直流電力載波通訊收發機、發射機和接收的製造方法
2023-04-22 19:41:01 3
直流電力載波通訊收發機、發射機和接收的製造方法
【專利摘要】本發明實施例公開了一種直流電力載波通訊收發機，包括控制器、電源、發射電路和接收電路，其中：所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上；所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號輸送給所述控制器進行通訊信息識別，以實現直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用。此外，本發明還公開了一種直流電力載波通訊發射機和接收機。
【專利說明】直流電力載波通訊收發機、發射機和接收機
【技術領域】
[0001]本發明涉及載波通訊【技術領域】，更具體地說，涉及一種直流電力載波通訊收發機、發射機和接收機。
【背景技術】
[0002]電力載波通訊是以電力線作為傳輸媒介，通過載波方式將模擬或數位訊號進行高速傳輸的技術，屬於電力系統特有的通信方式。其最大的特點是不需要另外架設通訊線路，只需藉助現有的電力線，就能實現數據的傳遞，因而可有效降低電力系統的線路複雜程度及其建設成本。
[0003]目前，交流電力載波通訊技術已在智能家居、工控系統以及路燈系統等現有的交流電力系統中獲得了廣泛的應用。但是，業內對於直流電力載波通訊技術的研究卻很少，現有的直流電力系統(如光伏系統的直流側系統、蓄電池管理系統等)仍是採用單獨架設通訊線路的方式進行數據傳遞，因而普遍存在通訊線路與直流電力線縱橫交叉、錯綜複雜且建設成本較高的問題，對此，深入研究直流電力載波通訊技術在直流電力系統中的應用已變得極為迫切。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提供一種直流電力載波通訊收發機、發射機和接收機，以實現直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用。
[0005]一種直流電力載波通訊收發機，包括控制器、電源、發射電路和接收電路，其中:
[0006]所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；
[0007]所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上；
[0008]所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號輸送給所述控制器進行通訊信息識別。
[0009]其中，所述發射電路包括LRC串聯諧振電路和用於在所述控制器的控制下反覆通斷的開關電路，其中:
[0010]所述LRC串聯諧振電路連接在所述直流電力線上；所述開關電路並聯在所述LRC串聯諧振電路的電阻和電容上。
[0011]其中，所述接收電路包括電容、電阻和濾波整形電路，其中:
[0012]所述電容和所述電阻串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於所述電阻和所述控制器之間。
[0013]可選地，所述發射電路還與所述電源相連；
[0014]所述發射電路包括隔離變壓器、電容和用於在所述控制器的控制下反覆通斷的開關電路，其中:所述開關電路與所述隔離變壓器的原邊繞組串聯後接入所述電源；所述電容與所述隔離變壓器的副邊繞組串聯後接入所述直流電力線；
[0015]所述接收電路包括隔離變壓器、電容和濾波整形電路，其中:所述電容與所述隔離變壓器的原邊繞組串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於所述隔離變壓器的副邊繞組與所述控制器之間。
[0016]可選地，所述控制器還用於利用鎖相環消除接收到的所述高頻脈衝信號的頻率誤差，並通過對其脈寬進行判別剔除脈寬超出允許的誤差範圍的脈衝。
[0017]可選地，所述控制器還用於在發送的高頻信號中連續出現的隱性電平的次數達到預設值時，為所述高頻信號插入顯性電平。
[0018]可選地，所述控制器還用於為發送的高頻信號數據包插入幀頭和幀尾。
[0019]可選地，所述控制器還用於在檢測到所述直流電力線上存在數據衝突且所述發射電路的優先級較低時，中斷所述發射電路工作，直至優先級別較高的發射電路發送完成。
[0020]一種直流電力載波通訊發射機，包括控制器、電源和發射電路，其中:
[0021 ] 所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；
[0022]所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上。
[0023]一種直流電力載波通訊接收機，包括控制器、電源和接收電路，其中:
[0024]所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；
[0025]所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號發送給所述控制器進行通訊信息識別。
[0026]從上述的技術方案可以看出，本發明所述的直流電力載波通訊收發機兼具通訊信息的收、發功能，不僅可在控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號並將其傳輸到直流電力線上，還可對直流電力線上傳輸來的高頻信號進行接收、處理和識別，得到所述高頻信號上所承載的通訊信息，從而達到了以高頻信號作為通訊信息的傳輸載體、以直流電力線作為通訊信息的傳輸媒介的目的，實現了直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用，降低了直流電力系統的線路複雜程度及其建設成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1為本發明實施例一公開的一種直流電力載波通訊收發機結構不意圖；
[0029]圖2為本發明實施例一公開的又一種直流電力載波通訊收發機結構示意圖；
[0030]圖3為本發明實施例一公開的又一種直流電力載波通訊收發機結構示意圖；
[0031]圖4為本發明實施例一公開的一種設備工作時間關係圖。【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0033]實施例一:
[0034]參見圖1，本發明實施例一公開了一種直流電力載波通訊收發機，以實現直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用，包括控制器100、電源200、發射電路300和接收電路400，其中:
[0035]電源200連接於直流電力線和控制器100之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成控制器100工作需要的低壓直流電；
[0036]發射電路300連接所述直流電力線和控制器100，用於在控制器100的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上；
[0037]接收電路400連接所述直流電力線和控制器100，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號輸送給控制器100進行通訊信息識別。
[0038]分析可知，由於接入直流電力線的發射電路300可在控制器100的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，因而本實施例具備將通訊信息發射到直流電力線上的功能；此外，由於接收電路400可接收直流電力線上傳輸來的高頻信號，並將其轉換成控制器100可處理的高頻脈衝信號，進而利用控制器100識別出所述高頻信號上承載的通訊信息，因而本實施例還具備接收直流電力線上傳輸來的通訊信息的功能，實現了直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用。
[0039]本實施例公開的直流電力載波通訊收發機中，發射電路300和接收電路400具體可採用下述幾種電路結構形式實現，但並不局限。
[0040]仍參見圖1，發射電路300和接收電路400的第一種電路結構形式如下:
[0041]發射電路300包括LRC串聯諧振電路和用於在控制器100的控制下反覆通斷的開關電路K，其中:所述LRC串聯諧振電路連接在所述直流電力線上，是由電感L、電阻Rl和電容Cl依次串聯組成的電路；開關電路K並聯在所述LRC串聯諧振電路的電阻Rl和電容Cl上，具體可選用開關管實現，但並不局限。
[0042]具體的，由於電感L會在開關管K接通時儲存能量，且所述LRC串聯諧振電路會在開關管K斷開時進行阻尼振蕩釋放電感L的儲能，因此，在開關管K反覆通斷的過程中，所述LRC串聯諧振電路會進行阻尼振蕩生成高頻信號並將其傳輸到所述直流電力線上。其中，所述高頻信號在所述直流電力線上的傳輸距離由所述高頻信號的強度決定，而所述高頻信號的強度取決於開關管K開通時電感L儲存的能量大小。
[0043]接收電路400包括電容C2、電阻R2和濾波整形電路，其中:電容C2和電阻R2串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於電阻R2和控制器100之間，包括相串聯的濾波電路401和波形整形電路402。
[0044]具體的，電容C2用於隔離所述直流電力線上的高壓直流電和低頻信號；電阻R2用於採集經電容C2濾波後的直流電力線上的高頻信號；濾波電路401用於濾除存在於所述高頻信號中的幹擾信號，從而將通訊用頻段與幹擾頻端分離，得到有用的通訊波形；根據現場實際需要，該濾波電路401可選用帶通濾波器、低通濾波器、高通濾波器或組合濾波器等；波形整形電路402用於將所述有用的通訊波形轉換為控制器100能夠處理的高頻脈衝信號。
[0045]參見圖2，發射電路300和接收電路400的第二種電路結構形式如下:
[0046]發射電路300還與電源200相連，其具體包括隔離變壓器Tl、電容Cl和用於在控制器100的控制下反覆通斷的開關電路K，其中:開關電路K與隔離變壓器Tl的原邊繞組串聯後接入電源200 ;隔離變壓器Tl的副邊繞組與電容Cl串聯後接入所述直流電力線；開關電路K具體可選用開關管實現，但並不局限。
[0047]具體的，由於隔離變壓器Tl的原邊繞組會在開關管K接通時儲存能量，並通過電磁感應將能量傳遞給副邊繞組，且由隔離變壓器Tl的副邊繞組和電容Cl組成的串聯電路會在開關管K斷開時進行阻尼振蕩釋放儲能，因此，在開關管K反覆通斷的過程中，由隔離變壓器Tl和電容Cl組成的電路模塊會進行阻尼振蕩生成高頻信號並將其傳輸到所述直流電力線上；此外，由於隔離變壓器Tl能實現發射電路300與所述直流電力線間的電氣隔離，因而保證了發射電路300的安全運行。
[0048]接收電路400包括隔離變壓器T2、電容C2和濾波整形電路，其中:電容C2與隔離變壓器T2的原邊繞組串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於隔離變壓器T2的副邊繞組與控制器100之間，包括相串聯的濾波電路401和波形整形電路402。
[0049]具體的，電容C2用於隔離所述直流電力線上的高壓直流電和低頻信號；隔離變壓器T2用於採集經電容C2濾波後的直流電力線上的高頻信號，並實現接收電路400與所述直流電力線間的電氣隔離；濾波電路301用於濾除存在於高頻信號中的幹擾信號；波形整形電路302用於將濾波電路301輸出的有用的通訊波形轉換為控制器100能夠處理的標準的高頻脈衝信號。
[0050]在所述第二種電路結構形式下，隔離變壓器Tl和隔離變壓器T2的引入實現了直流電力載波通訊收發機與所述直流電力線的完全隔離，保證了所述直流電力載波通訊收發機的安全可靠。其中，為進一步其簡化電路結構，參見圖3，電容Cl和電容C2可採用同一電容C實現，隔離變壓器Tl和隔離變壓器T2可採用同一隔離變壓器T實現；具有共同的電容C和隔離變壓器T的發射電路300和隔離電路400的工作原理不變。此外，當所述直流電力線上連接有大功率設備(如圖3所示的大功率逆變器500)時，需要適當調整隔離變壓器T的參數以滿足大直流偏置的能力。
[0051]其中，為進一步提高所述直流電力載波通訊收發機的安全可靠性，電源200優選隔離電源。
[0052]此外，作為優選，為保證通訊信息的可靠接收，控制器100還用於在根據接收到的高頻脈衝信號進行通訊信息識別之前，利用鎖相環消除所述高頻脈衝信號的頻率誤差，並通過對其脈寬進行判別剔除脈寬超出允許的誤差範圍的脈衝。具體的，存儲於控制器100中的鎖相環是一種能夠自動跟蹤高頻信號頻率相位的算法，控制器100通過對所述高頻脈衝信號的頻率和脈寬進行實時檢測，保證了通訊信息的可靠接收。
[0053]其中需要說明的是，由於當控制器100接收到的高頻脈衝信號中連續出現多個隱性電平時，會造成所述鎖相環無法閉環鎖定相位，因此控制器100還用於在發送的高頻信號中連續出現的隱性電平的次數達到預設值時，為所述高頻信號插入顯性電平。舉例說明，假設控制器100接收到的高頻脈衝信號的其中一個數據包為0101 1000 0011 0000 0100，並設定數據幀連續出現4個隱性電平O時插入顯性電平1，則處理後的數據包為0101 1000O1Oll OOOOWlOO，其中上標I表示插入的顯性電平；
[0054]再者，由於鎖相環從開始鎖相到完成鎖相需要一定的時間，為了保證每一包數據讀取的正確性(高頻信號是以數據包的形式進行傳遞的)，控制器100還用於為發送的高頻信號數據包插入幀頭和幀尾，其中幀頭可以保證鎖相環在鎖相完成後才開始對有效的幀數據進行處理，幀尾表示數據已經發送完成。舉例說明，假設第一個數據包為0101 1000 00110000 0100，並設定幀頭為11111，幀尾為10000，則處理後的數據包為H111OlOl 1000 00110000 OIOOiqqqq，其中下標表示插入的幀頭和幀尾。
[0055]此外，考慮到直流電力系統中可同時存在若干個具備通訊信息發射功能的直流電力載波通訊發射機或直流電力載波通訊收發機，那麼若多個設備同時發射通訊信息時，則可能會出現數據衝突，因此控制器100還用於在檢測到所述直流電力線上存在數據衝突且自身的發射電路300的優先級較低時，禁止自身的發射電路300工作，直至該發射電路300達到最高的優先級，從而實現了根據設備的優先級來對這些設備的通訊信息發射順序進行排序。
[0056]舉例說明，參見圖4示出的設備工作時間關係圖，假設有4個設備同時發射通訊信息，to時刻，設備I利用控制器100檢測到所述直流電力線上有高電平脈衝，而自身對應的脈衝為低電平，則判定自身優先級較低，後續退出不再發送數據(圖中陰影部分表示設備停止工作的時間段)，剩下的設備2、3、4繼續發送；同理時刻，設備2檢測到自身優先級低，主動退出；t3時刻設備4退出，這樣最後只剩設備3繼續發送數據，從而避免了數據衝突的發生，保證了數據的準確傳輸。
[0057]綜合本實施例一公開的直流電力載波通訊接收機的結構後及功能可知，所述直流電力載波通訊收發機兼具通訊信息的收、發功能，不僅可在控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號並將其傳輸到直流電力線上，還可對直流電力線上傳輸來的高頻信號進行接收、處理和識別，得到所述高頻信號上所承載的通訊信息，從而實現了直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用。
[0058]實施例二:
[0059]本發明實施例二公開了一種直流電力載波通訊發射機，以實現直流電力載波通訊技術在直流電力系統的應用，包括控制器、電源和發射電路，其中:
[0060]所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；
[0061]所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上。
[0062]本實施例二所述的直流電力載波通訊發射機是完全基於實施例一所述的直流電力載波通訊收發機的通訊信息發射功能提出的，其工作原理參見實施例一部分的相關說明即可，此處不再一一贅述。
[0063]實施例三:[0064]本發明實施例三公開了一種直流電力載波通訊接收機，以實現直流電力載波通訊技術在直流電力系統的應用，包括控制器、電源和接收電路，其中:
[0065]所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；
[0066]所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號發送給所述控制器進行通訊信息識別。
[0067]本實施例三所述的直流電力載波通訊發射機是完全基於實施例一所述的直流電力載波通訊收發機的通訊信息接收功能提出的，其工作原理參見實施例一部分的相關說明即可，此處不再一一贅述。
[0068]綜上所述，本發明所述的直流電力載波通訊收發機兼具通訊信息的收、發功能，不僅可在控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號並將其傳輸到直流電力線上，還可對直流電力線上傳輸來的高頻信號進行接收、處理和識別，得到所述高頻信號上所承載的通訊信息，從而達到了以高頻信號作為通訊信息的傳輸載體、以直流電力線作為通訊信息的傳輸媒介的目的，實現了直流電力載波通訊技術在直流電力系統上的應用，降低了直流電力系統的線路複雜程度及其建設成本。
[0069]此外，在包括有直流電力載波通訊發射機、接收機和/或收發機等設備的直流電力系統中，這些設備既可以串聯方式或並聯方式連接於直流電力線上，又可以串並聯組合方式連接於直流電力線上，並不局限。
[0070]本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0071]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明實施例的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明實施例將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，包括控制器、電源、發射電路和接收電路，其中: 所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電； 所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上； 所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號輸送給所述控制器進行通訊信息識別。
2.根據權利要求1所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述發射電路包括LRC串聯諧振電路和用於在所述控制器的控制下反覆通斷的開關電路，其中: 所述LRC串聯諧振電路連接在所述直流電力線上；所述開關電路並聯在所述LRC串聯諧振電路的電阻和電容上。
3.根據權利要求1所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述接收電路包括電容、電阻和濾波整形電路，其中: 所述電容和所述電阻串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於所述電阻和所述控制器之間。
4.根據權利要求1所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述發射電路還與所述電源相連； 所述發射電路包括隔離變壓器、電容和用於在所述控制器的控制下反覆通斷的開關電路，其中:所述開關電路與所述隔離變壓器的原邊繞組串聯後接入所述電源；所述電容與所述隔離變壓器的副邊繞組串聯後接入所述直流電力線； 所述接收電路包括隔離變壓器、電容和濾波整形電路，其中:所述電容與所述隔離變壓器的原邊繞組串聯後接入所述直流電力線；所述濾波整形電路連接於所述隔離變壓器的副邊繞組與所述控制器之間。
5.根據權利要求1所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述控制器還用於利用鎖相環消除接收到的所述高頻脈衝信號的頻率誤差，並通過對其脈寬進行判別剔除脈寬超出允許的誤差範圍的脈衝。
6.根據權利要求5所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述控制器還用於在發送的高頻信號中連續出現的隱性電平的次數達到預設值時，為所述高頻信號插入顯性電平。
7.根據權利要求5所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述控制器還用於為發送的高頻信號數據包插入幀頭和幀尾。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的直流電力載波通訊收發機，其特徵在於，所述控制器還用於在檢測到所述直流電力線上存在數據衝突且所述發射電路的優先級較低時，中斷所述發射電路工作，直至優先級別較高的發射電路發送完成。
9.一種直流電力載波通訊發射機，其特徵在於，包括控制器、電源和發射電路，其中: 所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電；所述發射電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於在所述控制器的控制下生成載有通訊信息的高頻信號，並將其輸送到所述直流電力線上。
10.一種直流電力載波通訊接收機，其特徵在於，包括控制器、電源和接收電路，其中:所述電源連接於直流電力線和所述控制器之間，用於將所述直流電力線提供的高壓直流電轉換成所述控制器工作需要的低壓直流電； 所述接收電路連接所述直流電力線和所述控制器，用於接收在所述直流電力線上傳輸的高頻信號，對其進行處理，並將處理得到的高頻脈衝信號發送給所述控制器進行通訊信息識別。
【文檔編號】H04B3/54GK103929217SQ201410186894
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】吳田進, 黃志鋒, 武京, 傅立秦, 劉雷 申請人:陽光電源股份有限公司