器(23)判繼此一斷電命令後啟動該保護電路，將路燈的電力暫時中斷。誠如上述，本發明主要以數字方式進行電力線數據訊號的讀取，再以不同頻帶 載波頻帶加載電力線中，由於數據經由中繼裝置的處理後，電力線網絡上距離相距過遠 的電力監控點均能正確地取得相互的數據，避免因為電力線天生噪聲幹擾情況多而造成 數據誤讀的問題；此外，本發明的中繼裝置不必串接於電力在線，故可免除變更既有電 力線的耗時費力的步驟；因此，本發明能提供如路燈或電錶等電力監控點的應用。
權利要求
1.一種具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，包括複數電力監控區域，複數電力監控區域是以電力線網絡相互連接，又各電力監控區 域包含至少一電力監控點；及至少一中繼裝置，各中繼裝置則連接於兩相鄰的電力監控區域，即與兩相鄰的電力 監控區域中的各電監控裝置通過電力線相互連接；其中各中繼裝置包含有一第一及第二 中繼單元；其中所述第一中繼單元是通過電力線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的 至少一電力監控裝置，以將該至少一電力監控裝置傳送至電力在線的數據擷取出來後輸 出，又該第一中繼單元接收第二中繼單元傳來的數據，經放大後以第一載波頻帶加以調 變傳送至電力在線；及所述第二中繼單元是與第一中繼單元聯機以收發數據，又該第二中繼單元透過電力 線連接相鄰電力監控區域的其中一電力監控區域的至少一電力監控裝置，以將該至少一 電力監控裝置傳送至電力在線的數據擷取出來後輸出至第一中繼單元，又該第二中繼單 元接收第一中繼單元傳來的數據，經放大後以第二載波頻帶加以調變傳送至電力在線， 該第一及第二載頻波並不相同。
2.如權利要求1所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，所述第一及 第二載波頻帶分別包有二組接收頻率及二組調變頻率。
3.如權利要求1或2所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，所述第 一及第二中繼單元各包含有一變壓器，耦合連接於至電力線；一數位訊號處理器，其輸入端是通過一第一濾波器電連接至該變壓器，以取得電力 線的外部數據訊號，又該數位訊號處理器的輸出端是通過一第二濾波器及一功率放大器 連接至該變壓器，以將數據加以處理並調變，由該變壓器耦合至電力線對外傳送；及 一數字通訊接口，供相同通訊標準的數字通訊接口連接，以收發數據。
4.如權利要求3所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，該第一中繼單元的第一濾波器為一帶通濾波器，其帶通頻帶對應第一調變頻帶；及 該第二中繼單元的第一濾波器為一帶通濾波器，其帶通頻帶對應第二調變頻帶。
5.如權利要求4所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，該數字通訊 接口直接整合於數位訊號處理器內。
6.如權利要求1或2所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，各電力 監控區的各路燈電力監控裝置包含有一電力狀態檢知單元，耦接至電力在線，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出； 一模擬數字轉換單元，連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其模擬檢知訊 號為數字訊號後輸出；一處理器，連接至該模擬數字轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值； 一電力線通訊模塊，連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其 調變成模擬訊號後加載電力線中，又該電力線通訊模塊也接收電力在線的模擬訊號，並 將其中數據擷取出來後輸出至處理器中；其中該調變頻帶對應其所屬電力監控區對應中 繼單元的調變頻帶；及一保護電路，串接於電力在線，其控制端連接至該處理器的輸出端，在處理器依據 接收外部傳來數據啟閉該保護電路。
7.如權利要求3所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，各電力監控 區的各路燈電力監控裝置包含有一電力狀態檢知單元，耦接至電力在線，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出； 一模擬數字轉換單元，連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其模擬檢知訊 號為數字訊號後輸出；一處理器，連接至該模擬數字轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值； 一電力線通訊模塊，連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其 調變成模擬訊號後加載電力線中，又該電力線通訊模塊也接收電力在線的模擬訊號，並 將其中數據擷取出來後輸出至處理器中；其中該調變頻帶對應其所屬電力監控區對應中 繼單元的調變頻帶；及一保護電路，串接於電力在線，其控制端連接至該處理器的輸出端，在處理器依據 接收外部傳來數據啟閉該保護電路。
8.如權利要求4所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，各電力監控 區的各路燈電力監控裝置包含有一電力狀態檢知單元，耦接至電力在線，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出； 一模擬數字轉換單元，連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其模擬檢知訊 號為數字訊號後輸出；一處理器，連接至該模擬數字轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值； 一電力線通訊模塊，連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其 調變成模擬訊號後加載電力線中，又該電力線通訊模塊也接收電力在線的模擬訊號，並 將其中數據擷取出來後輸出至處理器中；其中該調變頻帶對應其所屬電力監控區對應中 繼單元的調變頻帶；及一保護電路，串接於電力在線，其控制端連接至該處理器的輸出端，在處理器依據 接收外部傳來數據啟閉該保護電路。
9.如權利要求5所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，各電力監控 區的各路燈電力監控裝置包含有一電力狀態檢知單元，耦接至電力在線，取得電力線的電壓及電流狀態後輸出； 一模擬數字轉換單元，連接至該電力狀態檢知單元的輸出端，以轉換其模擬檢知訊 號為數字訊號後輸出；一處理器，連接至該模擬數字轉換單元的輸出端，以取得電壓及電流數值； 一電力線通訊模塊，連接至該處理器，以取得該處理器輸出電壓及電流數值，將其 調變成模擬訊號後加載電力線中，又該電力線通訊模塊也接收電力在線的模擬訊號，並 將其中數據擷取出來後輸出至處理器中；其中該調變頻帶對應其所屬電力監控區對應中 繼單元的調變頻帶；及一保護電路，串接於電力在線，其控制端連接至該處理器的輸出端，在處理器依據 接收外部傳來數據啟閉該保護電路。
10.如權利要求5所述具有數據中繼功能的電力線網絡系統，其特徵在於，所述第一載波頻帶為60-90kHz，而所述第二載波頻帶為IlO-HOkHzc
全文摘要
本發明是關於一種具有數據中繼功能的電力線網絡系統，包含有複數電力監控區域及至少一中繼裝置，各中繼裝置則連接於兩相鄰的電力監控區域，即與兩相鄰的電力監控區域中的各電監控裝置是通過電力線相互連接；其中該中繼裝置包含有二組調變頻帶不同的中繼單元，以將其各自鄰近電力監控區的各電力監控點所發出的電力線訊號的數據予以擷取出，再由另一組中繼單元接收後調變為另一組頻帶後傳送至另一電力監控區的電力在線；如此不僅能確保數據傳送不因傳送距離過長而產生誤讀的問題，更能確保相鄰不同電力監控區的訊號不會相互幹擾。
文檔編號H02J3/00GK102025148SQ200910177508
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月14日 優先權日2009年9月14日
發明者張哲誠, 施智評, 蔣浩然 申請人:康舒科技股份有限公司