СИСТЕМА И СПОСОБ СВЯЗИ ЧЕРЕЗ АМПЛИТУДНУЮ МОДУЛЯЦИЮ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ Российский патент 2014 года по МПК H04B3/54 

Область техники

Изобретение относится к электрической системе и способу амплитудной модуляции, используемым для передачи информации по линии электропитания 230 В с помощью распределительных щитов, линии передачи электроэнергии, электрооборудования и связей между ними через общую электросеть. Это прежде всего необходимо для построения системы управления освещением без использования дополнительных кабелей управления.

Уровень техники

Дистанционное управление электрооборудованием можно организовать несколькими путями. В основном используются дополнительные линии связи, проложенные рядом с кабелем электропитания. При этом оборудование должно включать дополнительные элементы управления. Поэтому в оборудовании кроме разъемов электропитания должны быть и разъемы для линии связи. Это может приводить к помехам в системе проводной связи. Необходимость использования проводных линий связи часто создает различные проблемы. Поэтому существует потребность в способах беспроводной связи.

Одним из наиболее популярных способов беспроводной связи и контроля электрооборудования является организация связи через линии электропитания. Для этого используется способ наложения сигналов высокочастотной модуляции на питающее напряжение. Диапазон частот высокочастотной модуляции - от сотен герц до сотен килогерц. Частоты, используемые для этих целей, устанавливаются Европейскими стандартами. Таким образом организованы системы связи ХIO и Minos. Этот же способ использован в патенте №DE 20215673. Модуляция может быть также осуществлена изменением полярности питающего напряжения. Этот способ является сущностью патента GB №1153908.

Для осуществления беспроводной связи используется также способ связи с помощью электромагнитных радиоволн, т.е. радиочастотная связь. В каждом устройстве устанавливается радиоприемник и демодулятор для приема информации, ее правильной демодуляции и передачи на исполнение. Таким образом организована работа в системах ZigBee, Telea.

Большим недостатком систем передачи информации по линиям электропитания является высокая сложность реализации и, соответственно, высокая стоимость ее применения. Необходимо использовать специальные кабели электропитания, спроектированные для возможности передачи сигналов.

Предлагаемое новое решение не предъявляет каких-либо специальных требований к кабелям электропитания. Оно просто, надежно и устойчиво к помехам.

В патенте SK UV №5243 рассматривается подобный принцип, но в нем нет возможности адресной передачи данных, поэтому при этих условиях модуляция трудно реализуема и требуется высокая стабильность напряжения в сети.

Сущность изобретения

Сущность предлагаемого технического решения состоит в амплитудной модуляции и демодуляции напряжения питания, т.е. в использовании электрического соединения для амплитудной модуляции и способе реализации этой амплитудной модуляции в кабелях на линиях электропитания.

Осуществление электрической связи для реализации амплитудной модуляции на линии электропитания 230 В состоит в установке блоков модуляции и демодуляции, связанных кабелем электропитания, причем блок демодуляции присоединен к блоку контроля мощности, который, в свою очередь, связан с управляемым оборудованием. Блок демодуляции активируется переключателем или контрольным блоком управления оборудования.

Еще одним аспектом изобретения является способ реализации амплитудной модуляции в кабелях на линиях электропитания 230 В. В соответствии с этим способом амплитуду выходного напряжения электролинии определяют с помощью блока модуляции, который ограничивает эту амплитуду в течение полупериода значением напряжения модуляции, которая определяется командой передачи данных. Рабочую частоту в линии электропередачи используют для синхронизации при передаче информации. Сущность изобретения состоит в том, что блок демодуляции использует величину амплитуды полупериода напряжения в качестве опорного значения для сравнения с амплитудой последующего полупериода обратной полярности, в котором заложена передаваемая информация. Для передачи команды используют несколько периодов напряжения питания. Сущность изобретения состоит в том, что величина модуляции меньше возможных изменений напряжения питания. К тому же, частота модуляции синхронизирована с частотой напряжения сети. Следующим признаком, определяющим сущность изобретения, является синхронизация блока демодуляции с рабочей частотой линии электропитания. Процесс демодуляции начинается с первого полупериода, величина которого отличается от опорной величины, определенной из предыдущего полупериода, и заканчивается после считывания заданного количества полупериодов. Процесс получения данных состоит из двух шагов - демодуляции и декодировки полученных сигналов.

Модулятор устанавливается в распределительной коробке, от которой расходятся линии электропитания. Модулятор изменяет амплитуду напряжения выходного электропитания, синхронизированного с частотой электросети, в соответствии с заданным протоколом. Число уровней амплитудной модуляции может быть различным. Для данной задачи в основном используются два уровня. Это основной уровень, неизмененный и сниженный на величину около 5%. Битовое слово определяется из заданного числа измененных и неизмененных полупериодов напряжения электропитания. Модулируется только один полупериод. Второй полупериод остается неизменным и используется для оценки изменения общего напряжения электросети. Поскольку общее напряжение электросети может изменяться, нам необходимо иметь оценку его текущего значения. Возьмем в качестве опорного значения отрицательный полупериод для сравнения с положительным полупериодом, содержащим передаваемые данные. При выборке данных сравниваются эти два полупериода. Для этого всегда считывается отрицательный полупериод, следующий перед сравниваемым с ним положительным полупериодом. Если они равны, ничего не происходит. Если за отрицательным полупериодом следует измененный положительный, то начинается отсчет заданного числа битов. В случае восьмибитового слова требуется восемь периодов.

Уровни, соответствующие полученным положительным полупериодам, определяются следующим образом: логический ноль определяется как неизменный положительный полупериод, а логическая единица определяется при уменьшенном уровне положительного полупериода. По окончании считывания за время, определяемое частотой электросети, полученные данные передаются для дальнейшей обработки и выполнения полученной команды, такой как, например, уменьшение яркости источника света. Битовое слово может иметь разную длину и содержать различные команды. Величина напряжения, предшествующая началу считывания, может быть использована в качестве опорного значения.

Амплитудная модуляция и демодуляция, использующие опорную величину напряжения, более устойчивы к возможному изменению напряжения в электросети.

Этот способ связи подходит для управления освещением как внутренним, так и наружным. Для него не требуется дополнительной прокладки кабеля, что позволяет передавать информацию во все места, в которых проложены кабели электропитания.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена принципиальная схема использования амплитудной модуляции для передачи информации по силовой электропроводке.

На фиг.2, 3, 4 показаны возможные способы амплитудной модуляции и преобразования информации.

Пример осуществления предлагаемого изобретения

Система и схема соединений для осуществления способа амплитудной модуляции, представленная на фиг.1, состоит из блока модуляции 1, блока демодуляции 2, блока управления напряжением 3 и исполнительного блока 4. Блок управления 3 непосредственно связан с исполнительным блоком 4. Блок модуляции 1 и блок демодуляции 2 связаны через провода электропитания 5.

На фиг.2 представлен один из возможных способов модуляции и демодуляции. В данном случае модулируют только положительный полупериод напряжения электропитания. Он является носителем передаваемой информации. При этом используют двоичное кодирование. Если максимальная величина положительного полупериода равна абсолютному значению минимальной величины отрицательного полупериода, то это соответствует передаче логического 0. Если максимальная величина положительного полупериода меньше на 5%, то это соответствует передаче логической 1. Величину положительного полупериода всегда сравнивают с предыдущим отрицательным полупериодом. Как только демодулятор зафиксирует относительное снижение положительного полупериода, автоматически стартует запись информации. При этом считывается и сохраняется 18 битов. Отсчет величины периода определяется частотой линии электропитания. После получения необходимого объема данных их передают для последующей обработки. В цикле декодировки формируется окончательный набор из 0 и 1 и передается в исполнительный блок.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и устойчивости к помехам. Электрическая система реализует амплитудную модуляцию питающего напряжения для передачи информации по линиям электропитания 230 В. Система содержит блок модуляции, связанный с блоком демодуляции через линию электропитания, при этом блок демодуляции связан с блоком управления, соединенным с исполнительным блоком. 2 н. и 10 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Электрическая система, реализующая амплитудную модуляцию напряжения для передачи информации по линиям электропитания 230 В, содержащая блок модуляции (1), связанный с блоком демодуляции (2) через линию электропитания (5), при этом блок демодуляции (2) связан с блоком управления (3), соединенным с исполнительным блоком (4).

2. Электрическая система по п.1, характеризующаяся тем, что блок демодуляции связан с исполнительным блоком через распределительный щит или через блок управления.

3. Способ амплитудной модуляции напряжения на линии электропитания 230 В, при котором в первую очередь определяют, какого значения достигает амплитуда выходного напряжения блока модуляции (1), при этом амплитуда полупериода питающего напряжения ограничена уровнем, пропорциональным величине изменения напряжения при модуляции, причем ограничение величины амплитуды определяют из команд передачи.

4. Способ по п.3, характеризующийся тем, что для передачи информации используют синхронизированное по частоте напряжение.

5. Способ по п.3, характеризующийся тем, что в блоке демодуляции (2) для обнаружения передачи используют эталонную величину - предельное значение полупериода питающего напряжения.

6. Способ по п.3, характеризующийся тем, что в блоке демодуляции (2) при получении информации используют предельное значение полупериода питающего напряжения противоположной полярности.

7. Способ по п.3, характеризующийся тем, что для передачи команд используют несколько периодов питающего напряжения.

8. Способ по п.3, характеризующийся тем, что изменение напряжения при модуляции должно быть больше допустимых колебаний напряжения в общей электросети.

9. Способ по п.3, характеризующийся тем, что величины временных отсчетов при модуляции синхронизируют с частотой электросети.

10. Способ по п.3, характеризующийся тем, что блок демодуляции (2) также синхронизирован с частотой электросети.

11. Способ по п.3, характеризующийся тем, что процесс демодуляции начинают с первого полупериода, предельная величина напряжения в котором отличается от эталонной в предыдущем полупериоде, и заканчивают при считывании заданного числа полупериодов.

12. Способ по п.3, характеризующийся тем, что процесс получения информации состоит из двух шагов - демодуляции сигналов и декодировки.