СПОСОБ, СИСТЕМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Российский патент 2005 года по МПК H04B3/54 H02J13/00 

Настоящее изобретение относится к способу, системе и соответствующим средствам для передачи данных и/или информации в электрической цепи между двумя приборами, имеющими соответствующие электронные системы управления.

Необходимость передачи данных или информации при использовании электрической цепи в качестве средства связи известно давно; эта необходимость особенно ощущается в так называемой бытовой автоматизации или демотической области, где диалог среди различных потребителей электрической энергии может создавать значительные выгоды в отношении сбережения электрической энергии и улучшения общего качества функционирования.

Тот факт, что одна электрическая цепь может также выполнять роль двунаправленной линии передачи данных, позволяет избегать необходимость использования дополнительной системы внутренней электропроводки и также гарантировать полный доступ ко всем потребителям электрической энергии даже в том случае, если они распределены на относительно большом удалении или их местоположение является трудным для доступа (например, гараж, чердак, погреб и так далее).

Наиболее обычные системы передачи данных в электрической цепи основаны на использовании так называемой линии сети электропитания, в которой использует адекватные модемы, способные передавать и принимать информацию посредством специальной модуляции и демодуляции небольших электрических сигналов, накладываемых на напряжение электросети, соответственно.

Два наиболее обычных способа модуляции известны как частотная модуляция и амплитудная модуляция, которые соответственно основаны на особой модуляции частоты или амплитуды. Системы передачи данных при использовании линии электропередачи, основанные на частотной модуляции, выдвигают на первый план стойкость к воздействию электрических помех по сравнению с системами, основанными на амплитудной модуляции; однако соответствующие модемы являются более дорогими. Так или иначе, в обоих случаях стоимость осуществления системы передачи данных в бытовом электрическом применении, как правило, слишком высока для непосредственного использования с такими бытовыми потребителями электрической энергии, как стиральная машина, холодильник, утюг, электрическая плита и так далее.

Как результат, так называемый узел связи, то есть элемент, обеспечивающий возможность обмена информацией в электрической цепи между бытовым потребителем электрической энергии и другими внешними устройствами, не может быть встроен в бытовой электрический прибор по экономическим соображениям, но должен быть предложен как необязательный дополнительный прибор, поставляемый по отдельному заказу.

Однако это включает в себя также более высокие затраты на систему управления потребителя электрической энергии, для которого электронные приборы имеют соответствующие устройства сопряжения, так как требуется адекватный диалог с узлом связи, а также соответствующий механический корпус для последнего в потребителе электрической энергии.

По этой причине концепция передачи данных в электрической цепи относится фактически только к дорогим потребителям электрической энергии, то есть принадлежащим к моделям, позволяющим неизбежные увеличения затрат, будучи в то же самое время неприемлемой для массового производства.

Настоящее изобретение имеет целью устранение вышеуказанных недостатков и, в частности, обеспечивает способ, систему и соответствующие средства для передачи данных или информации в электрической цепи, которые являются альтернативными и/или комплиментарными по отношению к известным способам, системам и соответствующим средствам и которые могут быт выполнены при небольшой стоимости в массовом производстве бытовых потребителей электрической энергии, в частности бытовых электроприборов.

Эти и дополнительные задачи, которые станут более очевидными из следующего описания, решают в соответствии с настоящим изобретением посредством способа, системы и соответствующих средств для передачи данных или информации в электрической цепи, имеющих элементы, описанные в прилагаемой формуле изобретения, которая является неотъемлемой составной частью настоящего описания.

Передача/прием данных в электрической цепи, соответствующей настоящему изобретению, относится, в частности, к обмену двоичной информацией между двумя электрическими приборами посредством двух способов модуляции и демодуляции, которые могут быть комплиментарными по отношению друг к другу.

Способ передачи данных в электрической цепи, соответствующий настоящему изобретению, использует в качестве средства для кодирования передаваемой двоичной информации соответствующие прерывания или приостановки подачи электропитания электрической цепи, называемые ниже "прерываниями цепи" или "прерываниями электрического напряжения", осуществляемые посредством твердотельных прерывателей, например посредством симметричного триодного тиристора.

Второй способ передачи данных в электрической цепи, соответствующий настоящему изобретению, использует в качестве средства для кодирования двоичной информации "регулируемые поглощения мощности", также получаемые посредством твердотельных прерывателей (симметричных триодных тиристоров).

В обоих случаях двоичную информацию кодируют посредством особой формы "модуляции мощности", которая образует основную часть настоящего изобретения; таким образом, два вышеуказанных способа передачи данных далее будут идентифицированы как "модуляция подаваемой мощности" и "модуляция поглощаемой мощности" соответственно. Очевидно, что помимо кодирования данных, полученного посредством модуляции мощности, для декодирования полученных данных будут предусмотрены соответствующие цепи демодуляции.

Два вышеуказанных способа передачи данных в электрической цепи могут быть предпочтительно использованы в соответствии с настоящим изобретением либо в одном режиме, или в комбинированном режиме.

Первый предпочтительный пример использования настоящего изобретения, использующий комбинацию двух указанных способов передачи данных в электрической цепи, относится к передаче данных между двумя электронно-управляемыми приборами, представленными соответствующим потребителем электрической энергии, который будет указан индексом НА (бытовой электроприбор), и прибором для текущего контроля работы некоторого электроприбора, указываемым как интеллектуальное устройство SA сопряжения.

Второй значительный пример использования настоящего изобретения относится к возможному объединению нескольких потребителей НА (бытовых электроприборов) электрической энергии с одним прибором для текущего контроля, названным MSA (интеллектуальным устройством множественного сопряжения), который предварительно подготовлен для этой цели.

Наконец, третий пример использования настоящего изобретения относится к специфической области применения бытовых электроприборов, имеющих низкое поглощение электрической мощности (например, холодильников, морозильных камер, газовых конфорок, газовых котлов и так далее), где равномерное осуществление способа модуляции/демодуляции поглощаемой мощности является особенно выгодным, то есть способа, основанного на управляемых поглощениях электрической мощности.

Дополнительные цели, элементы и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания настоящего изобретения, сделанного со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые приведены только для пояснения неограничивающих примеров применения настоящего изобретения, на которых

Фиг.1 - иллюстрация принципа соединения, соответствующего настоящему изобретению, между интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля и характерным потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии;

Фиг.2 - иллюстрация примера каскада передачи данных или передатчика двоичной информации, содержащегося в системе управления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля, показанного на фиг.1, при использовании модуляции подаваемой мощности (модуляция мощности: режим источника) к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3а - иллюстрация примера каскада приема данных или приемника двоичной информации, содержащегося в системе управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, показанного на фиг.1, при использовании демодуляции подаваемой мощности (демодуляция мощности: режим источника) к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии через интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.3b, 3с и 3d - иллюстрации трех возможных дополнительных вариантов осуществления каскада приема данных или приемника двоичной информации, содержащегося в системе управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, показанного на фиг.1, при использовании им демодуляции подаваемой мощности (демодуляция мощности: режим источника) к такому потребителю через интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.4 - иллюстрация примера каскада передачи данных или передатчика двоичной информации, содержащегося в системе управления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля, показанного на фиг.1, при использовании модуляции поглощаемой мощности (модуляция мощности: режим потребления энергии) от потребителя электрической энергии в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.5 - иллюстрация примера каскада приема данных или приемника двоичной информации, содержащегося в системе управления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля, показанного на фиг.1, при использовании демодуляции поглощаемой мощности (демодуляция мощности: режим потребления энергии) от потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6а - блок-схема, описывающая характерную передачу цифровой информации при использовании способа модуляции мощности, соответствующего настоящему изобретению; эта блок-схема может быть ассоциирована с обоими способами передачи данных (фиг.2 и фиг.4), которые являются объектом настоящего изобретения;

Фиг.6b - блок-схема, ассоциируемая со стадией приема цифровой информации при использовании способа модуляции мощности, соответствующего настоящему изобретению; эта блок-схема может быть ассоциирована с обоими способами приема (фиг.3 и фиг.5), которые являются объектом настоящего изобретения;

Фиг.7 - блок-схема возможного физического варианта осуществления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля, показанного на фиг.1;

Фиг.8 - блок-схема особого варианта осуществления прибора текущего контроля, способного вести диалог с несколькими потребителями электрической энергии в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.9 - иллюстрация примера выгодного использования прибора текущего контроля, иллюстрируемого на фиг.8;

Фиг.10 - иллюстрация особенно выгодного использования, в котором потребитель НА (бытовой электроприбор) электрической энергии, представленный холодильником, использует только способ передачи данных, основанный на модуляции/демодуляции поглощаемой мощности (режим потребления энергии), соответствующий настоящему изобретению, для систематической передачи информации во внешнюю среду при использовании своего собственного шнура подвода электропитания.

Как указано ранее, задача настоящего изобретения, относящаяся к передаче или обмену двоичной информацией между двумя электронно-управляемыми приборами, может быть решена посредством двух различных способов модуляции и демодуляции, которые будут подробно описаны далее с общей ссылкой на фиг.1.

На указанной фиг.1 иллюстрируется способ соединения между интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля и характерным бытовым потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии.

Интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля, которое расположено между штепсельной розеткой, указанной на фиг.1 как "розетка", и потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии, является устройством, осуществляющим текущий контроль и управляющую функцию самого потребителя электрической энергии; в общем виде можно допустить, что интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля является типом устройства, описанным в патенте US-A-4644320 или в патенте ЕР-А-0550263.

1. ПЕРВЫЙ СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ/ПРИЕМА ДАННЫХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ: модуляция подаваемой мощности

Первый способ передачи/приема данных в электрической цепи, соответствующий настоящему изобретению, предусматривает использование в качестве средств для кодирования двоичной информации соответствующих регулируемых прерываний электрической цепи, которые ниже называют как прерывания цепи или прерывания электрического напряжения; этот способ характеризуется двумя следующими существенными элементами:

передатчиком, способным генерировать прерывания цепи или прерывания электрического напряжения в соответствии с передаваемой двоичной информацией; возможная принципиальная электрическая схема указанного передатчика иллюстрируется в верхней части фиг.2;

приемником, способным детектировать и декодировать указанные прерывания цепи; возможная принципиальная электрическая схема указанного приемника иллюстрируется в верхней части фиг.3а. Возможные варианты осуществления такого приемника иллюстрируются в верхних частях фиг.3b, 3с и 3d.

Способ передачи/приема данных в электрической цепи, основанный на модуляции/демодуляции подаваемой мощности, соответствующий настоящему изобретению, обеспечивается для ассоциации одного бита с каждой полуволной напряжения электросети; удобно, чтобы для каждого прерывания цепи (относительно каждой полуволны) могло быть установлено постоянное время, например 5 мсек или другое более адекватное значение, принимая во внимание случай практического применения. Следовательно, полагая, что частота в электросети в Европе, США и Японии составляет 50 или 60 Гц, скорость передачи данных в бодах ((прим. пер.) бод - единица скорости передачи информации) составляет 100 или 120 бит в секунду соответственно.

1.1 Описание передатчика для способа прерываний цепи

Описание передатчика для прерываний цепи в соответствии с настоящим изобретением делается со ссылкой на фиг.2.

В соответствии с основной версией настоящего изобретения передатчик, работающий совместно с системой управления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля, генерирует прерывания цепи, имеющие регулируемые продолжительности в заданном временном интервале, посредством твердотельного прерывателя или реле, представленного на фиг.2 симметричным триодным тиристором Т, возбуждающий сигнал G которого (прикладываемый к затвору симметричного триодного тиристора Т) адекватно синхронизирован сигналом ZD, который детектирует переход через нуль напряжения электросети.

Симметричный триодный тиристор Т соединен параллельно нормально замкнутому контакту RC соответствующего механического реле, способного управлять прохождением электрического тока к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии, когда нет необходимости в передаче данных, то есть нет необходимости в генерировании прерываний цепи. Кроме того, симметричный триодный тиристор Т имеет дополнительную цель защиты контакта RC посредством включения каждый раз перед его переключением для предотвращения искрения (для предотвращения возникновения фотоэлектрической дуги) и его последующего износа. Этого достигают переключением контакта RC всегда с замкнутым (включенным) симметричным триодным тиристором в соответствии с процедурой, известной специалисту в этой области техники, которая может быть кратко описана как последовательность следующих трех технологических операций:

1. замыкание симметричного триодного тиристора Т;

2. возбуждение (или снятие возбуждения) обмотки катушки реле RC;

3. размыкание симметричного триодного тиристора Т после завершения контактом реле RC его операции переключения, достигая устойчивого состояния (отсутствие отскакивания контакта).

Реле RC, симметричный триодный тиристор Т и сигнал ZD синхронизации управляются посредством микроконтроллера M1, показанного на фиг.2.

В качестве логики кодирования передаваемой двоичной информации в соответствии с основной версией настоящего изобретения предусмотрены две возможные процедуры:

кодирование положительной логики: логика "1" соответствует наличию прерывания цепи, а логика "0" соответствует отсутствию прерывания цепи в период времени, предусматриваемом для передачи данных;

кодирование отрицательной логики: логика "0" соответствует наличию прерывания цепи, а логика "1" соответствует отсутствию прерывания цепи в период времени, предусматриваемом для передачи данных.

На графической диаграмме, иллюстрируемой в нижней части фиг.2, приведен только неограничивающий пример передачи последовательности восьми бит информации при использовании кодирования положительной логики, в котором продолжительность прерываний цепи, связанная с логикой "1", равна четырем периодам электросети (5 мсек при частоте электросети 50 Гц).

Такой последовательности битов предшествует сигнал начала передачи данных, указанный на диаграмме как "старт", который в виде неограничивающего примера представлен прерыванием цепи, длящим половину цикла электросети (10 мсек при частоте 50 Гц электросети).

Верхняя часть графической диаграммы, иллюстрируемой на фиг.2, показывает временную последовательность чередующихся полуволн напряжения электросети (электрическое напряжение А приложено к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии посредством интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля - смотри верхнюю часть фиг.2), тогда как в нижней части графической диаграммы, приведенной на фиг.2, показаны импульсы сигнала G, подаваемого микроконтроллером M1 к затвору симметричного триодного тиристора Т, соответствующие логическому уровню каждого передаваемого бита.

На фиг.6а приведен неограничивающий пример блок-схемы, иллюстрирующей возможный протокол связи, принятый для передачи цифровой информации в электрической цепи в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемым на фиг.2.

Блок 1 этой блок-схемы является стартовым блоком; блок 2 является блоком проверки, в котором управляющая программа проверяет вероятное состояние начала передачи данных. Если состояние начала передачи данных не подтверждается, то управление остается в блоке 2, иначе оно переходит в блок 3.

Блок 3 является блоком проверки, в котором управляющая программа осуществляет поиск состояния синхронизации с переходом через нуль напряжения электросети. Если состояние синхронизации не подтверждается, то управление остается в блоке 3, в ином случае оно переходит в блок 4, где начинается передача данных.

Блоки 4, 5 и 6 представляют в качестве неограниченного примера схематически следующие три фазы передачи двоичных данных:

1. подачу сигнала (STX) начала передачи данных, то есть подачу сигнала, указанного на фиг.2 как "Старт";

2. подачу фиксированной последовательности битов, которые связаны с передаваемой цифровой информацией;

3. подачу управляющего сигнала контрольной суммы (прим.пер.) используемого для подтверждения правильности данных), относящегося к переданной последовательности битов.

Как только была передана контрольная сумма, управление переходит в блок 7, который является блоком проверки, в котором ожидается сигнал АСК подтверждения правильного приема системой управления принимающего потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, показанного на фиг.2.

При отсутствии сигнала АСК управление переходит в блок 8, который является блоком проверки, проверяющим достижение определенного максимального времени ожидания, в течение которого сигнал АСК достигает принимающее устройство НА (бытового электроприбора).

Если сигнал АСК не достиг в пределах максимального предварительно установленного максимального времени ожидания, то управление переходит назад в блок 3 для полного повторения передачи данных, тогда как, если вышеуказанный сигнал правильного приема достигает в пределах предварительно установленного максимального времени ожидания, то управление переходит в блок 9, который является блоком конца передачи данных.

1.2 Описание приемника для способа прерываний цепи

Описание приемника прерываний цепи, соответствующего настоящему изобретению, сделано со ссылкой на фиг.3а, 3b и 3с, на которых иллюстрируются три возможных варианта осуществления электрической схемы соответственно в качестве неограничивающего примера.

Первый вариант осуществления принципиальной электрической схемы приемника прерываний цепи, соответствующего основной версии настоящего изобретения, представлен на фиг.3а, где TF (трансформатор) является стандартным трансформатором, находящимся в плате управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии; RB (мостовой выпрямитель) является диодным мостом, используемым для выпрямления выходного напряжения из вторичной обмотки трансформатора TF; FC (фильтрующий конденсатор) является конденсатором фильтра; VR (регулятор напряжения) является потенциометром и М2 является микроконтроллером, управляющим системой управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии.

Приемник, иллюстрируемый на фиг.3а, работающий совместно с системой управления потребителя НА электрической энергии, декодирует прерывания цепи, генерируемые передатчиком, иллюстрируемым на фиг.2, посредством двух диодов D1 и D2, аноды которых расположены на клеммах вторичной обмотки трансформатора TF.

Выходные полуволны вторичной обмотки трансформатора TF, выпрямляемые посредством диодов D1 и D2, подаются к базе транзистора TR1 через резистивный делитель, состоящий из резисторов R1 и R2, генерирующий положительный импульс, когда транзистор TR1 заперт (потенциалом 0,6 В, подаваемым к нижней базе).

В результате этого, при отсутствии прерываний цепи сигнал В в соответствии с коллектором транзистора TR1, подаваемый на вход SD микроконтроллера М2, является нормально низким, хранится вокруг перехода через нуль, где положительный импульс генерируется, как подробно показано в графическом представлении на левой стороне фиг.3а, из выходного сигнала из общих катодов диодов D1 и D2, усиливаемого транзистором TR1. Для простоты в этом представлении принято, что значение резистора R2 намного больше одного из резисторов R1; следовательно, транзистор TR1, как представляется, оказывается запертым, если электрический потенциал на катодах диодов D1 и D2 ниже 0,6 В.

В более общем виде, поскольку амплитуда вышеуказанного импульса перехода через нуль зависит от делителя R1-R2, последний будет выбран в соответствии со случаем применения, однако без каких-либо ограничений универсальности настоящего изобретения.

В противоположность этому, при наличии прерывания цепи сигнал В на коллекторе транзистора TR1 принимает высокое значение, равное электрическому напряжению Vcc (выходному напряжению, регулируемому на регуляторе VR напряжения) вследствие присутствия нагрузочного резистора R3. Результатом является тенденция сигнала В (иллюстрируемого в верхней части графической диаграммы на фиг.3а), выраженная как функция сигнала А (иллюстрируемого в нижней части графической диаграммы на фиг.3а), подаваемого к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии через интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля.

Как вполне очевидно, информация ("старт", логическое значение "1", логическое значение "0") содержится в продолжительности сигнала В, который генерируется в соответствии с транзистором TR1.

Второй возможный вариант осуществления принципиальной электрической схемы приемника прерываний цепи, соответствующего настоящему изобретению, иллюстрируется на фиг.3b, где TF является трансформатором платы управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, RB является диодным мостом, используемым для выпрямления выходного напряжения из вторичной обмотки трансформатора TF, FC является конденсатором фильтра, VR является регулятором напряжения, а М2 представляет собой микроконтроллер, управляющий системой управления потребителя НА (электробытового прибора) электрической энергии.

По сравнению с предшествующим вариантом осуществления схемы полуволны, выходящие из трансформатора TF, выпрямляются посредством диодного моста RB вместо двух диодов D1 и D2, как показано на фиг.3а. Сигнал подается к базе транзистора TR1 всегда через резистивный делитель R1-R2.

Как можно отметить в графическом представлении на левой стороне фиг.3b, сигнал В, взятый из коллектора транзистора TR1, имеет тенденцию, по существу согласующуюся с тенденцией, уже описанной со ссылкой на фиг.3а.

Графическая диаграмма в нижней части фиг.3b также иллюстрирует тенденцию сигнала В как функцию сигнала А, которая аналогична функции, показанной на фиг.3а, как это можно видеть. В обоих случаях, иллюстрируемых на фиг.3а и фиг.3b, сигнал, подаваемый на вход SD микроконтроллера М2, является цифровым сигналом, и различные типы информации, передаваемые посредством декодированного сигнала, различают, основываясь на продолжительности генерируемого импульса.

Со ссылкой на продолжительность вышеуказанного импульса могут быть различены три разных вида информации:

1. короткий импульс перехода через нуль, продолжительность которого зависит по существу от значения резистивного делителя R1-R2, которое на чертеже соответствует логическому "0" (допуская выбор положительной логики);

2. импульс, продолжительность которого равна прерыванию цепи, которая на чертеже соответствует четверти цикла электросети, соответствующей логике "1" (допуская выбор положительной логики);

3. стартовый импульс, указанный на чертеже как "старт", продолжительность которого равна полуциклу электросети.

Третий возможный вариант осуществления принципиальной электрической схемы приемника прерываний цепи, соответствующего настоящему изобретению, иллюстрируется на фиг.3с, где TF является трансформатором платы управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, RB является диодным мостом, используемым для выпрямления выходного напряжения из вторичной обмотки трансформатора TF, D1 является диодом, используемым для развязки выхода вторичной обмотки трансформатора TF, FC является конденсатором фильтра, VR является регулятором напряжения, а М2 представляет собой микроконтроллер, управляющий системой управления потребителя НА (электробытового прибора) электрической энергии.

Единственным отличием по сравнению с вариантом осуществления схемы, иллюстрируемой на фиг.3b, является то, что сигнал, подаваемый на вход SD микроконтроллера М2, является аналоговым сигналом, а не цифровым. Этот сигнал, амплитуда которого соответственно адаптирована к входу SD через резистивный делитель R1-R2, декодируют с помощью аналого-цифрового преобразователя, имеющегося в микроконтроллере М2.

Верхняя часть графической диаграммы, иллюстрируемой на фиг.3с, представляет тенденцию сигнала В, выраженную в функции от сигнала А, иллюстрируемой в нижней части графической диаграммы, иллюстрируемой на фиг.3с, подаваемого к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии через интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля.

Как можно отметить, все три примера варианта осуществления принципиальной электрической схемы приемника прерываний цепи, описанные выше, имеют минимальную стоимость электроники, согласующуюся фактически со стоимостью схемы детектирования перехода через нуль. Однако, принимая во внимание то, что такая схема, так или иначе, требуется для нормальной работы системы управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, очевидно, что детектирование прерываний цепи, соответствующее настоящему изобретению, практически имеет место при нулевых затратах.

Фиг.6b является неограничивающим примером блок-схемы, иллюстрирующим возможный протокол передачи данных, выбранный для приема цифровой информации в электрической цепи, передаваемой посредством способа прерываний цепи, соответствующего вариантам осуществления настоящего изобретения, иллюстрируемого на фиг.3а, 3b и 3с.

Блок 10 в этой блок-схеме является стартовым блоком; блок 11 является блоком проверки, в котором управляющая программа проверяет вероятное поступление сигнала STX предварительного индицированного как "старт", который указывает на начало передачи данных системой управления интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля. Если начало передачи данных не подтверждается, то управление остается в блоке 11; иначе оно передается в блок 12.

Блок 12 является блоком инициализации счетчика N, в котором хранится число NBT битов, предусмотренных в передаче данных.

Блок 12 затем деблокирует управление к блоку 13, который является блоком проверки, в котором управляющая программа исследует состояние синхронизации, связанное с переходом через нуль.

Если состояние синхронизации не подтверждается, то управление остается в блоке 13; иначе оно переходит в блок 14, где начинается реальный процесс приема данных.

Блок 14 является блоком проверки, в котором проверяется уровень логики принятого бита данных. Если уровень логики соответствует "1", то это значение хранится в соответствующем регистре принимаемых битов; иначе, если нет импульса, который может быть ассоциирован с логикой "1" в полуцикле электросети (блок 16, в котором величина максимального времени ожидания составляет 10 мсек, если частота электросети составляет 50 Гц), "0" сохраняется (блок 17).

Затем управление переходит к блоку 18, где величина внутри регистра N уменьшается на одну единицу.

Затем следует блок 19, который является блоком проверки, в котором проверяется содержимое N регистра. Если величина N больше нуля, то управление возвращается назад в блок 14 для запрашивания следующего бита, тогда как, если N равно нулю, то управление переходит в блок 20, который является блоком проверки, проверяющим качество битов с помощью известного способа контроля контрольной суммы.

Если проверка контрольной суммы имеет отрицательный результат, то управление возвращается назад в блок 11, где вся передача данных повторяется интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля; если эта проверка наоборот является удовлетворительной, то управление переходит в блок 21, который передает сигнал АСК подтверждения правильного приема цифровой информации, переданной интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля.

После этого блок 21 передает управление в блок 22 конца приема информации.

1.3 Обобщение способа передачи данных в электрической цепи, основанного на модуляции/демодуляции подаваемой мощности

Более общее осуществление способа передачи данных в электрической цепи, описанного выше, с модуляцией/демодуляцией подаваемой мощности может обеспечиваться в соответствии с настоящим изобретением для ассоциации нескольких битов с каждой полуволной напряжения электросети. Это может быть получено, например, путем сообщения переменной продолжительности для каждого прерывания цепи, выражаемое как кратное базовой продолжительности D0 (например, D0=0,1 мсек), соответствующее весу наименьшего бита (бит0=2⁰*D0→0,1 мсек; бит 1=2¹*D0→0,2 мсек; бит2=2²*D0→0,4 мсек; бит3=2³*D0→0,8 мсек).

В этом случае скорость передачи данных может чувствительно увеличиться по сравнению с предшествующим базовым примером (ассоциация одного бита с каждой полуволной с фиксированной продолжительностью прерываний сети), в зависимости от выбранного режима модуляции.

Допуская для простоты использование положительной логики в соответствии с настоящим изобретением в его более общей версии, может быть соответственно выполнено кодирование и декодирование передаваемых и принимаемых двоичных данных, принимая следующую процедуру. Эта процедура кодирования/декодирования, приведенная в виде неограничивающего примера, ассоциирует "полубайт", то есть четырехбитовую двоичную конфигурацию, с каждой полуволной напряжения электросети; ниже приведены некоторые примеры кодирования/декодирования, соответствующие вышеуказанной процедуре.

Полубайт="0000": передача /прием десятичного числа "0", ассоциируемого с полным отсутствием прерывания цепи;

полубайт="0001": передача /прием десятичного числа "1", ассоциируемого с наличием прерывания цепи, имеющего продолжительность, равную 0,1 мсек;

полубайт="0011": передача /прием десятичного числа "3", ассоциируемого с наличием прерывания цепи, имеющего продолжительность, равную 0,3 мсек;

полубайт="0110": передача /прием десятичного числа "10", ассоциируемого с наличием прерывания цепи, имеющего продолжительность, равную 1 мсек;

полубайт="1111": передача /прием десятичного числа "15", ассоциируемого с наличием прерывания цепи, имеющего продолжительность, равную 1,5 мсек.

Таким образом, гарантируемая скорость передачи составляет 400 или 480 бит в секунду в зависимости от частоты 50 или 60 Гц электросети соответственно.

1.4 Случай потребителя электрической энергии, имеющего систему управления без трансформатора напряжения

В особом случае потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии (оборудованного электронной системой управления), подаваемой непосредственно из электрической сети через соответствующий импеданс (например, типа RC-цепочки) вместо трансформатора, процедура передачи и приема данных, описанная выше, должна быть ограничена только полуволной: то есть процедура обеспечивает электронную систему управления путем падения напряжения электросети. В таком случае очевидно, что количество информации, передаваемой в одну секунду (скорость передачи данных в бодах), усредняется, но логика передачи данных всегда остается одной, полностью соответствующей частному случаю варианта осуществления настоящего изобретения.

Пример приемника прерываний цепи, аналогичного приемнику, который был описан непосредственно выше, работающему совместно с потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии, подаваемой непосредственно из электросети через полное сопротивление с реактивной емкостной составляющей, имеющем электронную систему управления, иллюстрируется на фиг.3d.

На этом чертеже DZ1 является полупроводниковым стабилитроном, стабилизирующим подаваемое электрическое напряжение Vcc, FC является конденсатором фильтра, Z1 является импедансом падения напряжения (образованного путем последовательного соединения конденсатора С1 и резистора R1), подаваемого непосредственно из электрической сети; М2 является микроконтроллером системы управления бытового электроприбора НА; R2' является резистором, имеющим высокое электрическое сопротивление, как правило 1 МОм, посредством которого улавливается сигнал перехода через нуль; D1', D2' и R3' являются двумя диодами и резистором, предохраняющими вход SD микроконтроллера М2 от возможных кратковременных перенапряжений соответственно.

Сигнал синхронизации, улавливаемый через резистор R2' и подаваемый через резистор R3' на вход SD микроконтроллера М2, как правило, при отсутствии прерываний цепи состоит из квадратной волны с 50% рабочим циклом и с циклом TR, равным циклу, связанному с частотой электросети (например, TR=10 мсек при частоте 50 Гц электросети). При наличии прерываний наоборот, временной интервал TRB между последующими положительными фронтами будет выше по сравнению с циклом TR электросети, как показано на графическом представлении фрагмента на левой стороне фиг.3d.

В этом случае полезная информация связывается с полуволной вдоль подведения системы управления НА (бытового электроприбора) и содержится, например, во временном интервале, отделяющем отрицательный фронт сигнала В от последующего положительного фронта, так что интервал TU, ассоциируемый с логикой "1", хорошо отделен от интервала TZ, ассоциируемого с логикой "0", как графически показано в нижней части фиг.3d.

Квалифицированному специалисту в этой области техники будет также очевидно, что без отклонения от сущности настоящего изобретения, для приемника прерываний цепи могут быть использованы другие схемные решения, а также другие возможные процедуры интерпретации кодированной информации.

Наконец, очевидно также, что упрощенный приемник, например такой, как описан выше, который может быть выгодно использован из-за его минимальной стоимости, также должен иметь электронную систему управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, снабженную трансформатором, но не требующую гальванической изоляции между его логической массой и напряжением электросети.

2. ВТОРОЙ СПОСОБ ПЕРЕДАЧИШРИЕМА ДАННЫХ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ: модуляция потребляемой мощности

Второй способ передачи/приема данных в электрической цепи, соответствующий настоящему изобретению, предусматривает использование в качестве средств для кодирования двоичной информации, регулируемых поглощений электрической мощности, и характеризуется двумя следующими существенными элементами:

передатчиком, способным осуществлять регулируемые поглощения электрической мощности в соответствии с передаваемой двоичной информацией; возможная принципиальная электрическая схема такого передатчика иллюстрируется в верхней части фиг.4;

приемником, способным детектировать и декодировать указанные поглощения электрической мощности; возможная принципиальная электрическая схема такого приемника иллюстрируется в верхней части фиг.5.

Способ передачи данных в электрической цепи, основанный на модуляции/демодуляции поглощаемой мощности, соответствующий основному варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечивается для ассоциации одного бита для каждой полуволны напряжения электросети, с каждым поглощением мощности установленной величины, которая выше заданного порогового значения SS (например, SS=3 Вт).

В этом случае для частот 50 или 60 Гц электросети скорость передачи данных в бодах ((прим. пер.) бод - единица скорости передачи информации) составляет 100 или 120 бит в секунду соответственно.

2.1 Описание передатчика регулируемого поглощения электрической мощности

Описание передатчика регулируемого поглощения электрической мощности, соответствующего настоящему изобретению, сделано со ссылкой на фиг.4.

В соответствии с основной версией настоящего изобретения передатчик, содержащийся в системе управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, запрограммирован на генерирование регулируемых поглощений электрической мощности при использовании твердотельного прерывателя или реле, представленного на фиг.4 симметричным триодным тиристором Т1, сигнал 01 возбуждения которого (прикладываемый к затвору) управляется микроконтроллером М2, подаваемый посредством регулятора PS (подачи мощности) мощности и адекватно синхронизируемый сигналом ZD, детектирующим переход через нуль.

Симметричный триодный тиристор Т1 работает совместно с характерной нагрузкой L1, соответственно выбранной между нагрузками на потребителе НА (бытовом электроприборе) электрической энергии.

В очень особом случае, где потребитель НА (бытовой электроприбор) электрической энергии не должен иметь какой-либо регулируемой нагрузки через симметричный триодный тиристор (например, если все нагрузки управляются посредством электромеханических реле), будет использовано недорогое техническое решение, соответствующее настоящему изобретению, которое состоит из небольшого симметричного триодного тиристора (например, прибора 0,8 А в пластмассовом корпусе ТO92) с ассоциированной электрической нагрузкой (например, 10 Вт) низкого электрического сопротивления.

Что касается логики кодирования передаваемых двоичных данных, то в соответствии с основной версией настоящего изобретения предусмотрены две возможные процедуры:

кодирование положительной логики: логика "1" соответствует наличию поглощения электрической мощности выше заданного порогового значения SS (например, SS=3 Вт), а логика "0" соответствует отсутствию поглощения мощности;

кодирование отрицательной логики: логика "0" соответствует наличию поглощения электрической мощности выше заданного порогового значения SS (например, SS=3 Вт), а логика "1" соответствует отсутствию поглощения мощности.

Графическая диаграмма, показанная в нижней части фиг.4, иллюстрирует неограничивающий пример передачи последовательности из 8 битов при использовании кодирования положительной логики, в которой поглощения мощности, ассоциируемые с логикой "1", равны половине мгновенной мощности, ассоциируемой с нагрузкой L1, и относятся к четверти цикла (5 мсек при частоте 50 Гц электросети) электросети.

Эта последовательность битов следует за сигналом "старт", который, например, представлен поглощением, равным полной мощности нагрузки L1, ассоциируемой с циклом (20 мсек при частоте 50 Гц электросети) электросети. Верхняя часть графической диаграммы иллюстрирует электрическое напряжение А на клеммах симметричного триодного тиристора Т1, тогда как нижняя часть графической диаграммы иллюстрирует импульсы O1, прикладываемые посредством микроконтроллера М2 к затвору симметричного триодного тиристора Т1 в соответствии с уровнем логики каждого передаваемого бита.

На фиг.6а иллюстрируется один из возможных протоколов связи, выбранных для передачи цифровой информации в электрической цепи в соответствии с вышеуказанным способом, основанным на регулируемых поглощениях электрической мощности; таким образом, как можно отметить, этот протокол может быть в полной мере согласован с протоколом, ассоциируемым с передатчиком прерываний цепи, который был описан ранее (параграф 1.1 - Описание передатчика прерываний цепи).

2.2 Описание приемника регулируемых поглощений электрической мощности

Описание приемника регулируемых поглощений электрической мощности, соответствующего настоящему изобретению, сделано со ссылкой на фиг.5, где ссылочным индексом РМ (измеритель мощности) указан измеритель общей мощности, ссылочным индексом S (шунт) указан резистивный измерительный преобразователь электрического тока, а ссылочным индексом M1 указан вышеуказанный микроконтроллер, соответствующий интеллектуальному устройству SA сопряжения прибора текущего контроля.

Микроконтроллер M1, который управляет приемником в интеллектуальном устройстве SA сопряжения прибора текущего контроля, соответствующий основной версии настоящего изобретения, детектирует наличие поглощений электрической мощности потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии и определяет их полноту посредством непрерывного измерения мощности, подаваемой в соответствии с каждой полуволной напряжения электросети, через прибор РМ (измеритель мощности).

Декодирование регулируемых поглощений электрической мощности, соответствующее настоящему изобретению, представленное в виде неограничивающего примера в графической диаграмме, показанной в нижней части фиг.5, использует положительную логику (то есть логику "1"), ассоциируемую с каждым поглощением мощности, относящейся к полуволне.

Нижняя часть графической диаграммы представляет тенденцию напряжения А электросети, измеряемого на клеммах симметричного триодного тиристора Т1, используемого для передачи данных от потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, тогда как верхняя часть графической диаграммы представляет мощность В, измеряемую прибором РМ (измерителем мощности).

Измерительный преобразователь S тока, показанный, например, на фиг.5, является прецизионным резистором с низким термическим коэффициентом (например, S=5 мОм, 1%), напряжение на клеммах (V2) которого пропорционально электрическому току, проходящему через него в соответствии с известным законом Ома.

В более общем виде, в соответствии с настоящим изобретением указанный измерительный преобразователь S может быть представлен любым другим измерительным преобразователем тока (например, трансформатором тока, датчиком Холла и так далее).

Возможный протокол связи, выбранный для приема информации в электрической цепи в соответствии с вышеуказанным способом, основанным на регулируемых поглощениях электрической мощности, иллюстрируется на блок-схеме, представленной на фиг.6b; таким образом, как можно отметить, этот протокол может быть в полной мере согласован с протоколом, ассоциируемым с приемником прерываний цепи, который был описан ранее (смотри параграф "Описание приемника прерываний цепи").

Наконец, что касается логики декодирования принимаемых двоичных данных, соответствующего основной версии настоящего изобретения, применимы две процедуры, которые были описаны выше со ссылкой на передатчик (смотри параграф 2.1 Описание передатчика регулируемых поглощений электрической мощности).

2.3 Обобщение способа передачи данных в электрической цепи, основанного на модуляции/демодуляции поглощаемой мощности

Более общее осуществление способа передачи данных в электрической цепи, описанного выше, с модуляцией/демодуляцией подаваемой мощности может обеспечиваться в соответствии с настоящим изобретением для ассоциации нескольких битов с каждой полуволной напряжения электросети. Это может быть получено, например, путем сообщения переменной для каждого регулируемого поглощения электрической мощности значения, выражаемого как кратное базового поглощения Р0 (например, Р0=0,1 Вт), соответствующее весу наименьшего бита (бит0=2⁰*Р0→0,1 Вт; бит 1=2¹*Р0→0,2 Вт; бит2=2²*P0→0,4 Вт; бит3=2³*P0→0,8 Вт).

В этом случае скорость передачи данных может чувствительно увеличиться по сравнению с предшествующим основным примером (ассоциация одного бита с каждой полуволной) при использовании для простоты положительной логики в соответствии с более общей версией настоящего изобретения, причем кодирование и/или декодирование передаваемых или принимаемых двоичных данных, соответственно, может быть осуществлено с помощью процедуры, описываемой в этой заявке ниже.

Эта процедура кодирования/декодирования, приведенная в виде неограничивающего примера, ассоциирует "полубайт", то есть двоичную конфигурацию из четырех битов, с каждой полуволной напряжения электросети; ниже приведено несколько примеров кодирования/декодирования, соответствующих вышеуказанной процедуре:

полубайт="0000": передача /прием десятичного числа "0", ассоциируемого с полным отсутствием поглощения мощности;

полубайт="0001": передача /прием десятичного числа "1", ассоциируемого с поглощением мощности, равной 0,1 Вт;

полубайт="0011": передача /прием десятичного числа "3", ассоциируемого с поглощением мощности, равной 3 Вт;

полубайт="0110": передача /прием десятичного числа "10", ассоциируемого с поглощением мощности, равной 10 Вт;

полубайт="1111": передача /прием десятичного числа "15", ассоциируемого с поглощением мощности, равной 15 Вт.

Гарантируемая скорость передачи данных равна 400 или 480 бит в секунду в зависимости от частоты 50 или 60 Гц электросети соответственно как в случае, описанном в параграфе 1.3.

3. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПОСОБОВ МОДУЛЯЦИИ МОЩНОСТИ, СООТВЕТСТВУЮЩИХ НАСТОЯЩЕМУ ИЗОБРЕТЕНИЮ

Как описано ранее, считая, что оба способа передачи данных в электрической цепи, описанные в отношении модуляции подаваемой мощности или поглощаемой мощности, этот тип модуляции в этой заявке назван модуляцией мощности.

Вышеописанные способы передачи данных в электрической цепи могут быть выгодно использованы в соответствии с настоящим изобретением, причем как в отдельном режиме, так и в комбинированном режиме; кроме того, настоящее изобретение может быть применено в соответствии с его основной версией или в его более общей версии.

Особенные выгоды использования комбинации двух способов передачи данных, основанных на модуляции мощности, описаны далее на неограничивающем примере, соответствующем основной версии настоящего изобретения (то есть версии, характеризующейся передачей/приемом одного бита для каждой полуволны напряжения электросети).

Такое использование относится к передаче данных между двумя электронно управляемыми аппаратами, представленными потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии и интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля работы потребителя электрической энергии, соответственно, как уже было описано со ссылкой на фиг.1.

Затем описано второе возможное использование настоящего изобретения, особенно выгодное, полученное как обобщение вышеописанного, и, наконец, в конце концов, описано возможное применение, основанное на использовании способа передачи данных с регулируемыми поглощениями электрической мощности.

3.1 Первый пример использования способов модуляции мощности

Как было указано ранее, на фиг.1 иллюстрируется способ соединения интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля с потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии.

Интеллектуальное устройство SA сопряжения прибора текущего контроля расположено между штепсельной розеткой и потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии и выполняет функцию текущего контроля и управления указанного потребителя электрической энергии (как указано выше, может быть использовано интеллектуальное устройство SA сопряжения, описанное в патенте US-A-4644320 или в патенте ЕР-А-0550263).

В соответствии с применением настоящего изобретения, описываемым в этой заявке, основными функциями, выполняемыми интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля, являются одна или более следующих функций:

а) измерение электрического тока, потребляемого в настоящий момент потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии;

б) измерение напряжения электросети, подаваемого к потребителю НА (бытовому электроприбору) электрической энергии;

в) измерение коэффициента мощности (cos φ) электрической нагрузки, представленной НА (бытовым электроприбором);

г) измерение мгновенной мощности, поглощаемой потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии;

д) измерение и хранение в соответствующем энергонезависимом запоминающем устройстве электрической энергии, потребляемой потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии;

е) измерение и хранение в соответствующем энергонезависимом запоминающем устройстве перенапряжений и частичных понижений напряжения электросети в течение определенного временного интервала;

ж) дистанционное управление потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии посредством реле;

з) генерирование и хранение в соответствующем энергонезависимом запоминающем устройстве информации, относящейся к состоянию работы потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии;

и) генерирование и хранение в соответствующем энергонезависимом запоминающем устройстве статистических данных, относящихся к работе потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии и режиму использования оператором, управляющим работой этого потребителя электрической энергии;

к) генерирование и хранение в соответствующем энергонезависимом запоминающем устройстве диагностической информации, относящейся к работе потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии и основанной на тенденциях электрических величин, измеряемых интеллектуальным устройством SA сопряжения;

л) определение информационной емкости диалога с внешней окружающей средой посредством соответствующих технологий передачи данных (линия сети электропитания, высокая частота, двухжильный кабель и так далее).

На фиг.7 приведена блок-схема возможного варианта физического осуществления интеллектуального устройства SA сопряжения, иллюстрирующая само устройство и способ его соединения с потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической мощности, представленным бытовой стиральной машиной.

Блок PLM (модем линии сети электропитания), показанный на фиг.7, реализован в виде неограничивающего примера при использовании приемопередатчика PLT-22, выпускаемого на промышленной основе компанией Echelon (США), задачей которого является гарантирование двунаправленной линейной связи с внешней окружающей средой с помощью протокола LonTalk® (ANSI ELA-709). Этот протокол реализуется в блоке, указанном ссылочным индексом NC, реализуемом посредством устройства NeuronChip® выпускаемым в настоящее время компаниями Toshiba и Cypress (LonTalk® и NeuronChip® зарегистрированные торговые названия компании Echelon Inc.).

Следовательно, набор блоков PLM и NC образует так называемый узел связи, показанный на фиг.7 в виде блока N, ограниченного пунктирной линией.

Блок M1 (микроконтроллер) представлен в виде неограничивающего примера любым 8-битовым микроконтроллером (предпочтительно, но не обязательно имеющем флеш-пямять), задачей которого является управление интеллектуальным устройством SA сопряжения.

Блок PS (блок электропитания) является блоком, гарантирующим стабилизированную подачу электропитания ко всем активным элементам интеллектуального устройства SA сопряжения в соответствии с их электрическими техническими требованиями.

Блок MEM является блоком памяти, состоящим, например, из энергонезависимого запоминающего устройства типа электронно перепрограммируемой постоянной памяти, соответственно соединенного с микроконтроллером M1, в котором последний хранит всю информацию, полученную из исследования тенденций одного или более электрических величин, связанных с работой потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, определенных посредством измерительного блока РМ (измерителя мощности).

Блок РМ (измерителя мощности) выполняет важную задачу измерения одной или более различных электрических величин, связанных с работой потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, и передачи измеренного значения величины к микроконтроллеру M1, с котором он соответственно соединен.

Блок РМ (измерителя мощности) реализован, например, с помощью прибора CS5460, выпускаемого компанией Cirrus Logic (США), способного измерять электрический ток, напряжение, коэффициент мощности (cos φ), мощность и энергию.

В соответствии с намного более простой и дешевой версией блок РМ (измерителя мощности) может просто состоять из датчика тока, например резистивного шунта или тороида, генерируемое напряжение которого, пропорциональное электрическому току, поглощаемому соответствующим потребителем электрической энергии, считывается микроконтроллером M1 (непосредственно или после соответствующего усиления) через соответствующий канал аналого-цифрового преобразователя, смонтированного на нем.

Очевидно, что любой другой прибор РМ (измеритель мощности), имеющий промежуточную сложность по сравнению с двумя предельными вариантами осуществления прибора РМ (измерителя мощности), описанными выше, соответствует целям настоящего изобретения.

В случае прибора РМ (измерителя мощности), описанного со ссылкой на фиг.7, первичными электрическими величинами, представленными электрическим током, поглощаемым нагрузкой НА (бытовым электроприбором), и электрическим напряжением, подаваемым к ее клеммам, измеряют путем измерения электрического напряжения V2, детектируемого на клеммах соответствующего резистивного датчика тока (резистивного шунта или тороида или другого измерительного преобразователя электрического тока), указанного в виде блока S (шунт), и электрического напряжения V1, детектируемого посредством соответствующего резистивного делителя, который не показан, поскольку содержится в том же блоке РМ (измерителя мощности).

Измеренные электрические величины, например cos φ, мощность и энергию, затем получают посредством соответствующих математических уточнений, выполняемых посредством того же прибора CS5460 блока РМ (измерителя мощности), и делают доступным для микроконтроллера M1 для вероятных дополнительных уточнений.

На фиг.7 блок TCR представляет собой симметричный триодный тиристор Т и контакт RC реле с нормально замкнутыми контактами, функции которого были описаны ранее со ссылкой на фиг.2.

Наконец, для более простого описания со ссылкой на фиг.8 блоки РМ, TCR и S находятся в блоке PMR.

Блок РМ представляет в соответствии с настоящим изобретением блок для приема информации, передаваемой потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии в форме регулируемых поглощений электрической мощности, как в способе, описанном выше; с другой стороны, блок TCR представляет блок для передачи интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля информации, кодированной с помощью способа прерываний цепи, который был описана выше.

Наоборот, система управления стиральной машины НА (бытового электроприбора) содержит два соответствующих функциональных блока: один, предназначенный для передачи цифровой информации при использовании способа, основанного на регулируемых поглощениях электрической мощности (смотри описание, приведенное выше со ссылкой на фиг.4), и другой, предназначенный для приема цифровой информации, переданной интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля при использовании способа, основанного на прерываниях цепи (смотри описание, приведенное выше со ссылкой на фиг.3а, 3b и 3с).

Необходимо отметить, что среди функций, указанных выше, функция, описанная в пункте "к" (генерирование диагностической информации) представляет собой одну из наиболее важных функций интеллектуального устройства SA сопряжения, ассоциируемую с очень важной концепцией дистанционной поддержки и профилактического планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта потребителя НА (бытового прибора) электрической энергии.

Однако этот пункт является также самым критическим пунктом, поскольку он предполагает способность интеллектуального устройства SA сопряжения прибора текущего контроля детектировать любые отказы или нарушения работы потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии косвенным способом, то есть только на основе анализа значений поглощений мощности и/или других подходящих электрических величин, которые могут быть измерены измерителем РМ (измерителем мощности).

Такая способность может не только быть обеспечена на известном уровне техники (например, так, как описано в патенте US-A-4644320 или в патенте ЕР-А-0550263) путем прямого диалога между интеллектуальным устройством SA сопряжения прибора текущего контроля и потребителем НА (бытовым электроприбором) электрической энергии, предполагая, что последний имеет электронную систему управления и способность самодиагностики.

Однако такой прямой диалог не может быть просто получен при использовании известных способов, поскольку они являются слишком дорогими (системы передачи данных по линии подачи электропитания) или трудны для практического применения (прямое соединение посредством специального кабеля, которое связано с трудностями и затратами при производстве и монтаже потребителей электрической энергии).

В противоположность этому применение способов передачи данных путем модуляции мощности в соответствии с настоящим изобретением проблема прямого диалога между интеллектуальным устройством SA сопряжения и потребителем НА (бытовым электроприбором) может быть полностью практически решена без дополнительных затрат.

Фактически, возвращаясь к примеру практического применения настоящего изобретения со ссылкой на фиг.1, очевидно, что потребитель НА (бытовой электроприбор) электрической энергии (в этом случае стиральная машина) может передавать день за днем к интеллектуальному устройству SA сопряжения, соответствующему настоящему изобретению, всю информацию, которую ее электронная система способна получать и генерировать; для этой цели будет использован способ модуляции/демодуляции поглощаемой мощности, основанный на регулируемых поглощениях электрической мощности.

При необходимости эта информация может храниться в блоке MEM памяти интеллектуального устройства SA сопряжения, иллюстрируемого на фиг.7, и позволить нам подумать, например, о диагностической информации, которая может быть сделана доступной позднее для технических специалистов, на которых возложена сервисная поддержка потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии (например, посредством центра дистанционной обработки данных через блок PLM, управляемый в соответствии с протоколом передачи данных LonTalk®).

Аналогичным образом, интеллектуальное устройство SA прибора текущего контроля в соответствии с настоящим изобретением может передавать различную информацию к стиральной машине НА (бытовому электроприбору), относящуюся к поглощениям мощности ее собственными электрическими нагрузками (пригодными для диагностических целей), и другую подходящую информацию из внешней окружающей среды (через систему передачи данных по линии электропитания, иллюстрируемую на фиг.7 с блоком N, ограниченным пунктирной линией); для этой цели будет использован способ модуляции/демодуляции подаваемой мощности, основанный на прерываниях цепи.

В заключение, предполагая, адекватное расположение интеллектуального устройства SA сопряжения в корпусе стиральной машины НА (бытового электроприбора), вышеописанный случай применения демонстрирует особенно эффективное решение задачи производства изделий, способных генерировать важную информацию (энергетическую, функциональную, диагностическую и статистическую информацию) и сделать ее доступной для внешней окружающей среды через соответствующую систему передачи данных.

Наконец, необходимо отметить, что в соответствии с вышеприведенным описанием устройства РМ (измерителя мощности), показанного на фиг.7 (которое может совпадать с устройством, показанным на фиг.5), точное измерение мощности (производной величины), осуществляемое посредством устройства CS5460, выпускаемого компанией Cirrus Logic, может быть без отклонения от сущности настоящего изобретения заменено простым измерением электрического тока (основной величины).

В этом случае концепция "поглощаемой мощности", описанная со ссылкой на фиг.4 и фиг.5, фактически просто заменяется концепцией "потребляемого электрического тока" без какой-либо опасности для настоящего изобретения.

3.2 Второй пример использования способов модуляции мощности

Второе возможное использование при выгодном применении двух способов передачи данных, основанных на модуляции мощности, соответствующих настоящему изобретению, описано со ссылкой на фиг.8.

На фиг.8 приведена блок-схема прибора текущего контроля, указанная общим ссылочным индексом MSA (интеллектуальное устройство множественного сопряжения), которая получена как обобщение интеллектуального устройства SA сопряжения, описанного в случае применения, иллюстрируемом на фиг.1 или фиг.7.

Интеллектуальное устройство MSA множественного сопряжения фактически является производным устройством от интеллектуального устройства SA сопряжения, иллюстрируемого на фиг.7; как можно отметить, вместо одного блока PMR, показанного на фиг.7 (содержащего блок РМ, блок TCR и блок S), интеллектуальное устройство MSA множественного сопряжения имеет набор блоков PMR, которые в характерном случае, приведенном на фиг.8 в качестве неограничивающего примера, достигают пяти штук и указаны ссылочными индексами PMR1-PMR5.

Как можно отметить, наличие нескольких блоков PMR, управляемых посредством одного микроконтроллера МС при адекватном двунаправленном последовательном соединении, обеспечивает возможность одновременного диалога с соответствующим числом потребителей электрической энергии, указанных ссылочными индексами НА1-НА5.

Поскольку самая дорогостоящая часть интеллектуального устройства SA сопряжения представлена узлом N связи, состоящего, как указано выше, из модема линии сети электропитания блока PLM (модема линии сети электропитания) и из устройства NeuronChip блока NC, показанного на фиг.7, интеллектуальное устройство MSA множественного сопряжения, снабженное "к" блоками PMR (в примере, иллюстрируемом на фиг.8, к=5), будет обеспечивать в соответствии с настоящим изобретением намного больше удобства и простоты для использования по сравнению с независимыми "к" интеллектуальными устройствами SA сопряжения.

Пример практического применения интеллектуального устройства MSA множественного сопряжения с четырьмя блоками PMR иллюстрируется на фиг.9, где соответствующие четыре потребителя НА1-НА4 (бытовых электроприбора) электрической энергии представлены конфоркой с вытяжным колпаком, электрической плитой, посудомоечной машиной и холодильником соответственно.

Как можно представить, такая конфигурация является практически выгодной в случае применения встроенных бытовых электроприборов, то есть для применения на кухне, где бытовые электроприборы встроены в мебель.

3.3 Пример использования способа, основанного только на модуляции/демодуляции поглощаемой мощности

Третий пример практического применения настоящего изобретения при выгодном использовании только способа передачи данных, основанного на регулируемых поглощениях электрической мощности, иллюстрируется на фиг.10, где потребитель НА (бытовой электроприбор) электрической энергии, представленный в этом случае бытовым холодильником, передает информацию внешней окружающей среде через свой собственный шнур подвода электропитания.

Электрическая нагрузка, используемая для передачи данных посредством регулируемых поглощений электрической мощности в соответствии с настоящим изобретением, например, лампы холодильного отделения, указанной надписью "лампа" в детали фиг.10, контролируемой посредством симметричного триодного тиристора Т, как в процедурах, описанных выше со ссылкой на фиг.4.

Этот характерный пример ясно показывает то, как использование способа передачи данных, основанного на регулируемых поглощениях электрической мощности, соответствующего настоящему изобретению, обеспечивает возможность производства, практически без каких-либо дополнительных затрат, потребителей электрической энергии, способных передавать информацию внешней окружающей среде, не требуя какого-либо особого узла связи.

Безусловно, в примере, иллюстрируемом на фиг.10, соответствующий приемник будет ассоциироваться с электрической сетью, с которой соединен холодильник НА (бытовой электроприбор), способный декодировать модуляцию электрической мощностью, поглощаемой нагрузкой, представленной лампой, указанной надписью "лампа".

Из описания, приведенного выше, очевидны элементы настоящего изобретения.

В частности, были описаны способ и система передачи данных в электрической цепи с особой ссылкой на обмен двоичной информацией между двумя электрическими аппаратами, которые могут быть получены посредством двух разных способов, пригодных в одном режиме или в комбинированном режиме. Например, модуляция подаваемой мощности может быть хорошо использована для передачи информации потребителю электрической энергии; модуляция поглощаемой мощности может быть хорошо использована для передачи информации потребителем электрической энергии.

В обоих случаях двоичную информацию кодируют посредством особого режима "модуляции мощности".

В первом способе передачи данных, идентифицируемом как "модуляция/демодуляция подаваемой мощности", используют соответствующие регулируемые прерывания или разрывы электрической цепи, определенные как "прерывания цепи" или "прерывания электрического напряжения", в качестве средств для кодирования/декодирования двоичной информации.

Наоборот, во втором способе передачи данных, идентифицируемом как "модуляция/демодуляция поглощаемой мощности", используют "регулируемые поглощения электрических мощностей" в качестве средства для кодирования/декодирования двоичной информации.

Характерные элементы способа, системы и устройств, соответствующих настоящему изобретению, кратко изложены в прилагаемой формуле изобретения.

Из описания, которое приведено выше, очевидны также преимущества настоящего изобретения; еще раз подчеркивается, что вышеуказанные способ, система и соответствующее устройства для передачи данных в электрической цепи могут быть получены при очень небольших затратах, а также в массовом производстве бытовых потребителей электрической энергии, в частности бытовых электроприборов.

Квалифицированным специалистам в этой области техники будет очевидно, что без отклонения от сущности настоящего изобретения возможны многие изменения, которым могут быть подвергнуты способ, система и устройства, которые были описаны выше.

Как указано, например, выше, передатчик, ассоциируемый со способом модуляции поглощаемой мощности, может, в общем, быть основан на любой электрической нагрузке соответствующего потребителя электрической энергии при условии, что она управляется посредством симметричного триодного тиристора или аналогичного управляемого твердотельного прерывателя.

Следовательно, если нагрузка имеет избыточную мощность, то система управления потребителя электрической энергии будет запрограммирована на подачу только минимальной части напряжения электросети к такой нагрузке.

Очевидно также, что, если система управления потребителя электрической энергии способна детектировать возможное нарушение работы или отказ каскада передачи данных, образованный системой "симметричный триодный тиристор Т+электрическая нагрузка L1" (смотри фиг.4), то такая система управления, должным образом запрограммированная для этой цели, может решить использовать другой каскад "симметричный триодный тиристор+электрическая нагрузка" для передачи информации внешней окружающей среде; этот случай иллюстрируется на примере, приведенном на фиг.4, где L2 и LN фактически являются дополнительными электрическими нагрузками потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии, управляемыми посредством симметричных триодных тиристоров Т2 и TN, управляемых микроконтроллером М2, причем каждый из них в полной мере способен генерировать регулируемые поглощения мощности в соответствии с настоящим изобретением альтернативно симметричному триодному тиристору Т1.

В результате этого, если детектируется нарушение работы "основного" каскада L1-T1 передачи данных, то система управления потребителя НА (бытового электроприбора) электрической энергии будет в полной мере способна сигнализировать о такой проблеме диагностики внешней окружающей среде с помощью способа модуляции поглощаемой мощности при использовании для этой цели одного из "вторичных" каскадов (например, L2-T2).

Настоящее изобретение было описано с конкретной ссылкой на его использование в области применения бытовых потребителей электрической энергии, в частности бытовых электроприборов, но очевидно, что его применение возможно в любой области, где полезна или требуется передача данных или взаимодействие данных между двумя электронно управляемыми электрическими аппаратами.

Изобретение относится к способу, системе и соответствующим средствам для передачи данных и/или информации между двумя приборами, имеющими соответствующие электронные системы управления. Сущность изобретения состоит в том, что система содержит потребитель (НА) электрической энергии, в частности бытовой потребитель электрической энергии, имеющий первую электронную систему управления и, по меньшей мере, первую электрическую нагрузку; прибор (SA) текущего контроля или управления, имеющий вторую электронную систему управления, причем указанный прибор (SA) текущего контроля или управления расположен в указанной цепи между источником электрической мощности и указанной первой электрической нагрузкой, причем передача/прием данных или информации на указанной цепи осуществляют посредством модуляции электрической мощности между указанным потребителем (НА) электрической энергии и указанным прибором (SA) и/или наоборот. Технический эффект состоит в обеспечении выгоды в отношении сбережения электрической энергии и улучшении качества функционирования 4 н. и 37 з.п. ф-лы, 10 ил

1. Способ передачи/приема данных или информации в электрической цепи между двумя аппаратами, имеющими соответствующую электронную систему (НА, SA; HA1-HA5, MSA) управления, содержащими

потребитель (НА; HA1-HA5) электрической энергии, в частности бытовой потребитель электрической энергии, имеющий первую электронную систему (М2) управления и, по меньшей мере, первую электрическую нагрузку (L1; L2, LN);

прибор (SA; MSA) текущего контроля или управления, имеющий вторую электронную систему (M1; MC) управления, причем указанный прибор (SA; MSA) расположен в указанной цепи между источником электрической мощности и указанной первой электрической нагрузкой (L1; L2; LN);

при этом передачу/прием данных или информации в указанной электрической цепи осуществляют посредством модуляции электрической мощности между указанным потребителем (НА; HA1-HA5) электрической энергии и указанным прибором (SA; MSA) и/или наоборот,

отличающийся тем, что передачу данных или информации в указанной цепи от указанного потребителя (НА; HA1-HA5) электрической энергии к указанному прибору (SA; MSA) осуществляют посредством модуляции электрической мощности или электрического тока, потребляемого указанной первой нагрузкой (L1; L2, LN) под контролем указанной первой системы (М2) управления, причем данные или информацию, передаваемую указанным потребителем (НА; НА1-НА5) кодируют посредством регулируемых поглощений электрической мощности или тока указанной первой нагрузки (L1; L2, LN), а прием данных или информации (SA; MSA) осуществляют с помощью указанной второй системы (M1; MC) управления указанного прибора (SA; MSA) посредством декодирования указанных регулируемых поглощений.

потребитель (НА; HA1-HA5) электрической энергии, в частности бытовой потребитель электрической энергии, имеющий первую электронную систему (М2) управления и, по меньшей мере, первую электрическую нагрузку (L1; L2, LN);

прибор (SA; MSA) текущего контроля или управления, имеющий вторую электронную систему (M1; MC) управления, причем указанный прибор (SA; MSA) расположен в указанной цепи между источником электрической мощности и указанной первой электрической нагрузкой (L1; L2; LN);

при этом для осуществления передачи/приема данных или информации в указанной электрической цепи посредством модуляции электрической мощности между указанным потребителем (НА; HA1-HA5) электрической энергии и указанным прибором (SA; MSA) и/или наоборот предусматривают технические средства,

отличающаяся тем, что указанные технические средства содержат каскад передачи данных или передатчик (L1, Т1, 01; L2, Т2, 02, LN, TN, LN) указанного потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии, управляемый с помощью указанной первой системы (М2) для осуществления модуляции электрической мощности или электрического тока, потребляемого указанной первой нагрузкой (L1; L2, LN), причем указанный передатчик указанного потребителя электрической энергии содержит технические средства (L1, Т1, 01; L2, Т2, 02, LN, TN, LN) для кодирования данных или информации посредством регулируемых поглощений электрической мощности или электрического тока указанной первой нагрузкой (L1; L2, LN), и каскад приема данных или приемник (РМ, S, ZD) указанного прибора (SA; MSA), управляемый посредством указанной второй системы (M1; МС) управления для декодирования указанной модуляции электрической мощности или электрического тока, потребляемого указанной первой электрической нагрузкой (L1; L2, LN), причем указанный приемник указанного прибора содержит технические средства (РМ, S, ZD) для декодирования данных или информации, представленной указанными регулируемыми поглощениями.

технические средства (РМ) для измерения сетевого напряжения, подаваемого к указанному потребителю (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства (РМ) для измерения коэффициента мощности (cos (p)) электрической нагрузки, представляемой указанным потребителем (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства (РМ, S) для измерения мощности, поглощаемой мгновенно указанным потребителем (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства (РМ) для измерения электрической энергии, потребляемой указанным потребителем (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства (РМ) для измерения перенапряжений и частичных понижений напряжения электросети в течение данного временного интервала,

технические средства (N, RC) для дистанционного управления указанным потребителем (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства (M1) для генерирования информации, относящейся к рабочему состоянию указанного потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии, технические средства (M1) для генерирования статистических данных, относящихся к работе указанного потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии и/или режиму, используемому оператором, работающим с указанным потребителем электрической энергии,

технические средства (M1) для генерирования диагностической информации, относящейся к работе указанного потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии,

технические средства для диалога с внешней окружающей средой (N), в частности, посредством системы электропитания.