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成總線?？偩€連接多個節(jié)點，節(jié)點的電壓轉換模塊供電；調制解調模塊連接載波線、與可編程控制器模塊PLC連接。各節(jié)點有唯一的ID號。總線有1個PLC連接人機界面的主控節(jié)點、1或多個PLC連接通信模塊的通信節(jié)點，其余為PLC連接受控設備的受控節(jié)點。使用時人機界面向主控節(jié)點輸入控制程序；主控節(jié)點發(fā)送載波控制信號，各受控節(jié)點由ID識別接收本節(jié)點的指令、控制所接的受控設備并反饋執(zhí)行信息，通信節(jié)點監(jiān)控和調理載波線上的信號。本實用新型通信質量穩(wěn)定，抗干擾，傳輸距離長，通信線路簡單，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)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力線通信技術，尤其是一種低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]電力線通信技術是利用高壓電力線(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)、正交幅度調制(QAM)、格柵編碼調制(TCM)、擴頻/碼分多址CDMA等實現(xiàn)方案。
[0003]但當前直流電力線通信技術還不成熟，應用不普遍。直流電力線目前仍多采用專用信號線通信，分設電源線與信號線。這使得線路復雜，負載能力，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標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4?20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通信，由于局限于4?20mA模擬信號，此種低壓直流電力線通信技術只適合應用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間通信的特定場合。
[0005]而在汽車、工程機械和電動車等由電池供電的系統(tǒng)中，模擬信號電流值可達IA以上，HART通信協(xié)議明顯不適用。目前尚未見在汽車，電動車等低壓電力線供電情況下，采用低壓電力線通信實現(xiàn)控制信號傳輸?shù)膱蟮馈?br> 實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是為了實現(xiàn)以低壓直流電力線通信為物理層的一種總線系統(tǒng)，在為設備供電的同時提供設備監(jiān)控通信信道。本實用新型提供一種低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)，兩線為低壓正負極直流電力線，再從電源正極引出一條載波線，三線構成總線，連接多個控制節(jié)點，其中有一個主控節(jié)點和多個受控節(jié)點。
[0007]本實用新型設計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，三線共同構成總線。
[0008]總線上連接多個節(jié)點，節(jié)點的主要組成有:電壓轉換模塊、調制解調模塊和可編程控制器模塊。電壓轉換模塊連接正負極直流電力線和本節(jié)點的調制解調模塊和可編程邏輯控制器模塊，為本節(jié)點的其它模塊提供所需電壓；調制解調模塊連接載波線，并與可編程控制器模塊連接。各節(jié)點有唯一的ID號。
[0009]總線上的節(jié)點包括I個主控節(jié)點、I個或多個通信節(jié)點，其余為受控節(jié)點。受控節(jié)點的可編程控制器模塊通過I/o端口連接受控設備；或者，受控節(jié)點和主控節(jié)點的可編程控制器模塊通過I/o端口連接受控設備。主控節(jié)點的可編程控制器模塊與人機界面連接，人機界面用于輸入系統(tǒng)配置信息和控制信息。[0010]通信節(jié)點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)點提供通信服務并監(jiān)控總線狀態(tài)。通信節(jié)點獲取主控節(jié)點和各受控節(jié)點之間交換的信息，通過報文解析，監(jiān)控受控節(jié)點狀態(tài)。當發(fā)現(xiàn)故障信息時，將故障信息和發(fā)出故障信息的節(jié)點的ID號發(fā)送至主控節(jié)點。
[0011]當總線傳輸距離過長，或者總線節(jié)點過多，載波線上傳輸?shù)男盘査p嚴重信號功率下降。當通信節(jié)點檢測到載波線上傳輸?shù)闹骺毓?jié)點信號功率小于初始設定值的50%，通信節(jié)點的可編程控制器模塊對載波線上傳輸?shù)奈锢硇盘栠M行放大調理，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)點通信可靠。根據(jù)總線傳輸?shù)木嚯x、總線上節(jié)點的數(shù)量及環(huán)境條件確定信號衰減情況，決定通信節(jié)點的數(shù)量。
[0012]為了便于設置和控制，主控節(jié)點位于總線的最前端，即最靠近低壓直流電源，主控節(jié)點后為多個受控節(jié)點。
[0013]低壓直流電源配置轉換接口，轉換接口有與低壓直流電源插座相配合的正、負極插頭，還有正、負極電力線和載波線的三個插孔，正、負極插頭分別連接正負極插孔，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)點的調制解調器模塊的電壓Vi以及節(jié)點的個數(shù)N進行選擇。當各節(jié)點的調制解調器模塊的電壓范圍與直流電源電壓不相配時，轉換接口增加接口電壓轉換模塊，接口電壓轉換模塊的2個輸入端分別連接正、負極插頭，接口電壓轉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)使用時根據(jù)各受控節(jié)點的ID號，通過主控節(jié)點的人機界面向主控節(jié)點的可編程控制器輸入對本系統(tǒng)各節(jié)點所連接的受控設備的控制程序；主控節(jié)點的可編程控制器按控制程序發(fā)出的控制指令，經(jīng)其調制解調模塊調制為載波信號送到載波線傳輸；各受控節(jié)點通過ID識別、從載波線接收發(fā)給本節(jié)點的載波指令信號，經(jīng)該受控節(jié)點的調制解調模塊解調為控制指令，送入該受控節(jié)點的可編程控制器，根據(jù)所收到的主控節(jié)點的控制指令產(chǎn)生控制信號，經(jīng)該受控節(jié)點的對外控制接口模塊送入該受控節(jié)點連接的受控設備進行控制；當受控節(jié)點向其所連接的被控設備發(fā)送了控制指令，該受控節(jié)點的可編程控制器經(jīng)其調制解調模塊發(fā)送此ID號節(jié)點控制指令已執(zhí)行的信息，經(jīng)載波線反饋到主控節(jié)點；系統(tǒng)運行過程中，通信節(jié)點獲取載波線上傳輸?shù)闹骺毓?jié)點和各受控節(jié)點發(fā)送的信息，并進行分析，區(qū)分所得信息是控制信息還是故障信息，當發(fā)現(xiàn)故障信息時，將故障信息和其發(fā)出節(jié)點的ID號發(fā)送至主控節(jié)點。通信節(jié)點還根據(jù)載波線上主控節(jié)點信號功率對載波線上傳輸?shù)奈锢硇盘栠M行放大調理，再經(jīng)通信模塊發(fā)送到載波線上。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)的優(yōu)點為:1)實現(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)通信質量的穩(wěn)定性高；2)獨立的載波線路只傳輸調制信號，不傳輸電能，增強了信號的抗干擾能力；3)在電源功率和電力線衰減特性內(nèi)，負載能力強和傳輸距離遠；4)簡化了低壓電力線供電設備的控制信號的通信線路，避免復雜的布線和線束過多，專用轉換接口簡化了接入方式；5)設計簡單實用，抗干擾能力強，可用于汽車、船只、工程機械、電動車上電器設備和燈光等直流供電及控制場合。
【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)實施例結構示意圖；[0018]圖2為圖1中轉換接口電路結構示意圖；
[0019]圖3為圖1中受控節(jié)點右前方節(jié)點結構示意圖；
[0020]圖4為圖1中主控節(jié)點結構示意圖；
[0021]圖5為圖1中通信節(jié)點結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0023]本低壓直流電力線總線通信系統(tǒng)實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為本例整體結構示意圖，汽車上配有低壓直流電源轉換接頭，由此引出正極電力線、負極電力線和載波線W，三線構成的總線上連接一個主控節(jié)點、一個通信節(jié)點和4個受控節(jié)點，主控節(jié)點位于總線的最前端，通信節(jié)點位于最后端，4個受控節(jié)點位于主控節(jié)點和通信節(jié)點之間。
[0024]4個受控節(jié)點分別為右前方節(jié)點、右后方節(jié)點、左前方節(jié)點、左后方節(jié)點。4個受控節(jié)點的受控設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)點的受控設備分別為連接左、右照明燈，左、右前示寬燈和左、右前轉向燈的左、右前繼電器模塊；左、右后方節(jié)點的受控設備分別為連接左、右后示寬燈和左、右后轉向燈的左、右繼電器模塊，即每個受控節(jié)點可以通過繼電器模塊控制2或3個燈的獨立工作。各節(jié)點ID號如下:主控節(jié)點為01，通信節(jié)點為02，右前方節(jié)點11，右后方節(jié)點21，左前方節(jié)點12，左后方節(jié)點22。
[0025]轉換接口電路結構如圖2所示，該轉換接口一端有與低壓直流電源插座相配合的正、負極插頭，另一端還有正、負極電力線和載波線W的三個插孔，正、負極插頭分別連接正負極插孔，本例的轉換接口配有接口電壓轉換模塊，接口電壓轉換模塊的2個輸入端分別連接正、負極插頭，接口電壓轉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)點右前方節(jié)點的結構如圖3所示，包括電壓轉換模塊、調制解調模塊和可編程控制器模塊，調制解調模塊連接載波線W，并與可編程控制器模塊連接，電壓轉換模塊連接直流電源DC的正負極直流電力線和本節(jié)點的調制解調模塊和可編程控制器模塊?？删幊炭刂破髂K連接對外控制接口模塊，連接受控設備，本節(jié)點的受控設備為連接右照明燈，右前示寬燈和右前轉向燈的右前繼電器模塊。其它受控節(jié)點結構與此結構相同，只是繼電器模塊所接的受控燈不同。
[0027]本例主控節(jié)點的結構如圖4所示，其主體結構與受控節(jié)點相同，包括電壓轉換模塊、調制解調模塊和可編程控制器模塊，主控節(jié)點的可編程控制器模塊接有人機界面接口，本例的主控接點所接人機界面為鍵盤。
[0028]本例通信節(jié)點的結構如圖5所示，其主體結構與受控節(jié)點相同，包括電壓轉換模塊、調制解調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)點的調制解調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。調制信號采用直接耦合方式，調制方式為頻移鍵控(FSK)，調制信號為電壓形式。
[0030]配合各節(jié)點的調制解調模塊MODEM (LM1893)，經(jīng)測試計算，轉換接口的適配電阻阻值選取在100歐姆，以獲得較大驅動能力。
[0031]上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
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，三線共同構成總線； 總線上連接多個節(jié)點，節(jié)點的主要組成有:電壓轉換模塊、調制解調模塊和可編程控制器模塊；電壓轉換模塊連接正負極直流電力線和本節(jié)點的調制解調模塊和可編程邏輯控制器模塊，調制解調模塊連接載波線，并與可編程控制器模塊連接；各節(jié)點有唯一的ID號；總線上的節(jié)點包括I個主控節(jié)點、I個或多個通信節(jié)點，其余為受控節(jié)點；受控節(jié)點的可編程控制器模塊通過I/O端口連接受控設備，或者，受控節(jié)點和主控節(jié)點的可編程控制器模塊通過I/O端口連接受控設備；主控節(jié)點的可編程控制器模塊與人機界面連接；通信節(jié)點的可編程控制器連接通信模塊。
2.根據(jù)權利要求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)點位于總線的最前端，即最靠近低壓直流電源，主控節(jié)點后為多個受控節(jié)點。
3.根據(jù)權利要求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換接口，轉換接口有與低壓直流電源插座相配合的正、負極插頭，還有正、負極電力線和載波線的三個插孔，正、負極插頭分別連接正負極插孔，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: 當各節(jié)點的調制解調器模塊的電壓范圍與直流電源電壓不相配時，轉換接口增加接口電壓轉換模塊，接口電壓轉換模塊的2個輸入端分別連接正、負極插頭，接口電壓轉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】H04B3/54GK203522779SQ201320551069
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權日:2013年9月5日
【發(fā)明者】許勇, 蔡其瑾, 張向文, 潘明, 任風華 申請人:桂林電子科技大學