专利名称：电力线载波通信过零检测系统及方法
技术领域：
本发明属于电力线载波通信技术领域，涉及一种电力线载波通信检测系统，尤其涉及一种电力线载波通信过零检测系统；同时，本发明还涉及一种电力线载波通信过零检测方法。
背景技术：
电力线载波通信是以电力线为载波信号的传输媒介的电力通信系统，利用现有电力线，通过载波方式高速传输模拟或数字信号的技术。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输介质，因此具有信息传输稳定可靠、路由合理特点，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。电力线载波通信是先将数据调制成载波信号或扩频信号，然后通过耦合器耦合到220V交流电力线上。电力线载波通信的关键是如何保证在电力线上长距离的可靠通信，在电力线上通信存在以下问题电力线间歇性噪声较大(某些电器的启动、停止和运行都会产生较大的噪声)；信号衰减快，线路阻抗经常波动等等。电力线阻抗复杂多变的这个特点给电力线载波通信带来了很大的挑战。经过近十年对电力线阻抗特性的研究，目前大家对电力线的阻抗特性达成了一点共识虽然电力线阻抗复杂多变，但是在过零点前后的一段时间以内，电力线的阻抗相对比较高且恒定，适宜通信。而在其他时段内，电力线的阻抗很低，通信效果比较差。因此，基于过零检测的电力线载波通信技术应用而生，即仅仅在电力线的过零点的附近一段时间内进行通信，而在其他时间不通信，可参阅图1。过零检测技术的引进有效地提升了电力线载波通信的成功率和可靠性。目前市场上已有的电力线载波通信产品中，部分产品已经采用了基于过零检测技术的电力线载波通信方案。图2所示为一种目前已有的电力线过零检测方案。通过一个电阻分压网络对220V的电力线信号进行衰减取样，之后通过芯片内部集成的比较器将取样信号与零线电压相比较，进而得到电力线过零点信息。如前所述，电力线阻抗在电力线过零点前后的一段时间内比较高且恒定，这段时间内的电力线环境比较适合电力线载波通信。在这一大背景下，就衍生出了一个新的课题， 即如何准确无误地确定电力线的过零点。在技术背景中曾经提到过零检测方案结构简单，成本低廉。但是该方案也有一个很大的缺点，该方案无法将强电O20V的电力线)和弱电(板级和芯片级的地线)很好地隔离开来，从而带来安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电力线载波通信过零检测系统，可将强电和弱电隔离开来，提高安全性。此外，本发明还提供一种电力线载波通信过零检测方法，可将强电和弱电隔离开来，提高安全性。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种电力线载波通信过零检测系统，所述系统包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第一电容 Cl、第二电容C2、三极管、光耦TlO ；所述第一电阻Rl的一端连接火线，第一电阻Rl与第二电阻R2串联后连接光耦 TlO的第一输入端口 ；所述第三电阻R3、第四电阻R4并联，第三电阻R3、第四电阻R4的一端连接零线； 第三电阻R3的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的负极，第四电阻R4的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的正极；所述三极管连接光耦TlO的第二输入端口 ；所述第一电容Cl、第一稳压二极管Dl并联，其一端接入第四电阻R4、第二稳压二极管D2的正极之间，另一端接入第一电阻Rl、第二电阻R2之间；所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦TlO的第一输出端口 ；光耦 TlO的第二输出端口连接电源。作为本发明的一种优选方案，所述三极管为NPN三极管；所述第三电阻R3的一端连接NPN三极管的基极，第四电阻R4的一端连接NPN三极管的发射极，NPN三极管的集电极连接光耦TlO的第二输入端口。作为本发明的一种优选方案，所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦Tio的第一输出端口，另一端接地。作为本发明的一种优选方案，所述第一稳压二极管Dl的正极接入第四电阻R4、第二稳压二极管D2的正极之间，负极接入第一电阻R1、第二电阻R2之间。一种上述电力线载波通信过零检测系统的过零检测方法，时间周期被分为Tl时间段、T2时间段、T3时间段、T4时间段；所述方法包括如下步骤步骤Sl 在Tl时间段，第一稳压二极管Dl处于反向导通的状态，第二稳压二极管 D2处于正向导通的稳压状态，第一电容Cl的两端电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压； 第一电阻Rl、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线N之间构成分压网络； 对三极管而言，三极管发射极电压比基极电压高，三极管处于关闭的状态；光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO输出电流也为0，进而电路的输出为低电平；所述光耦TlO的输入电流即为光耦TlO第一输入端口和第二输入端口之间的电流；步骤S2 在T2时间段，第一电阻Rl、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线N之间构成分压网络，此时第一稳压二极管Dl处于正向导通的状态；对三极管而言，三极管的发射极电压为负，三极管的基极电压为0，三极管处于打开的状态；由于第二电阻R2的存在，在Tl时间段存储在光耦TlO的第一输入端口的电压不会发生突变，只能通过第一电容Cl慢慢放电；在三极管突然打开以后会有电流流过光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流，对第二电容C2进行充电，从而输出高电平；步骤S3 在T3时间段，第一稳压二极管Dl处于正向导通状态、第二稳压二极管D2 处于反向导通的状态；第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线 N之间构成分压网络；对三极管而言，始终处于打开的状态；达到稳态以后，光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口之间的压差为负，故光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO的输出电流也为0，进而过零检测电路输出为低电平；光耦TlO的输入电流为第一输入端口和第二输入端口之间的电流；步骤S4 在T4时间段，第一稳压二极管Dl处于反向导通状态、第二稳压二极管D2 处于正向导通状态，第一电容Cl将会被充电，直至第一电容Cl两端的电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压；在第一电容Cl被充电的过程中，不论三极管是打开还是关断，都会有电流流过第二电阻R2进入光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流，对第二电容C2进行充电，从而使过零检测电路输出高电平。作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，输出高电平的脉冲的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，通过调整这四个元器件的参数来调整该脉冲的宽度。作为本发明的一种优选方案，所述步骤S4中，输出高电平的脉冲的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，通过调整这四个元器件的参数来调整该脉冲的宽度。本发明的有益效果在于本发明提出的电力线载波通信过零检测系统及方法，通过光耦的隔离作用，可以很好地把强电和弱电隔离开来，从而提高系统的安全性。
图1为电力线过零通信的原理示意图。图2为现有的电力线过零检测方案示意图。图3为本发明系统的电路图。图4为本发明所对应的时序图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一请参阅图3，本发明揭示了一种电力线载波通信过零检测系统，所述系统包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第一电容Cl、第二电容C2、NPN三极管、光耦TlO。所述第一电阻Rl的一端连接火线，第一电阻Rl与第二电阻R2串联后连接光耦 TlO的第一输入端口。所述第三电阻R3、第四电阻R4并联，第三电阻R3、第四电阻R4的一端连接零线； 第三电阻R3的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的负极，第四电阻R4的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的正极；所述三极管连接光耦TlO的第二输入端口。所述第一电容Cl、第一稳压二极管Dl并联，其一端接入第四电阻R4、第二稳压二极管D2的正极之间，另一端接入第一电阻R1、第二电阻R2之间。具体地，所述第一稳压二极管Dl的正极接入第四电阻R4、第二稳压二极管D2的正极之间，负极接入第一电阻R1、第二电阻R2之间。
所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦TlO的第一输出端口，另一端接地；光耦TlO的第二输出端口连接电源。本实施例中，所述三极管为NPN三极管；所述第三电阻R3的一端连接NPN三极管的基极，第四电阻R4的一端连接NPN三极管的发射极，NPN三极管的集电极连接光耦TlO的第二输入端口。当然，所述三极管也可以为PNP三极管。以上介绍了本发明电力线载波通信过零检测系统的电路组成，本发明在揭示上述系统的同时，还揭示一种上述电力线载波通信过零检测系统的过零检测方法；所述方法包括如下步骤步骤Sl比较火线L和零线N的电压的相对关系，结合图4，我们分别定义四个状态，Tl状态(火线L的电压比零线N的电压高)、T2状态(火线L的电压比零线N的电压稍低)、Τ3状态(火线L的电压比零线N的电压低)、Τ4状态(火线L的电压比零线N的电压稍高)，分别对应于图4的Tl时间段、Τ2时间段、Τ3时间段、Τ4时间段。若当前火线L 和零线N的电压相对关系处于Tl状态，则转向步骤S2 ；若当前火线L和零线N的电压相对关系处于Τ2状态，则转向步骤S3 ；若当前火线L和零线N的电压相对关系处于Τ3状态，则转向步骤S4 ；若当前火线L和零线N的电压相对关系处于Τ4状态，则转向步骤S5。步骤S2本步骤通常基于图4中的Tl时间段内。第一稳压二极管Dl处于反向导通状态、第二稳压二极管D2处于正向导通状态，第一电容Cl的两端电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压；第一电阻Rl、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线 N之间构成分压网络；对三极管而言，三极管发射极电压比基极电压低，三极管处于关闭的状态；光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO输出电流也为0，进而电路的输出为低电平；所述光耦TlO的输入电流即为光耦TlO第一输入端口和第二输入端口之间的电流。步骤S3本步骤通常基于图4中的Τ2时间段内。第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线N之间构成分压网络，此时第一稳压二极管Dl处于正向导通的状态；对三极管而言，三极管的发射极电压为负，三极管的基极电压为0，三极管处于打开的状态；由于第二电阻R2的存在，在Tl时间段存储在光耦TlO的第一输入端口的电压不会发生突变，只能通过第一电容Cl慢慢放电；在三极管突然打开以后会有电流流过光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流，对第二电容C2进行充电，从而输出高电平，即图4中的脉冲1。脉冲 1的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，可以通过调整这四个元器件的参数来调整脉冲1的宽度。步骤S4本步骤通常基于图4中的Τ3时间段内。第一稳压二极管Dl处于正向导通状态、第二稳压二极管D2处于反向导通的状态；第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线N之间构成分压网络；对三极管而言，始终处于打开的状态； 达到稳态以后，光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口之间的压差为负，故光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO的输出电流也为0，进而过零检测电路输出为低电平；光耦TlO的输入电流为第一输入端口和第二输入端口之间的电流。步骤S5本步骤通常基于图4中的Τ4时间段内。第一稳压二极管Dl处于反向导通的稳压状态、第二稳压二极管D2处于正向导通的稳压状态，第一电容Cl将会被充电， 直至第一电容Cl两端的电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压；在第一电容Cl被充电的
7过程中，不论三极管是打开还是关断，都会有电流流过第二电阻R2进入光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流， 对第二电容C2进行充电，从而使过零检测电路输出高电平，即图4中的脉冲2。脉冲2的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，可以通过调整这四个元器件的参数来调整脉冲2的宽度。综上所述，本发明提出的电力线载波通信过零检测系统及方法，通过光耦的隔离作用，可以很好地把强电和弱电隔离开来，从而提高系统的安全性。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、 材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种电力线载波通信过零检测系统，其特征在于，所述系统包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、 第一电容Cl、第二电容C2、三极管、光耦TlO ；所述第一电阻Rl的一端连接火线，第一电阻Rl与第二电阻R2串联后连接光耦TlO的第一输入端口；所述第三电阻R3、第四电阻R4并联，第三电阻R3、第四电阻R4的一端连接零线；第三电阻R3的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的负极，第四电阻R4的另一端连接三极管、第二稳压二极管D2的正极；所述三极管连接光耦TlO的第二输入端口 ；所述第一电容Cl、第一稳压二极管Dl并联，其一端接入第四电阻R4、第二稳压二极管 D2的正极之间，另一端接入第一电阻R1、第二电阻R2之间；所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦TlO的第一输出端口 ；光耦TlO 的第二输出端口连接电源。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信过零检测系统，其特征在于所述三极管为NPN三极管；所述第三电阻R3的一端连接NPN三极管的基极，第四电阻R4的一端连接NPN三极管的发射极，NPN三极管的集电极连接光耦TlO的第二输入端口。
3.根据权利要求1所述的电力线载波通信过零检测系统，其特征在于所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦TlO的第一输出端口，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的电力线载波通信过零检测系统，其特征在于所述第一稳压二极管Dl的正极接入第四电阻R4、第二稳压二极管D2的正极之间，负极接入第一电阻Rl、第二电阻R2之间。
5.一种权利要求1至4之一所述电力线载波通信过零检测系统的过零检测方法，其特征在于，时间周期被分为Tl时间段、T2时间段、T3时间段、T4时间段；所述方法包括如下步骤步骤Sl 在Tl时间段，第一稳压二极管Dl处于反向导通的稳压状态、第二稳压二极管 D2处于正向导通状态，第一电容Cl的两端电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压；第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线N之间构成分压网络；对三极管而言，三极管发射极电压比基极电压低，三极管处于关闭的状态；光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO输出电流也为0，进而电路的输出为低电平；所述光耦TlO的输入电流即为光耦TlO第一输入端口和第二输入端口之间的电流；步骤S2 在T2时间段，第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L 和零线N之间构成分压网络，此时第一稳压二极管Dl处于正向导通的状态；对三极管而言， 三极管的发射极电压为负，三极管的基极电压为0，三极管处于打开的状态；由于第二电阻 R2的存在，在Tl时间段存储在光耦TlO的第一输入端口的电压不会发生突变，只能通过第一电容Cl慢慢放电；在三极管突然打开以后会有电流流过光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流，对第二电容C2 进行充电，从而输出高电平；步骤S3 在T3时间段，第一稳压二极管Dl处于正向导通状态、第二稳压二极管D2处于反向导通的状态；第一电阻R1、第四电阻R4以及第一稳压二极管Dl将在火线L和零线 N之间构成分压网络；对三极管而言，始终处于打开的状态；达到稳态以后，光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口之间的压差为负，故光耦TlO的输入电流为0，光耦TlO的输出电流也为0，进而过零检测电路输出为低电平；光耦TlO的输入电流为第一输入端口和第二输入端口之间的电流；步骤S4 在T4时间段，第一稳压二极管Dl处于反向导通的稳压状态、第二稳压二极管 D2处于正向导通状态，第一电容Cl将会被充电，直至第一电容Cl两端的电压等于第一稳压二极管Dl的钳位电压；在第一电容Cl被充电的过程中，不论三极管是打开还是关断，都会有电流流过第二电阻R2进入光耦TlO的第一输入端口和第二输入端口，光耦TlO的第二输出端口和第一输出端口之间也会感应到电流，对第二电容C2进行充电，从而使过零检测电路输出高电平。
6.根据权利要求5所述的过零检测方法，其特征在于所述步骤S2中，输出高电平的脉冲的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，通过调整这四个元器件的参数来调整该脉冲的宽度。
7.根据权利要求5所述的过零检测方法，其特征在于所述步骤S4中，输出高电平的脉冲的宽度与第二电阻R2、第一电容Cl、第五电阻R5、第二电容C2的值相关，通过调整这四个元器件的参数来调整该脉冲的宽度。
全文摘要
本发明揭示了一种电力线载波通信过零检测系统及方法，所述系统包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第一电容C1、第二电容C2、三极管、光耦T10。所述第一电阻R1的一端连接火线，第一电阻R1与第二电阻R2串联后连接光耦T10的第一输入端口；所述三极管连接光耦T10的第二输入端口；所述第五电阻R5与第二电容C2并联，其一端连接光耦T10的第一输出端口；光耦T10的第二输出端口连接电源。本发明提出的电力线载波通信过零检测系统及方法，通过光耦的隔离作用，可以很好地把强电和弱电隔离开来，从而提高系统的安全性。
文档编号G01R19/175GK102508014SQ20111040766
公开日2012年6月20日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者郑学刚 申请人:上海翊昊微电子有限公司