低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型為低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，本系統(tǒng)的低壓直流電源的2條電力線和正極引出的載波線共同構(gòu)成總線?？偩€連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的電壓轉(zhuǎn)換模塊供電；調(diào)制解調(diào)模塊連接載波線、與可編程控制器模塊PLC連接。各節(jié)點(diǎn)有唯一的ID號(hào)?？偩€有1個(gè)PLC連接人機(jī)界面的主控節(jié)點(diǎn)、1或多個(gè)PLC連接通信模塊的通信節(jié)點(diǎn)，其余為PLC連接受控設(shè)備的受控節(jié)點(diǎn)。使用時(shí)人機(jī)界面向主控節(jié)點(diǎn)輸入控制程序；主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送載波控制信號(hào)，各受控節(jié)點(diǎn)由ID識(shí)別接收本節(jié)點(diǎn)的指令、控制所接的受控設(shè)備并反饋執(zhí)行信息，通信節(jié)點(diǎn)監(jiān)控和調(diào)理載波線上的信號(hào)。本實(shí)用新型通信質(zhì)量穩(wěn)定，抗干擾，傳輸距離長(zhǎng)，通信線路簡(jiǎn)單，適用于各類車船上直流電器的控制系統(tǒng)。
【專利說明】低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力線通信技術(shù)，尤其是一種低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力線通信技術(shù)是利用高壓電力線(35kV及以上)、中壓電力線(IOkV)或低壓配電線(380/220V)作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。目前交流電力線載波通信技術(shù)已發(fā)展幾十年，低速(1200bps以下)電力線通信已經(jīng)很普遍。交流電力線載波通信常采用頻移鍵控(FSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、格柵編碼調(diào)制(TCM)、擴(kuò)頻/碼分多址CDMA等實(shí)現(xiàn)方案。
[0003]但當(dāng)前直流電力線通信技術(shù)還不成熟，應(yīng)用不普遍。直流電力線目前仍多采用專用信號(hào)線通信，分設(shè)電源線與信號(hào)線。這使得線路復(fù)雜，負(fù)載能力，抗干擾能力方面存在不足。
[0004]現(xiàn)有的低壓直流電力線通信中，主要使用HART通信協(xié)議，即采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4?20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信，由于局限于4?20mA模擬信號(hào)，此種低壓直流電力線通信技術(shù)只適合應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間通信的特定場(chǎng)合。
[0005]而在汽車、工程機(jī)械和電動(dòng)車等由電池供電的系統(tǒng)中，模擬信號(hào)電流值可達(dá)IA以上，HART通信協(xié)議明顯不適用。目前尚未見在汽車，電動(dòng)車等低壓電力線供電情況下，采用低壓電力線通信實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)傳輸?shù)膱?bào)道。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是為了實(shí)現(xiàn)以低壓直流電力線通信為物理層的一種總線系統(tǒng)，在為設(shè)備供電的同時(shí)提供設(shè)備監(jiān)控通信信道。本實(shí)用新型提供一種低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，兩線為低壓正負(fù)極直流電力線，再從電源正極引出一條載波線，三線構(gòu)成總線，連接多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，其中有一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)和多個(gè)受控節(jié)點(diǎn)。
[0007]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，包括低壓直流電源引出的正負(fù)極直流電力線，還有從低壓直流電源正極引出的一條載波線，三線共同構(gòu)成總線。
[0008]總線上連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的主要組成有:電壓轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊。電壓轉(zhuǎn)換模塊連接正負(fù)極直流電力線和本節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊和可編程邏輯控制器模塊，為本節(jié)點(diǎn)的其它模塊提供所需電壓；調(diào)制解調(diào)模塊連接載波線，并與可編程控制器模塊連接。各節(jié)點(diǎn)有唯一的ID號(hào)。
[0009]總線上的節(jié)點(diǎn)包括I個(gè)主控節(jié)點(diǎn)、I個(gè)或多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，其余為受控節(jié)點(diǎn)。受控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊通過I/o端口連接受控設(shè)備；或者，受控節(jié)點(diǎn)和主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊通過I/o端口連接受控設(shè)備。主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊與人機(jī)界面連接，人機(jī)界面用于輸入系統(tǒng)配置信息和控制信息。[0010]通信節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊連接通信模塊，經(jīng)通信模塊為總線上的節(jié)點(diǎn)提供通信服務(wù)并監(jiān)控總線狀態(tài)。通信節(jié)點(diǎn)獲取主控節(jié)點(diǎn)和各受控節(jié)點(diǎn)之間交換的信息，通過報(bào)文解析，監(jiān)控受控節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障信息時(shí)，將故障信息和發(fā)出故障信息的節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)發(fā)送至主控節(jié)點(diǎn)。
[0011]當(dāng)總線傳輸距離過長(zhǎng)，或者總線節(jié)點(diǎn)過多，載波線上傳輸?shù)男盘?hào)衰減嚴(yán)重信號(hào)功率下降。當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到載波線上傳輸?shù)闹骺毓?jié)點(diǎn)信號(hào)功率小于初始設(shè)定值的50%，通信節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊對(duì)載波線上傳輸?shù)奈锢硇盘?hào)進(jìn)行放大調(diào)理，再經(jīng)通信模塊發(fā)送到載波線上，以保證總線上其它節(jié)點(diǎn)通信可靠。根據(jù)總線傳輸?shù)木嚯x、總線上節(jié)點(diǎn)的數(shù)量及環(huán)境條件確定信號(hào)衰減情況，決定通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
[0012]為了便于設(shè)置和控制，主控節(jié)點(diǎn)位于總線的最前端，即最靠近低壓直流電源，主控節(jié)點(diǎn)后為多個(gè)受控節(jié)點(diǎn)。
[0013]低壓直流電源配置轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換接口有與低壓直流電源插座相配合的正、負(fù)極插頭，還有正、負(fù)極電力線和載波線的三個(gè)插孔，正、負(fù)極插頭分別連接正負(fù)極插孔，正極插頭的另一引出線經(jīng)適配電阻連接載波線插孔。
[0014]適配電阻R根據(jù)直流電源電壓Vtl、各節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)器模塊的電壓Vi以及節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)N進(jìn)行選擇。當(dāng)各節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)器模塊的電壓范圍與直流電源電壓不相配時(shí)，轉(zhuǎn)換接口增加接口電壓轉(zhuǎn)換模塊，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)輸入端分別連接正、負(fù)極插頭，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的正極輸出端經(jīng)適配電阻連接載波線插孔。
[0015]低壓直流電力線通信總線系統(tǒng)使用時(shí)根據(jù)各受控節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)，通過主控節(jié)點(diǎn)的人機(jī)界面向主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器輸入對(duì)本系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)所連接的受控設(shè)備的控制程序；主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器按控制程序發(fā)出的控制指令，經(jīng)其調(diào)制解調(diào)模塊調(diào)制為載波信號(hào)送到載波線傳輸；各受控節(jié)點(diǎn)通過ID識(shí)別、從載波線接收發(fā)給本節(jié)點(diǎn)的載波指令信號(hào)，經(jīng)該受控節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)為控制指令，送入該受控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器，根據(jù)所收到的主控節(jié)點(diǎn)的控制指令產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)該受控節(jié)點(diǎn)的對(duì)外控制接口模塊送入該受控節(jié)點(diǎn)連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制；當(dāng)受控節(jié)點(diǎn)向其所連接的被控設(shè)備發(fā)送了控制指令，該受控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器經(jīng)其調(diào)制解調(diào)模塊發(fā)送此ID號(hào)節(jié)點(diǎn)控制指令已執(zhí)行的信息，經(jīng)載波線反饋到主控節(jié)點(diǎn)；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通信節(jié)點(diǎn)獲取載波線上傳輸?shù)闹骺毓?jié)點(diǎn)和各受控節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，并進(jìn)行分析，區(qū)分所得信息是控制信息還是故障信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障信息時(shí)，將故障信息和其發(fā)出節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)發(fā)送至主控節(jié)點(diǎn)。通信節(jié)點(diǎn)還根據(jù)載波線上主控節(jié)點(diǎn)信號(hào)功率對(duì)載波線上傳輸?shù)奈锢硇盘?hào)進(jìn)行放大調(diào)理，再經(jīng)通信模塊發(fā)送到載波線上。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為:1)實(shí)現(xiàn)了低壓直流電力線通信，直流電力線的特性決定本系統(tǒng)通信質(zhì)量的穩(wěn)定性高；2)獨(dú)立的載波線路只傳輸調(diào)制信號(hào)，不傳輸電能，增強(qiáng)了信號(hào)的抗干擾能力；3)在電源功率和電力線衰減特性內(nèi)，負(fù)載能力強(qiáng)和傳輸距離遠(yuǎn)；4)簡(jiǎn)化了低壓電力線供電設(shè)備的控制信號(hào)的通信線路，避免復(fù)雜的布線和線束過多，專用轉(zhuǎn)換接口簡(jiǎn)化了接入方式；5)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用，抗干擾能力強(qiáng)，可用于汽車、船只、工程機(jī)械、電動(dòng)車上電器設(shè)備和燈光等直流供電及控制場(chǎng)合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；[0018]圖2為圖1中轉(zhuǎn)換接口電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為圖1中受控節(jié)點(diǎn)右前方節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為圖1中主控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為圖1中通信節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0023]本低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)實(shí)施例為用于汽車車燈供電控制的低壓直流電力線通信系統(tǒng)，圖1為本例整體結(jié)構(gòu)示意圖，汽車上配有低壓直流電源轉(zhuǎn)換接頭，由此引出正極電力線、負(fù)極電力線和載波線W，三線構(gòu)成的總線上連接一個(gè)主控節(jié)點(diǎn)、一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)和4個(gè)受控節(jié)點(diǎn)，主控節(jié)點(diǎn)位于總線的最前端，通信節(jié)點(diǎn)位于最后端，4個(gè)受控節(jié)點(diǎn)位于主控節(jié)點(diǎn)和通信節(jié)點(diǎn)之間。
[0024]4個(gè)受控節(jié)點(diǎn)分別為右前方節(jié)點(diǎn)、右后方節(jié)點(diǎn)、左前方節(jié)點(diǎn)、左后方節(jié)點(diǎn)。4個(gè)受控節(jié)點(diǎn)的受控設(shè)備為連接車的左右前后各燈的各繼電器模塊。左、右前方節(jié)點(diǎn)的受控設(shè)備分別為連接左、右照明燈，左、右前示寬燈和左、右前轉(zhuǎn)向燈的左、右前繼電器模塊；左、右后方節(jié)點(diǎn)的受控設(shè)備分別為連接左、右后示寬燈和左、右后轉(zhuǎn)向燈的左、右繼電器模塊，即每個(gè)受控節(jié)點(diǎn)可以通過繼電器模塊控制2或3個(gè)燈的獨(dú)立工作。各節(jié)點(diǎn)ID號(hào)如下:主控節(jié)點(diǎn)為01，通信節(jié)點(diǎn)為02，右前方節(jié)點(diǎn)11，右后方節(jié)點(diǎn)21，左前方節(jié)點(diǎn)12，左后方節(jié)點(diǎn)22。
[0025]轉(zhuǎn)換接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，該轉(zhuǎn)換接口一端有與低壓直流電源插座相配合的正、負(fù)極插頭，另一端還有正、負(fù)極電力線和載波線W的三個(gè)插孔，正、負(fù)極插頭分別連接正負(fù)極插孔，本例的轉(zhuǎn)換接口配有接口電壓轉(zhuǎn)換模塊，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)輸入端分別連接正、負(fù)極插頭，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的正極輸出端經(jīng)適配電阻連接載波線插孔。
[0026]本例受控節(jié)點(diǎn)右前方節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括電壓轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊，調(diào)制解調(diào)模塊連接載波線W，并與可編程控制器模塊連接，電壓轉(zhuǎn)換模塊連接直流電源DC的正負(fù)極直流電力線和本節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊?？删幊炭刂破髂K連接對(duì)外控制接口模塊，連接受控設(shè)備，本節(jié)點(diǎn)的受控設(shè)備為連接右照明燈，右前示寬燈和右前轉(zhuǎn)向燈的右前繼電器模塊。其它受控節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)與此結(jié)構(gòu)相同，只是繼電器模塊所接的受控?zé)舨煌?br> [0027]本例主控節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其主體結(jié)構(gòu)與受控節(jié)點(diǎn)相同，包括電壓轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊，主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊接有人機(jī)界面接口，本例的主控接點(diǎn)所接人機(jī)界面為鍵盤。
[0028]本例通信節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其主體結(jié)構(gòu)與受控節(jié)點(diǎn)相同，包括電壓轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊，其可編程控制器連接通信模塊。
[0029]本例各節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊選用半雙工通信M0DEM(LM1893)，其工作電壓范圍為13-40V。本例可編程控制器模塊選取帶有串行異步通信接口的通用單片機(jī)。調(diào)制信號(hào)采用直接耦合方式，調(diào)制方式為頻移鍵控(FSK)，調(diào)制信號(hào)為電壓形式。
[0030]配合各節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊MODEM (LM1893)，經(jīng)測(cè)試計(jì)算，轉(zhuǎn)換接口的適配電阻阻值選取在100歐姆，以獲得較大驅(qū)動(dòng)能力。
[0031]上述實(shí)施例，僅為對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本實(shí)用新型并非限定于此。凡在本實(shí)用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，包括低壓直流電源引出的正負(fù)極直流電力線，其特征在于: 還有從低壓直流電源正極引出的一條載波線，三線共同構(gòu)成總線； 總線上連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的主要組成有:電壓轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)制解調(diào)模塊和可編程控制器模塊；電壓轉(zhuǎn)換模塊連接正負(fù)極直流電力線和本節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)模塊和可編程邏輯控制器模塊，調(diào)制解調(diào)模塊連接載波線，并與可編程控制器模塊連接；各節(jié)點(diǎn)有唯一的ID號(hào)；總線上的節(jié)點(diǎn)包括I個(gè)主控節(jié)點(diǎn)、I個(gè)或多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，其余為受控節(jié)點(diǎn)；受控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊通過I/O端口連接受控設(shè)備，或者，受控節(jié)點(diǎn)和主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊通過I/O端口連接受控設(shè)備；主控節(jié)點(diǎn)的可編程控制器模塊與人機(jī)界面連接；通信節(jié)點(diǎn)的可編程控制器連接通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，其特征在于: 所述主控節(jié)點(diǎn)位于總線的最前端，即最靠近低壓直流電源，主控節(jié)點(diǎn)后為多個(gè)受控節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，其特征在于: 所述低壓直流電源配置轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換接口有與低壓直流電源插座相配合的正、負(fù)極插頭，還有正、負(fù)極電力線和載波線的三個(gè)插孔，正、負(fù)極插頭分別連接正負(fù)極插孔，正極插頭的另一引出線經(jīng)適配電阻連接載波線插孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，其特征在于: 當(dāng)各節(jié)點(diǎn)的調(diào)制解調(diào)器模塊的電壓范圍與直流電源電壓不相配時(shí)，轉(zhuǎn)換接口增加接口電壓轉(zhuǎn)換模塊，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)輸入端分別連接正、負(fù)極插頭，接口電壓轉(zhuǎn)換模塊的正極輸出端經(jīng)適配電阻連接載波線插孔。
【文檔編號(hào)】H04B3/54GK203522779SQ201320551069
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】許勇, 蔡其瑾, 張向文, 潘明, 任風(fēng)華 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)