[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2733052C1 - Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation - Google Patents

Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2733052C1
RU2733052C1 RU2020107105A RU2020107105A RU2733052C1 RU 2733052 C1 RU2733052 C1 RU 2733052C1 RU 2020107105 A RU2020107105 A RU 2020107105A RU 2020107105 A RU2020107105 A RU 2020107105A RU 2733052 C1 RU2733052 C1 RU 2733052C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
modulation
terminal
supply voltage
Prior art date
Application number
RU2020107105A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Александрович Матвеев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "СТК-ВИКОМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "СТК-ВИКОМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "СТК-ВИКОМ"
Priority to RU2020107105A priority Critical patent/RU2733052C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733052C1 publication Critical patent/RU2733052C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/54Systems for transmission via power distribution lines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/121Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using the power network as support for the transmission

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: use in the field of electrical engineering for data transmission along power lines, in particular for remote control of electric energy consumers by modulation of supply voltage. Method comprises determining modulation value in positive half-period of supply voltage, which receives zero value or single value corresponding to allowable deviation of supply voltage from nominal value, and additionally determining modulation value in negative half-period of supply voltage, which takes zero value or unit value corresponding to allowable deviation from supply voltage from nominal value, note here that logic zero signal transmission is judged by identical modulation values in adjacent half-periods of supply voltage, and transmission of logical unit is determined by modulation value change in next half-period relative to previous one. To implement the proposed method, a device may be used, which comprises series-mounted power supply modulation unit and demodulation unit, structurally configured to transmit data in accordance with the declared operations of the method.
EFFECT: faster data transmission.
2 cl, 14 dwg

Description

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано для передачи данных по линиям электропитания, в частности, для дистанционного управления потребителями электроэнергии путем модуляции питающего напряжения.The invention relates to the field of telecommunications and can be used for data transmission over power lines, in particular, for remote control of electricity consumers by modulating the supply voltage.

Известен способ, передачи данных в электрической цепи [RU 2265955, Н04В 3/54, H02J 13/00, 10/12/2005], согласно которому передачу осуществляют между двумя аппаратами, имеющими соответствующую электронную систему (НА, SA; НА1-НА5, MSA) управления, содержащими потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии, в частности бытового потребителя электрической энергии, имеющего первую электронную систему (М2) управления и, по меньшей мере, первую электрическую нагрузку (L1; L2, LN), прибор (SA; MSA) текущего контроля или управления, имеющего вторую электронную систему (M1; МС) 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; НА1-НА5) электрической энергии и указанным прибором (SA; MSA) и/или наоборот, причем, передачу данных или информации в указанной цепи от указанного потребителя (НА; НА1-НА5) электрической энергии к указанному прибору (SA; MS А) 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; МС) управления указанного прибора (SA; MSA) посредством декодирования указанных регулируемых поглощений.There is a known method for transmitting data in an electrical circuit [RU 2265955, Н04В 3/54, H02J 13/00, 10/12/2005], according to which the transfer is carried out between two devices having an appropriate electronic system (HA, SA; HA1-HA5, MSA) controls containing a consumer (HA; HA1-HA5) of electrical energy, in particular a domestic consumer of electrical energy, having a first electronic control system (M2) and at least a first electrical load (L1; L2, LN), a device ( SA; MSA) monitoring or control, having a second electronic control system (M1; MS), and the specified device (SA; MSA) is located in the specified circuit between the source of electrical power and the specified first electrical load (L1; L2; LN), while the transmission / reception of data or information in the specified electrical circuit is carried out by modulating electrical power between the specified consumer (HA; HA1-HA5) of electrical energy and the specified device (SA; MSA) and / or vice versa, with m, transfer of data or information in the specified chain from the specified consumer (ON; HA1-HA5) of electrical energy to said device (SA; MS A) is carried out by modulating electrical power or electric current consumed by said first load (L1; L2, LN) under the control of said first control system (M2), whereby data or information transmitted by the specified consumer (HA; HA1-HA5) is encoded by means of adjustable absorption of electrical power or current of the specified first load (L1; L2, LN), and the reception of data or information (SA; MSA) is carried out using the specified second system (M1; MS ) control of the specified device (SA; MSA) by decoding the specified adjustable absorbances.

Недостатком этого решения является наличие больших гармонических искажений, вносимых в линию электропитания, обусловленных импульсным характером регулируемых поглощений, в то время как, действующие стандарты накладывают существенные ограничения на применение технических средств с методами управления, основанными на импульсном регулировании (см., например, раздел 6.1 ГОСТ 30804.3.2-2013).The disadvantage of this solution is the presence of large harmonic distortions introduced into the power supply line due to the impulse nature of the controlled absorption, while the current standards impose significant restrictions on the use of technical means with control methods based on impulse regulation (see, for example, Section 6.1 GOST 30804.3.2-2013).

Известен также способ, передачи данных по линии электроснабжения переменного тока [RU 2479092, С1, Н04В 3/54, H02J 13/00, 10.04.2013], заключающийся в том, что, в нем для передачи сигналов управления используют прерывания напряжения питания, а длительность временного интервала между ними используют как управляющую команду, при этом, электроснабжение нагрузок выполняют по двухпроводной линии при помощи силового ключа, управление которым выполняет программируемый контроллер, для выбора моментов коммутации используют блок контроля фазы входного напряжения, состоящего из датчика фазы сети и программного цифрового контура фазовой автоподстройки частоты 2-го порядка астатизма, обеспечивающего управляющий контроллер точным значением фазы и полярности напряжения сети в любой момент времени, начало выдачи команды производят путем выключения силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, после прохождения N полуволн производят повторное выключение силового ключа на время одной полуволны питающего напряжения, число N используют как команду для исполнительных устройств, получающих питание через этот силовой ключ, для работы на линию с реактивными элементами используют ключ с ограничением тока, который шунтирует линию на время выдачи маркера, для защиты от аварийных ситуаций и приема ответных сигналов диагностики используют блок контроля напряжения и тока в линии, после подключения приборов к линии производят присвоение каждому прибору его условного номера по его заводскому номеру, выдачу информации производят в двух режимах, при этом в режиме оперативного управления при включенных нагрузках передают только оперативные команды, состоящие из двух маркеров и позволяющие управлять работой любой из нагрузок, а в режиме настройки и диагностики при выключенных нагрузках и при наличии напряжения в линии передают команды, состоящие из n - маркеров, где n>2.There is also known a method for transmitting data over an AC power supply line [RU 2479092, C1, H04V 3/54, H02J 13/00, 10.04.2013], which consists in the fact that it uses interruptions of the supply voltage to transmit control signals, and the duration of the time interval between them is used as a control command, while the power supply of the loads is performed via a two-wire line using a power switch, which is controlled by a programmable controller, to select the switching points, a phase control unit of the input voltage is used, consisting of a network phase sensor and a program digital circuit phase-locked loop frequency of the 2nd order of astatism, which provides the control controller with the exact value of the phase and polarity of the mains voltage at any time, the command is issued by turning off the power switch for one half-wave of the supply voltage, after the passage of N half-waves, the power switch is turned off again for a while one floor supply voltage waves, the number N is used as a command for the actuators receiving power through this power switch, to work on the line with reactive elements, a current-limiting switch is used, which shunts the line for the time of issuing the token, to protect against emergency situations and receive response signals diagnostics use a voltage and current control unit in the line, after connecting the devices to the line, assigning each device its conditional number according to its serial number, issuing information in two modes, while in the operational control mode when the loads are on, only operational commands are transmitted, consisting of two markers and allowing to control the operation of any of the loads, and in the configuration and diagnostics mode when the loads are off and in the presence of voltage in the line, commands are transmitted consisting of n - markers, where n> 2.

Недостатком этого способа является необходимость прерывания напряжения питания, что нежелательно или недопустимо для питания некоторых потребителей электрической энергии.The disadvantage of this method is the need to interrupt the supply voltage, which is undesirable or unacceptable for the supply of some consumers of electrical energy.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ связи через амплитудную модуляцию линий электропитания [RU 2525854, Н04В 3/54, 14.06.2010], согласно которому для передачи данных применяют амплитудную модуляцию положительных полуволн питающего напряжения (т.е. для передачи одного бита информации используют две полуволны питающего напряжения), а в качестве сигнала используют отклонение амплитуды положительной полуволны от опорного значения, в качестве которого принимают амплитуду предыдущей отрицательной полуволны, при этом, в первую очередь определяют, какого значения достигает амплитуда выходного напряжения блока модуляции, причем, амплитуда полупериода питающего напряжения ограничена уровнем, пропорциональным величине изменения напряжения при модуляции, а ограничение величины амплитуды определяют из команд передачи.The closest in technical essence to the proposed one is the method of communication through the amplitude modulation of power lines [RU 2525854, Н04В 3/54, 06/14/2010], according to which amplitude modulation of positive half-waves of the supply voltage is used for data transmission (i.e., for the transmission of one bit information, two half-waves of the supply voltage are used), and the deviation of the amplitude of the positive half-wave from the reference value is used as a signal, which is taken as the amplitude of the previous negative half-wave, while, first of all, it is determined what value the amplitude of the output voltage of the modulation unit reaches, and, the amplitude the half-cycle of the supply voltage is limited by a level proportional to the magnitude of the voltage change during modulation, and the limitation of the magnitude of the amplitude is determined from the transmission commands.

Особенностями этого способа является то, что, для передачи данных используют синхронизированное по частоте напряжение, в блоке демодуляции для обнаружения передачи используют эталонную величину - предельное значение полупериода питающего напряжения, в блоке демодуляции при получении информации используют предельное значение полупериода питающего напряжения противоположной полярности, для передачи команд используют несколько периодов питающего напряжения, изменение напряжения при модуляции должно быть больше допустимых колебаний напряжения в общей электросети, величины временных отсчетов при модуляции синхронизируют с частотой электросети, блок демодуляции также синхронизирован с частотой электросети, процесс демодуляции начинают с первого полупериода, предельная величина напряжения в котором отличается от эталонной в предыдущем полупериоде, и заканчивают при считывании заданного числа полупериодов, а процесс получения информации состоит из двух шагов - демодуляции сигналов и декодирования.The peculiarities of this method are that, for data transmission, a frequency-synchronized voltage is used, in the demodulation unit for detecting transmission, a reference value is used - the limit value of the half-cycle of the supply voltage, in the demodulation unit, when receiving information, the limit value of the half-cycle of the supply voltage of opposite polarity is used, for transmission commands use several periods of the supply voltage, the voltage change during modulation should be greater than the permissible voltage fluctuations in the general power grid, the values of time samples during modulation are synchronized with the frequency of the power grid, the demodulation unit is also synchronized with the frequency of the power grid, the demodulation process starts from the first half period, the maximum voltage value in which differs from the reference in the previous half-period, and ends when reading a given number of half-periods, and the process of obtaining information consists of two steps - signal demodulation and decoding niya.

Недостатком наиболее близкого технического решения относительно способа является низкая скорость передачи данных, поскольку для передачи одного бита информации используют две полуволны питающего напряжения (отрицательная полуволна в качестве опорного уровня и следующая положительная полуволна в качестве источника сигнала модуляции).The disadvantage of the closest technical solution to the method is the low data rate, since two half-waves of the supply voltage are used to transmit one bit of information (negative half-wave as a reference level and the next positive half-wave as a source of the modulation signal).

Задача, которая решается в изобретении относительно способа, направлена на повышение скорости передачи данных путем обеспечения передачи одного бита информации каждой полуволной питающего напряжения.The problem, which is solved in the invention with respect to the method, is aimed at increasing the data transmission rate by ensuring the transmission of one bit of information for each half-wave of the supply voltage.

Требуемый технический результат относительно предложенного способа заключается в повышении скорости передачи данных.The required technical result with respect to the proposed method is to increase the data transfer rate.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в способе передачи данных по линиям электропитания, согласно которому определяют величину модуляции в положительном полупериоде питающего напряжения, которая принимает одно из двух возможных значений в пределах допустимого отклонения от номинального значения, согласно изобретению на способ, дополнительно определяют величину модуляции в отрицательном полупериоде питающего напряжения, которая принимает одно из двух возможных значений в пределах допустимого отклонения от номинального значения, и о передаче сигнала логического нуля судят по одинаковым уровням величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего, а о передаче сигнала логической единицы судят по изменению величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in the method of transmitting data over power lines, according to which the modulation value in the positive half-cycle of the supply voltage is determined, which takes one of two possible values within the permissible deviation from the nominal value, according to the invention on method, additionally determine the amount of modulation in the negative half-period of the supply voltage, which takes one of two possible values within the permissible deviation from the nominal value, and the transmission of a logical zero signal is judged by the same levels of modulation in the next half-period relative to the previous one, and the transmission of a logical signal units are judged by the change in the modulation value in the next half-period relative to the previous one.

Сущность предложенного способа сохраняется при изменении логики передаваемой информации на противоположную, т.е. при замене логических нулей логическими единицами и наоборот.The essence of the proposed method is preserved when the logic of the transmitted information is changed to the opposite, i.e. when replacing logical zeros with logical ones and vice versa.

Известны также устройства для передачи данных по линиям электропитания, например устройство для управлении источниками света [SK 5243 Yl, H02J 13/00, Н05В 37/02, 08.04.2008], обеспечивающее передачу данных по линиям электропитания за счет модуляции питающего напряжения, состоящее из автотрансформатора и ключа, причем, первая клемма автотрансформатора является первой входной клеммой устройства и первой выходной клеммой устройства, отвод обмотки автотрансформатора является второй входной клеммой устройства, первая входная клемма ключа соединена со второй клеммой автотрансформатора, вторая входная клемма ключа соединена с второй входной клеммой устройства и с отводом обмотки автотрансформатора, выходная клемма ключа является второй выходной клеммой устройства.There are also known devices for transmitting data over power lines, for example, a device for controlling light sources [SK 5243 Yl, H02J 13/00, H05B 37/02, 08.04.2008], which provides data transmission over power lines by modulating the supply voltage, consisting of autotransformer and key, moreover, the first terminal of the autotransformer is the first input terminal of the device and the first output terminal of the device, the tap of the winding of the autotransformer is the second input terminal of the device, the first input terminal of the key is connected to the second terminal of the autotransformer, the second input terminal of the key is connected to the second input terminal of the device, and with a tap of the autotransformer winding, the output terminal of the key is the second output terminal of the device.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая скорость передачи данных, обусловленная тем, что для передачи одного бита информации используется две полуволны питающего напряжения.The disadvantage of this technical solution is the relatively low data transmission rate due to the fact that two half-waves of the supply voltage are used to transmit one bit of information.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является техническое решение [RU 2525854, Н04В 3/54, 14.06.2010], реализующее амплитудную модуляцию напряжения для передачи информации по линиям электропитания 230 В, выполненное в виде устройства, содержащего блок модуляции, связанный с блоком демодуляции через линию электропитания, при этом блок демодуляции связан с блоком управления, соединенным с исполнительным блоком.The closest in technical essence to the proposed device is a technical solution [RU 2525854, Н04В 3/54, 06/14/2010], which implements amplitude modulation of voltage for transmitting information over 230 V power lines, made in the form of a device containing a modulation unit associated with the unit demodulation through the power supply line, while the demodulation unit is associated with a control unit connected to the execution unit.

Недостатком наиболее близкого технического решения относительно предложенного устройства является низкая скорость передачи данных, поскольку блок модуляции и связанный с ним блок демодуляции для передачи одного бита информации в соответствии со способом используют две полуволны питающего напряжения (отрицательная полуволна в качестве опорного уровня и следующая положительная полуволна в качестве источника сигнала модуляции).The disadvantage of the closest technical solution to the proposed device is the low data rate, since the modulation unit and the associated demodulation unit to transmit one bit of information in accordance with the method use two half-waves of the supply voltage (negative half-wave as a reference level and the next positive half-wave as source of modulation signal).

Задача, которая решается в изобретении относительно устройства для реализации предложенного способа, направлена на создание устройства, в котором достигается повышение скорости передачи данных путем обеспечения передачи одного бита информации каждой полуволной питающего напряжения.The problem that is solved in the invention with respect to a device for implementing the proposed method is aimed at creating a device in which an increase in the data transmission rate is achieved by ensuring the transmission of one bit of information to each half-wave of the supply voltage.

Требуемый технический результат относительно предложенного устройства заключается в повышении скорости передачи данных.The required technical result regarding the proposed device is to increase the data transfer rate.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве, содержащем последовательно установленные в линии электропитания блок модуляции и, по крайней мере, один блок демодуляции, согласно изобретению на устройство, блок модуляции содержит трансформатор, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока модуляции, формирователь управляющего сигнала, первый вход которого является информационным входом блока модуляции, а второй вход которого является тактовым входом блока модуляции, инвертор управляющего сигнала, входная клемма которого соединена с выходной клеммой формирователя управляющего сигнала, первый ключ, входная клемма которого соединена с первой клеммой выходной обмотки трансформатора, а клемма управления соединена с выходной клеммой инвертора управляющего сигнала, второй ключ, входная клемма которого соединена со второй клеммой выходной обмотки трансформатора, клемма управления соединена с входной клеммой инвертора управляющего сигнала, а выходная клемма соединена с выходной клеммой первого ключа и является первой выходной клеммой блока модуляции, причем, вторая клемма входной обмотки трансформатора является второй выходной клеммой блока модуляции, при этом, формирователь управляющего сигнала содержит элемент И и счетный триггер, причем, вход счетного триггера соединен с выходом элемента И, выход счетного триггера является выходом формирователя управляющего сигнала, первый и второй входы элемента И являются первым и вторым входами формирователя управляющего сигнала, а блок демодуляции содержит сетевой выпрямитель, первый и второй входы которого соединены с линией электропитания, а выход которого через делитель напряжения соединен с входом интегратора, линию задержки, вход которой соединен с выходом интегратора, усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом линии задержки, а инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора, измерительный выпрямитель, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения и компаратор, неинвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного выпрямителя, а инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that, in a device containing a modulation unit and at least one demodulation unit installed in series in the power line, according to the invention per device, the modulation unit contains a transformer, the first and second terminals of the input winding which are the first and second input terminals of the modulation unit, the control signal driver, the first input of which is the information input of the modulation unit, and the second input of which is the clock input of the modulation unit, the control signal inverter, the input terminal of which is connected to the output terminal of the control signal driver, the first switch , the input terminal of which is connected to the first terminal of the output winding of the transformer, and the control terminal is connected to the output terminal of the control signal inverter, the second switch, the input terminal of which is connected to the second terminal of the output winding of the transformer, the control terminal is connected to the input terminal of the inverter of the control signal, and the output terminal is connected to the output terminal of the first switch and is the first output terminal of the modulation unit, moreover, the second terminal of the input winding of the transformer is the second output terminal of the modulation unit, while the driver of the control signal contains an AND element and a counting trigger, moreover, the input of the counting trigger is connected to the output of the AND element, the output of the counting trigger is the output of the control signal driver, the first and second inputs of the AND element are the first and second inputs of the control signal generator, and the demodulation unit contains a network rectifier, the first and second inputs of which are connected to the line power supply, and the output of which through a voltage divider is connected to the input of the integrator, the delay line, the input of which is connected to the output of the integrator, the amplifier, whose non-inverting input is connected to the output of the delay line, and whose inverting input is connected to the output of the integrator, l, the input of which is connected to the output of the amplifier, the reference voltage source and the comparator, the non-inverting input of which is connected to the output of the measuring rectifier, and the inverting input of which is connected to the reference voltage source.

На иллюстрирующих изображениях представлены: на фиг. 1 - временная диаграмма управляющих сигналов и модулированного питающего напряжения по заявляемому способу (модулированные полуволны выделены штриховкой);The illustrative images show: FIG. 1 - timing diagram of control signals and modulated supply voltage according to the claimed method (modulated half-waves are highlighted by hatching);

на фиг. 2 - таблица кодирования при модуляции по заявляемому способу;in fig. 2 - coding table for modulation according to the claimed method;

на фиг. 3 - таблица декодирования при демодуляции по заявляемому способу;in fig. 3 is a decoding table for demodulation according to the claimed method;

на фиг. 4 - функциональная схема устройства для реализации предложенного способа передачи данных по линиям электропитания;in fig. 4 is a functional diagram of a device for implementing the proposed method for transmitting data over power lines;

на фиг. 5 - пример реализации блока модуляции;in fig. 5 - an example of the implementation of the modulation unit;

на фиг. 6 - временная диаграмма сигналов блока модуляции;in fig. 6 is a timing diagram of the signals of the modulation unit;

на фиг. 7 - пример реализации блока демодуляции;in fig. 7 is an example of the implementation of the demodulation unit;

на фиг. 8 - временная диаграмма сигналов блока демодуляции;in fig. 8 is a timing diagram of the signals of the demodulation unit;

на фиг. 9 - пример реализации блока модуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства;in fig. 9 is an example of the implementation of the modulation unit using a programmable microprocessor device;

на фиг. 10 - временная диаграмма детектирования перехода полуволн питающего напряжения через ноль для блока модуляции на основе программируемого микропроцессорного устройства;in fig. 10 is a timing diagram for detecting a zero-crossing of half-waves of the supply voltage for a modulation unit based on a programmable microprocessor device;

на фиг. 11 - пример реализации алгоритма кодера, входящего в блок модуляции;in fig. 11 is an example of the implementation of the encoder algorithm included in the modulation block;

на фиг. 12 - пример реализации блока демодуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства;in fig. 12 is an example of the implementation of the demodulation unit using a programmable microprocessor device;

на фиг. 13 - временная диаграмма детектирования перехода полуволн питающего напряжения через ноль для блока демодуляции на основе программируемого микропроцессорного устройства;in fig. 13 is a timing diagram for detecting a zero crossing of half-waves of the supply voltage for a demodulation unit based on a programmable microprocessor device;

на фиг. 14 - пример реализации алгоритма детектора модуляции, входящего в блок демодуляции.in fig. 14 is an example of the implementation of the algorithm of the modulation detector included in the demodulation unit.

Предложенный способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Пока нет передачи данных, модуляция отключена и такое состояние декодируется как непрерывная последовательность логических нулей.While there is no data transfer, modulation is disabled and this state is decoded as a continuous sequence of logical zeros.

Первая модулированная полуволна согласно способу и устройству для его реализации декодируется как логическая единица и является стартовым битом при передаче данных.The first modulated half-wave according to the method and device for its implementation is decoded as a logical unit and is the start bit during data transmission.

Следующие полуволны модулируются в соответствии с передаваемым кодом: для передачи логического нуля величина модуляции не изменяется, для передачи логической единицы производится изменение величины модуляции относительно предыдущей полуволны, как показано в примере реализации способа на фиг. 1. В соответствии с этим принципом реализуются таблицы кодирования и декодирования, показанные на фиг. 2 и фиг. 3.The next half-waves are modulated in accordance with the transmitted code: to transmit a logical zero, the modulation value does not change; to transmit a logical one, the modulation value is changed relative to the previous half-wave, as shown in the example of the method implementation in FIG. 1. In accordance with this principle, the coding and decoding tables shown in FIG. 2 and FIG. 3.

После завершения передачи пакета данных модуляция выключается.After the transmission of the data packet is complete, the modulation is turned off.

В примере реализации, показанном на фиг. 1, величина модуляции соответствует уменьшению модулированной полуволны относительно немодулированной полуволны.In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the amount of modulation corresponds to a decrease in the modulated half-wave relative to the unmodulated half-wave.

Сущность предложенного способа сохраняется, если величина модуляции соответствует увеличению модулированной полуволны относительно немодулированной полуволны.The essence of the proposed method is preserved if the modulation value corresponds to an increase in the modulated half-wave relative to the unmodulated half-wave.

Сущность предложенного способа сохраняется также при изменении логики передаваемой информации на противоположную, т.е. при замене логических нулей логическими единицами и наоборот.The essence of the proposed method is also preserved when the logic of the transmitted information is changed to the opposite, i.e. when replacing logical zeros with logical ones and vice versa.

Устройство для реализации предложенного способа передачи данных по линиям электропитания (фиг. 4) содержит последовательно установленные в линии электропитания блок 1 модуляции и один или несколько блоков 2-1 - 2-N демодуляции.A device for implementing the proposed method for transmitting data over power lines (Fig. 4) contains a modulation unit 1 and one or more 2-1 - 2-N demodulation units installed in series in the power line.

Блок 1 модуляции содержит (фиг. 5) трансформатор 3, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока 1 модуляции.The modulation unit 1 contains (Fig. 5) a transformer 3, the first and second terminals of the input winding of which are the first and second input terminals of the modulation unit 1.

Кроме того, блок 1 модуляции содержит формирователь 7 управляющего сигнала, первый вход которого является информационным входом блока модуляции, а второй вход которого соединен с линией электропитания.In addition, the modulation unit 1 contains a control signal driver 7, the first input of which is the information input of the modulation unit, and the second input of which is connected to the power supply line.

Блок 1 модуляции содержит также инвертор 6 управляющего сигнала, входная клемма которого соединена с выходом формирователя 7 управляющего сигнала. Инвертор 6 управляющего сигнала может быть реализован различными известными способами, например с использованием микросхемы стандартной КМОП-логики.The modulation unit 1 also contains an inverter 6 of the control signal, the input terminal of which is connected to the output of the driver 7 of the control signal. The control signal inverter 6 can be implemented in various known ways, for example using a standard CMOS logic chip.

Кроме того, блок 1 модуляции содержит первый ключ 4, входная клемма которого соединена с первой клеммой выходной обмотки трансформатора 3, а клемма управления соединена с выходной клеммой инвертора управляющего сигнала, и второй ключ 5, входная клемма которого соединена со второй клеммой выходной обмотки трансформатора, клемма управления соединена с входной клеммой инвертора 6 управляющего сигнала, а выходная клемма соединена с выходной клеммой первого ключа и является первой выходной клеммой блока 1 модуляции, причем вторая клемма входной обмотки трансформатора 3 является второй выходной клеммой блока 1 модуляции. Первый и второй ключи могут быть реализованы различными известными способами, например, с использованием полевых транзисторов с изолированным затвором.In addition, the modulation unit 1 contains the first switch 4, the input terminal of which is connected to the first terminal of the output winding of the transformer 3, and the control terminal is connected to the output terminal of the control signal inverter, and the second switch 5, the input terminal of which is connected to the second terminal of the output winding of the transformer, the control terminal is connected to the input terminal of the control signal inverter 6, and the output terminal is connected to the output terminal of the first switch and is the first output terminal of the modulation unit 1, and the second terminal of the input winding of the transformer 3 is the second output terminal of the modulation unit 1. The first and second switches can be implemented in various known ways, for example using IGBT FETs.

Формирователь 7 управляющего сигнала содержит генератор тактового сигнала 8, вход которого соединен с линией питающего напряжения, элемент И 9 и счетный триггер 10, причем вход счетного триггера 10 соединен с выходом элемента И 9, выход счетного триггера 10 является выходом формирователя 7 управляющего сигнала, первый вход элемента И 9 является информационным входом блока модуляции, а второй вход элемента И 9 соединен с выходом генератора тактового сигнала 8. Генератор тактового сигнала, элемент И и счетный триггер могут быть реализованы различными известными способами, например с использованием микросхем стандартной КМОП-логики.The control signal generator 7 contains a clock signal generator 8, the input of which is connected to the supply voltage line, the AND element 9 and the counting trigger 10, and the input of the counting trigger 10 is connected to the output of the AND 9 element, the output of the counting trigger 10 is the output of the control signal generator 7, the first the input of the AND gate 9 is the information input of the modulation unit, and the second input of the AND gate 9 is connected to the output of the clock signal generator 8. The clock signal generator, the AND gate and the counting flip-flop can be implemented in various known ways, for example, using standard CMOS logic microcircuits.

В режиме ожидания, когда передачи данных нет, сигнал MOD равен логическому 0, первый ключ 4 открыт, а второй ключ 5 закрыт.В этом случае на выходные клеммы блока модуляции подается напряжение от входных клемм блока модуляции без изменений. Для передачи данных на информационный вход блока модуляции подается последовательность нулей и единиц. Если сигнал MOD устанавливается в состояние логической 1, то первый ключ 4 закрывается, второй ключ 5 открывается и на выходные клеммы блока модуляции подается напряжение от входных клемм блока модуляции, измененное на величину напряжения на вторичной обмотке трансформатора 3, что соответствует модулированной полуволне. Переключение сигнала MOD из состояния логического 0 в 1 и обратно должно быть синхронизировано с моментами перехода полуволн питающего напряжения через ноль. Синхронизация осуществляется с помощью тактового сигнала CLKM (фиг. 5), который вырабатывается генератором 8, синхронизированным с питающим напряжением. При передаче логического нуля (INFO=0) элемент И не пропускает сигнал синхронизации CLKM, в результате состояние счетного триггера 10, значение сигнала MOD и величина модуляции не изменяются. При передаче логической единицы (INFO=l) сигнал синхронизации проходит через элемент И на вход счетного триггера, в результате состояние счетного триггера 10, значение сигнала MOD и величина модуляции изменяются на противоположные относительно предыдущей полуволны, что соответствует реализации предложенного способа. Пример циклограммы сигналов при функционировании блока модуляции показан на фиг. 6. Модулированные полуволны выделены штриховкой. Передний фронт тактового сигнала CLKM должен совпадать с моментами перехода полуволн питающего напряжения через ноль. Переключение сигнала INFO из 0 в 1 и обратно должно опережать передний фронт тактового сигнала CLKM. В случае, если после передачи последнего бита данных сигнал модуляции находится в состоянии логической единицы, то для возврата модулятора в исходное состояние сигнал модуляции должен быть сброшен в ноль. Для этой цели служит столовый бит.Значение стопового бита равно 1, если общее количество предшествующих информационных битов нечетное, и равно 0, если общее количество предшествующих информационных битов четное.In the standby mode, when there is no data transmission, the MOD signal is equal to logic 0, the first key 4 is open and the second key 5 is closed. In this case, the voltage from the input terminals of the modulation unit is applied to the output terminals of the modulation unit without changes. To transmit data, a sequence of zeros and ones is fed to the information input of the modulation unit. If the MOD signal is set to a logical 1 state, then the first key 4 is closed, the second key 5 is opened and the voltage from the input terminals of the modulation unit is applied to the output terminals of the modulation unit, changed by the voltage value on the secondary winding of the transformer 3, which corresponds to the modulated half-wave. The switching of the MOD signal from the state of logic 0 to 1 and back must be synchronized with the moments of the transition of half-waves of the supply voltage through zero. Synchronization is carried out using the clock signal CLKM (Fig. 5), which is generated by the generator 8, synchronized with the supply voltage. When transmitting a logical zero (INFO = 0), the AND gate does not pass the clock signal CLKM, as a result, the state of the counting flip-flop 10, the value of the MOD signal and the modulation value do not change. When transmitting a logical unit (INFO = l), the synchronization signal passes through the AND element to the input of the counting trigger, as a result, the state of the counting trigger 10, the value of the MOD signal and the modulation value are reversed with respect to the previous half-wave, which corresponds to the implementation of the proposed method. An example of a signal sequence for the operation of the modulation unit is shown in FIG. 6. The modulated half-waves are shaded. The leading edge of the clock signal CLKM must coincide with the moments when the half-waves of the supply voltage cross zero. The INFO signal toggle from 0 to 1 and vice versa should be ahead of the rising edge of the CLKM clock. If, after the transmission of the last data bit, the modulation signal is in the state of a logical one, then to return the modulator to its original state, the modulation signal must be reset to zero. The table bit serves this purpose. The stop bit value is 1 if the total number of preceding information bits is odd and 0 if the total number of preceding information bits is even.

Величина модуляции определяется коэффициентом трансформации и полярностью подключения обмоток трансформатора 3. Показанная на фиг. 5 полярность обмоток трансформатора (начала обмоток обозначены точкой) соответствует уменьшению полуволны при модуляции. Величина модуляции должна выбираться с учетом допустимых искажений питающего напряжения. Действующим стандартом для электрических сетей низкого напряжения (менее 1000 В) допускаются так называемые одиночные быстрые изменения напряжения не более 5% от номинального значения (см. п. 4.2.3.1 ГОСТ 32144-2013), что соответствует минимально допустимому коэффициенту трансформации 20:1. При практической реализации блоков модуляции с целью обеспечения запаса по уровню вносимых искажений следует выбирать немного большее значение коэффициента трансформации, например в диапазоне (25-33):1. Вносимое при этом искажение напряжения на линии электропитания (около 3-4%) с запасом меньше искажений, допустимых стандартами качества электроэнергии.The amount of modulation is determined by the transformation ratio and the polarity of the connection of the windings of the transformer 3. Shown in FIG. 5, the polarity of the transformer windings (the beginning of the windings are indicated by a dot) corresponds to a decrease in the half-wave during modulation. The modulation value must be selected taking into account the permissible supply voltage distortion. The current standard for low voltage electrical networks (less than 1000 V) allows so-called single rapid voltage changes of no more than 5% of the nominal value (see clause 4.2.3.1 GOST 32144-2013), which corresponds to the minimum permissible transformation ratio of 20: 1. In the practical implementation of modulation blocks, in order to provide a margin for the level of introduced distortion, a slightly larger value of the transformation ratio should be chosen, for example, in the range (25-33): 1. The voltage distortion introduced at the same time on the power supply line (about 3-4%) with a margin is less than the distortions allowed by the power quality standards.

Блок 2 демодуляции содержит (фиг. 7) сетевой выпрямитель 11 на диодах D1-D4, причем первый и второй входы сетевого выпрямителя 11 соединены с линией электропитания, а выход сетевого выпрямителя 11 через делитель напряжения 12 на резисторах R1-R2, соединен с первым входом интегратора 13. Интегратор может быть реализован различными известными способами, например с использованием микросхем стандартных операционных усилителей.Block 2 demodulation contains (Fig. 7) a network rectifier 11 on diodes D1-D4, and the first and second inputs of the network rectifier 11 are connected to the power line, and the output of the network rectifier 11 through a voltage divider 12 on resistors R1-R2, is connected to the first input integrator 13. The integrator can be implemented in various known ways, for example using standard operational amplifier chips.

Кроме того, блок 2 демодуляции содержит генератор тактового сигнала 14, вход которого соединен с линией питающего напряжения, а выход которого соединен со вторым входом интегратора 13. Генератор тактового сигнала может быть реализован различными известными способами, например с использованием микросхем стандартной КМОП-логики.In addition, the demodulation unit 2 contains a clock signal generator 14, the input of which is connected to the supply voltage line, and the output of which is connected to the second input of the integrator 13. The clock signal generator can be implemented in various known ways, for example, using standard CMOS logic chips.

Блок 2 демодуляции содержит также линию задержки 15, первый вход которой соединен с выходом интегратора 13, а второй вход которой соединен с выходом генератора тактового сигнала 14. Линия задержки может быть реализована различными известными способами, например, с помощью последовательно соединенных стандартных микросхем аналого-цифрового преобразователя, памяти и цифро-аналогового преобразователя.The demodulation unit 2 also contains a delay line 15, the first input of which is connected to the output of the integrator 13, and the second input of which is connected to the output of the clock signal generator 14. The delay line can be implemented in various known ways, for example, using serially connected standard analog-digital microcircuits converter, memory and digital-to-analog converter.

Блок 2 демодуляции содержит также усилитель 16, неинвертирующий вход которого соединен с выходом линии задержки 15, а инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора 13. Усилитель может быть реализован различными известными способами, например с использованием микросхем стандартных операционных усилителей.The demodulation unit 2 also contains an amplifier 16, the non-inverting input of which is connected to the output of the delay line 15, and the inverting input of which is connected to the output of the integrator 13. The amplifier can be implemented in various known ways, for example using standard operational amplifiers microcircuits.

Кроме того, блок 2 демодуляции содержит измерительный выпрямитель 17, вход которого соединен с выходом усилителя 16. Измерительный выпрямитель может быть реализован различными известными способами, например с использованием микросхем стандартных операционных усилителей.In addition, the demodulation unit 2 contains a measuring rectifier 17, the input of which is connected to the output of the amplifier 16. The measuring rectifier can be implemented in various known ways, for example using standard operational amplifiers microcircuits.

Блок 2 демодуляции содержит также источник опорного напряжения 18 и компаратор 19, неинвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного выпрямителя 17, а инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения 18. Выход компаратора 19 является информационным выходом блока 2 демодуляции. Источник опорного напряжения и компаратор могут быть реализованы различными известными способами, например с использованием стандартных микросхем.The demodulation unit 2 also contains a reference voltage source 18 and a comparator 19, the non-inverting input of which is connected to the output of the measuring rectifier 17, and the inverting input of which is connected to a reference voltage source 18. The output of the comparator 19 is the information output of the demodulation unit 2. The voltage reference and the comparator can be implemented in various known ways, for example using standard microcircuits.

При отсутствии модуляции полуволны питающего напряжения, поступающие на вход демодулятора, имеют одинаковое значение, как это показано на примере циклограммы сигналов при функционировании блока демодуляции на фиг. 8. В этом случае сигналы на обоих входах усилителя 16 имеют близкие значения, выходной сигнал усилителя 16 имеет малое амплитудное значение, так что результирующий сигнал на выходе измерительного выпрямителя 17 имеет значение ниже опорного напряжения источника 18. В этом случае сигнал DATA на выходе компаратора 19, являющийся выходным сигналом блока модуляции, имеет постоянное нулевое значение. При поступлении модулированных полуволн на выходе усилителя в каждом полупериоде сети формируется сигнал, пропорциональный разности интегральных значений смежных полуволн, как это показано на примере циклограммы сигналов при функционировании блока демодуляции на фиг. 8. Эпюры сигналов на интервалах модулированных полуволн выделены штриховкой. При одинаковых уровнях величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего на выходе блока демодуляции формируется сигнал логического нуля, а при изменении величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего на выходе блока демодуляции формируется сигнал логической единицы от момента срабатывания компаратора до окончания полуволны питающего напряжения, что соответствует реализации предложенного способа.In the absence of modulation, the half-wave of the supply voltage supplied to the demodulator input has the same value, as shown in the example of the signal sequence during the operation of the demodulation unit in FIG. 8. In this case, the signals at both inputs of the amplifier 16 have close values, the output signal of the amplifier 16 has a small amplitude value, so that the resulting signal at the output of the measuring rectifier 17 has a value lower than the reference voltage of the source 18. In this case, the DATA signal at the output of the comparator 19 , which is the output signal of the modulation unit, has a constant zero value. When modulated half-waves arrive at the output of the amplifier in each half-period of the network, a signal is generated that is proportional to the difference in integral values of adjacent half-waves, as shown in the example of the signal cyclogram when the demodulation unit is operating in Fig. 8. Plots of signals at intervals of modulated half-waves are highlighted by shading. With the same levels of modulation in the next half-period relative to the previous one, a logical zero signal is formed at the output of the demodulation unit, and when the modulation value changes in the next half-period relative to the previous one, a logical unit signal is generated at the output of the demodulation unit from the moment the comparator is triggered to the end of the half-wave of the supply voltage, which corresponds to the implementation the proposed method.

Блок модуляции и блок демодуляции могут быть реализованы и другими известными способами, в частности с использованием программируемых микропроцессорных устройств. Использование программируемых микропроцессорных устройств обеспечивает расширение функциональных возможностей блока модуляции и блока демодуляции, например, в части оперативного изменения параметров протокола передачи информации.The modulation unit and the demodulation unit can be implemented in other known ways, in particular, using programmable microprocessor devices. The use of programmable microprocessor devices provides an expansion of the functionality of the modulation unit and the demodulation unit, for example, in terms of promptly changing the parameters of the information transfer protocol.

На фиг. 9 приведен пример осуществления блока модуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства.FIG. 9 shows an example of the implementation of the modulation unit using a programmable microprocessor device.

Блок модуляции содержит (фиг. 9) трансформатор 3, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока 1 модуляции.The modulation unit contains (Fig. 9) a transformer 3, the first and second terminals of the input winding of which are the first and second input terminals of the modulation unit 1.

Кроме того, блок 1 модуляции содержит формирователь 7 управляющего сигнала, первый вход которого является входом внешнего интерфейса блока модуляции, а второй вход которого соединен с линией электропитания через формирователь 22 тактового сигнала.In addition, the modulation unit 1 contains a control signal driver 7, the first input of which is the input of the external interface of the modulation unit, and the second input of which is connected to the power supply line through the clock signal driver 22.

Блок 1 модуляции содержит также инвертор 6 управляющего сигнала, входная клемма которого соединена с выходом формирователя 7 управляющего сигнала.The modulation unit 1 also contains an inverter 6 of the control signal, the input terminal of which is connected to the output of the driver 7 of the control signal.

Кроме того, блок 1 модуляции содержит первый ключ 4, входная клемма которого соединена с первой клеммой выходной обмотки трансформатора 3, а клемма управления соединена с выходной клеммой инвертора 6 управляющего сигнала, и второй ключ 5, входная клемма которого соединена со второй клеммой выходной обмотки трансформатора 3, клемма управления соединена с входной клеммой инвертора 6 управляющего сигнала, а выходная клемма соединена с выходной клеммой первого ключа 4 и является первой выходной клеммой блока 1 модуляции, причем вторая клемма входной обмотки трансформатора 3 является второй выходной клеммой блока 1 модуляции.In addition, the modulation unit 1 contains the first switch 4, the input terminal of which is connected to the first terminal of the output winding of the transformer 3, and the control terminal is connected to the output terminal of the control signal inverter 6, and the second switch 5, the input terminal of which is connected to the second terminal of the output winding of the transformer 3, the control terminal is connected to the input terminal of the control signal inverter 6, and the output terminal is connected to the output terminal of the first switch 4 and is the first output terminal of the modulation unit 1, the second terminal of the input winding of the transformer 3 being the second output terminal of the modulation unit 1.

Формирователь 7 управляющего сигнала содержит буфер 20 команд, вход которого является входом внешнего интерфейса блока модуляции, кодер 21, первый вход которого соединен с выходом буфера 20 команд, а выход которого является выходом формирователя 7 управляющего сигнала. Кроме того, блок модуляции содержит формирователь 22 тактового сигнала, содержащий однополупериодный выпрямитель на диоде D5 и делитель напряжения на резисторах R3, R4. Вход однополупериодного выпрямителя соединен с линией электропитания. Выход однополупериодного выпрямителя через делитель напряжения соединен с портом ввода-вывода микропроцессорного устройства. Диоды D6, D7 встроены в микропроцессорное устройство и являются стандартной частью цепей защиты порта ввода-вывода и обеспечивают формирование тактового сигнала UFM, синхронизированного с полупериодами питающего напряжения, путем ограничения сетевого напряжения на уровне напряжения питания VCCM микропроцессорного устройства, при этом тактовый сигнал UFM является вторым входом кодера 21. Формирование тактового сигнала UFM происходит в соответствии с циклограммой, показанной на фиг. 10.The driver 7 of the control signal contains a command buffer 20, the input of which is the input of the external interface of the modulation unit, the encoder 21, the first input of which is connected to the output of the buffer 20 of commands, and the output of which is the output of the driver 7 of the control signal. In addition, the modulation unit contains a clock signal shaper 22 containing a half-wave rectifier based on diode D5 and a voltage divider across resistors R3, R4. The half-wave rectifier input is connected to the power supply line. The output of a half-wave rectifier is connected through a voltage divider to the input-output port of the microprocessor device. Diodes D6, D7 are built into the microprocessor device and are a standard part of the I / O port protection circuits and provide the formation of the UFM clock signal, synchronized with the supply voltage half-cycles, by limiting the mains voltage to the level of the VCCM supply voltage of the microprocessor device, while the UFM clock signal is the second input of the encoder 21. The UFM clock signal is generated in accordance with the sequence diagram shown in FIG. ten.

В микропроцессорном блоке модуляции при отсутствии неисполненной команды в буфере 20 команд сигнал MOD устанавливается в состояние логического 0, при этом второй ключ 5 закрыт, а первый ключ 4 открыт.В этом случае на линию электропитания через выходные клеммы блока модуляции подается немодулированное напряжение. При подаче команды через линию внешнего интерфейса в буфере команды запоминается принятая команда и формируется прерывание для кодера 21 на выполнение команды. Кодер 21 производит считывание команды по цепи INFO из буфера 20 и далее исполняет принятую команду и формирует сигнал модуляции MOD.In the microprocessor modulation unit, in the absence of an unexecuted command in the command buffer 20, the MOD signal is set to a logic 0 state, while the second key 5 is closed and the first key 4 is open. In this case, an unmodulated voltage is supplied to the power line through the output terminals of the modulation unit. When a command is sent through the external interface line, the received command is stored in the command buffer and an interrupt is generated for the encoder 21 to execute the command. The encoder 21 reads the command on the INFO circuit from the buffer 20 and then executes the received command and generates the modulation signal MOD.

Алгоритм работы кодера 21 блока модуляции представлен на фиг. 11. Алгоритм запускается по программному прерыванию от буфера команд (блок 23). Такое прерывание является стандартной функцией, поддерживаемой в большинстве современных микропроцессорных устройств. Синхронизация алгоритма с полупериодами питающего напряжения осуществляется в блоке 24 с помощью функции прерывания по изменению состояния сигнала UFM на порте ввода-вывода.The operation algorithm of the encoder 21 of the modulation unit is shown in FIG. 11. The algorithm is started by a software interrupt from the command buffer (block 23). This interrupt is a standard feature supported by most modern microprocessor devices. Synchronization of the algorithm with the half-periods of the supply voltage is carried out in block 24 using the interrupt function for changing the state of the UFM signal on the input-output port.

В соответствии с операциями, описанными в блоках алгоритма 29-31, для передачи сигнала логической единицы производится изменение величины модуляции в последующем полупериоде питающего напряжения относительно предыдущего, а для передачи сигнала логического нуля величина модуляции в последующем полупериоде питающего напряжения относительно предыдущего не изменяется, что соответствует реализации предложенного способа.In accordance with the operations described in blocks of algorithm 29-31, to transmit a signal of a logical unit, the modulation value is changed in the next half-period of the supply voltage relative to the previous one, and to transmit a signal of a logical zero, the modulation value in the next half-period of the supply voltage does not change relative to the previous one, which corresponds to implementation of the proposed method.

На фиг. 12 приведен пример осуществления блока демодуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства.FIG. 12 shows an example of implementation of the demodulation unit using a programmable microprocessor device.

Блок демодуляции (фиг. 12) содержит микропроцессорное устройство 34, первый вход которого соединен с выходом делителя напряжения 12, а второй вход которого через резистивный делитель 37 соединен со вторым выходом сетевого выпрямителя 11, причем выход микропроцессорного устройства является выходом блока демодуляции. Микропроцессорное устройство 34 блока демодуляции содержит аналого-цифровой преобразователь 35, вход которого является первым входом микропроцессорного устройства.The demodulation unit (Fig. 12) contains a microprocessor device 34, the first input of which is connected to the output of the voltage divider 12, and the second input of which is connected through a resistive divider 37 to the second output of the network rectifier 11, the output of the microprocessor device being the output of the demodulation unit. The microprocessor device 34 of the demodulation unit contains an analog-to-digital converter 35, the input of which is the first input of the microprocessor device.

Микропроцессорное устройство 34 блока демодуляции содержит также детектор модуляции 36, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 35.The microprocessor device 34 of the demodulation unit also contains a modulation detector 36, the first input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter 35.

Выход резистивного делителя 37 соединен с портом ввода-вывода микропроцессорного устройства 34. Диоды D8, D9 встроены в микропроцессорное устройство и являются стандартной частью цепей защиты порта ввода-вывода и обеспечивают формирование тактового сигнала UFD, синхронизированного с полуволнами питающего напряжения, путем ограничения сетевого напряжения на уровне напряжения питания VCCB микропроцессорного устройства, при этом тактовый сигнал UFD является вторым входом детектора модуляции 36. Формирование тактового сигнала UFD происходит в соответствии с циклограммой, показанной на фиг. 13.The output of the resistive divider 37 is connected to the I / O port of the microprocessor device 34. Diodes D8, D9 are built into the microprocessor device and are a standard part of the I / O port protection circuits and provide the formation of the UFD clock signal, synchronized with the half-waves of the supply voltage, by limiting the mains voltage by the level of the supply voltage VCCB of the microprocessor device, while the clock signal UFD is the second input of the modulation detector 36. The formation of the clock signal UFD occurs in accordance with the sequence diagram shown in FIG. thirteen.

Алгоритм работы детектора модуляции 36 представлен на фиг. 14. В блок-схеме алгоритма использованы следующие внутренние переменные и константы:The operating algorithm of the modulation detector 36 is shown in FIG. 14. The following internal variables and constants are used in the flowchart of the algorithm:

US (блоки 41, 43, 47, 48, 51) - результат определения величины текущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла от текущей полуволны);US (blocks 41, 43, 47, 48, 51) - the result of determining the value of the current half-wave of the supply voltage (calculation of the integral of the current half-wave);

USP (блоки 39, 47, 48, 51) - результат определения величины предыдущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла от предыдущей полуволны);USP (blocks 39, 47, 48, 51) - the result of determining the value of the previous half-wave of the supply voltage (calculating the integral of the previous half-wave);

FRST (блоки 39, 45, 46) - логическая переменная, обозначающая первый вход в процедуру после включения питания, т.е. состояние, когда значение интеграла от предыдущей полуволны в переменной USP еще не определено;FRST (blocks 39, 45, 46) is a logical variable denoting the first entry into the procedure after power-on, i.e. a state when the value of the integral from the previous half-wave in the USP variable has not yet been determined;

TINT (блок 42) - константа, определяющая длительность интервала интегрирования; значение константы следует выбирать немного меньшим минимальной длительности полуволны питающего напряжения; например, при номинальной частоте питающей сети 50 Гц TINT может быть установлено в диапазоне от 9,5 до 9,7 мс.TINT (block 42) - a constant that determines the duration of the integration interval; the value of the constant should be chosen slightly less than the minimum half-wave duration of the supply voltage; for example, at a nominal supply frequency of 50 Hz, TINT can be set in the range from 9.5 to 9.7 ms.

t (блоки 41, 42, 44) - реальное время по таймеру микропроцессорного устройства;t (blocks 41, 42, 44) - real time according to the timer of the microprocessor device;

dt (блок 44) - длительность программного цикла интегрирования, которая определяется структурой программы; максимальное значение dt выбирается так, чтобы количество циклов интегрирования за время TINT составляло не менее 40-50; например, при значении TINT=9,6 мс и значении dt=200 мкс количество циклов интегрирования будет равно 48;dt (block 44) is the duration of the program cycle of integration, which is determined by the structure of the program; the maximum value of dt is chosen so that the number of integration cycles in the TINT time is at least 40-50; for example, if TINT = 9.6 ms and dt = 200 μs, the number of integration cycles will be 48;

dM (блок 48) - константа, определяющая пороговое значение при сравнении величин текущей и предыдущей полуволны питающего напряжения;dM (block 48) is a constant that determines the threshold value when comparing the values of the current and the previous half-wave of the supply voltage;

Определение величины текущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла) осуществляется методом суммирования отсчетов в блоках 40-43 на фиг. 14.The determination of the value of the current half-wave of the supply voltage (calculation of the integral) is carried out by the method of summing the samples in blocks 40-43 in FIG. fourteen.

Блоки 46 и 47 обеспечивают инициализацию переменной USP после первой интегрированной полуволны.Blocks 46 and 47 provide initialization of the USP variable after the first integrated half-wave.

Синхронизация алгоритма с полупериодами питающего напряжения осуществляется в блоке 40 с помощью функции прерывания по изменению состояния сигнала UFB на порте ввода-вывода.The synchronization of the algorithm with the half-periods of the supply voltage is carried out in block 40 using the interrupt function for changing the state of the UFB signal at the I / O port.

В блоках 48-50 осуществляется декодирование передаваемой информации. В соответствии с операциями, описанными в блоках 48-50, при одинаковых величинах полуволн в последующем полупериоде относительно предыдущего на выходе блока демодуляции формируется сигнал логического нуля, а при изменении величины полуволны в последующем полупериоде относительно предыдущего на выходе блока демодуляции формируется сигнал логической единицы, что соответствует реализации предложенного способа.In blocks 48-50, the transmitted information is decoded. In accordance with the operations described in blocks 48-50, with the same half-wave values in the next half-period relative to the previous one, a logical zero signal is generated at the output of the demodulation unit, and when the half-wave value changes in the next half-cycle relative to the previous one, a logical one signal is generated at the output of the demodulation unit, which corresponds to the implementation of the proposed method.

Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении скорости передачи данных за счет того, что в заявляемых способе и устройстве для его реализации для определения значения бита передаваемых данных используется сравнение каждой полуволны питающего напряжения с предыдущей полуволной без разделения полуволн на положительные и отрицательные. Использование предложенных способа и устройства для его реализации существенно расширяет арсенал технических средств, которые могут быть использованы для передачи данных по линиям электропитания, в частности, для дистанционного управления потребителями электроэнергии путем модуляции питающего напряжения.Thus, in the proposed technical solution, the required technical result is achieved, which consists in increasing the data transmission rate due to the fact that the inventive method and device for its implementation to determine the value of the transmitted data bit uses a comparison of each half-wave of the supply voltage with the previous half-wave without dividing the half-waves into positive and negative. The use of the proposed method and device for its implementation significantly expands the arsenal of technical means that can be used for data transmission over power lines, in particular, for remote control of electricity consumers by modulating the supply voltage.

Claims (2)

1. Способ передачи данных по линиям электропитания, согласно которому определяют величину модуляции в положительном полупериоде питающего напряжения, которая принимает одно из двух возможных значений в пределах допустимого отклонения от номинального значения, отличающийся тем, что дополнительно определяют величину модуляции в отрицательном полупериоде питающего напряжения, которая принимает одно из двух возможных значений в пределах допустимого отклонения от номинального значения, о передаче сигнала логического нуля судят по одинаковым уровням величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего, а о передаче сигнала логической единицы судят по изменению величины модуляции в последующем полупериоде относительно предыдущего.1. A method of transmitting data over power lines, according to which the amount of modulation in the positive half-period of the supply voltage is determined, which takes one of two possible values within the permissible deviation from the nominal value, characterized in that the modulation value in the negative half-period of the supply voltage is additionally determined, which takes one of two possible values within the permissible deviation from the nominal value, the transmission of the logical zero signal is judged by the same levels of the modulation value in the next half-period relative to the previous one, and the transmission of the logical unit signal is judged by the change in the modulation value in the next half-period relative to the previous one. 2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее последовательно установленные в линии электропитания блок модуляции и блок демодуляции, отличающееся тем, что блок модуляции содержит трансформатор, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока модуляции, формирователь управляющего сигнала, первый вход которого является информационным входом блока модуляции, а второй вход которого является тактовым входом блока модуляции, инвертор управляющего сигнала, входная клемма которого соединена с выходной клеммой формирователя управляющего сигнала, первый ключ, входная клемма которого соединена с первой клеммой выходной обмотки трансформатора, а клемма управления соединена с выходной клеммой инвертора управляющего сигнала, второй ключ, входная клемма которого соединена со второй клеммой выходной обмотки трансформатора, клемма управления соединена с входной клеммой инвертора управляющего сигнала, а выходная клемма соединена с выходной клеммой первого ключа и является первой выходной клеммой блока модуляции, причем вторая клемма входной обмотки трансформатора является второй выходной клеммой блока модуляции, при этом формирователь управляющего сигнала содержит элемент И и счетный триггер, причем вход счетного триггера соединен с выходом элемента И, выход счетного триггера является выходом формирователя управляющего сигнала, первый и второй входы элемента И являются первым и вторым входами формирователя управляющего сигнала, а блок демодуляции содержит сетевой выпрямитель, первый и второй входы которого соединены с линией электропитания, а выход которого через делитель напряжения соединен с входом интегратора, линию задержки, вход которой соединен с выходом интегратора, усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом линии задержки, а инвертирующий вход которого соединен с выходом интегратора, измерительный выпрямитель, вход которого соединен с выходом усилителя, источник опорного напряжения и компаратор, неинвертирующий вход которого соединен с выходом измерительного выпрямителя, а инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения.2. A device for implementing the method according to claim 1, comprising a modulation unit and a demodulation unit installed in series in the power supply line, characterized in that the modulation unit contains a transformer, the first and second terminals of the input winding of which are the first and second input terminals of the modulation unit, the control driver signal, the first input of which is the information input of the modulation unit, and the second input of which is the clock input of the modulation unit, the control signal inverter, the input terminal of which is connected to the output terminal of the control signal driver, the first switch, the input terminal of which is connected to the first terminal of the output winding of the transformer, and the control terminal is connected to the output terminal of the control signal inverter, the second switch whose input terminal is connected to the second terminal of the output winding of the transformer, the control terminal is connected to the input terminal of the control signal inverter, and the output terminal is connected to the output glue mm of the first key and is the first output terminal of the modulation unit, and the second terminal of the input winding of the transformer is the second output terminal of the modulation unit, while the control signal driver contains an AND element and a counting trigger, and the input of the counting trigger is connected to the output of the AND element, the output of the counting trigger is the output of the driver of the control signal, the first and second inputs of the AND element are the first and second inputs of the driver of the control signal, and the demodulation unit contains a network rectifier, the first and second inputs of which are connected to the power supply line, and the output of which is connected through a voltage divider to the input of the integrator, the delay line , the input of which is connected to the output of the integrator, the amplifier, the non-inverting input of which is connected to the output of the delay line, and the inverting input of which is connected to the output of the integrator, the measuring rectifier, the input of which is connected to the output of the amplifier, the reference voltage source and the comparator, not whose inverting input is connected to the output of the measuring rectifier, and the inverting input of which is connected to the reference voltage source.
RU2020107105A 2020-02-17 2020-02-17 Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation RU2733052C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107105A RU2733052C1 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020107105A RU2733052C1 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733052C1 true RU2733052C1 (en) 2020-09-29

Family

ID=72926792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020107105A RU2733052C1 (en) 2020-02-17 2020-02-17 Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733052C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815411C1 (en) * 2023-06-16 2024-03-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Frequency-pulse modem for data transmission over power supply networks

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002005449A1 (en) * 2000-07-07 2002-01-17 Cleansun Pty Ltd Power line communications method
RU2479092C1 (en) * 2012-01-10 2013-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "ГОРИЗОНТ" (ООО "ГОРИЗОНТ") Method of address transfer of information along lines of ac power supply
RU2525854C2 (en) * 2009-06-15 2014-08-20 Йозеф СЕДЛАК System and method of communication via amplitude modulation of power supply lines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002005449A1 (en) * 2000-07-07 2002-01-17 Cleansun Pty Ltd Power line communications method
RU2525854C2 (en) * 2009-06-15 2014-08-20 Йозеф СЕДЛАК System and method of communication via amplitude modulation of power supply lines
RU2479092C1 (en) * 2012-01-10 2013-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "ГОРИЗОНТ" (ООО "ГОРИЗОНТ") Method of address transfer of information along lines of ac power supply

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2815411C1 (en) * 2023-06-16 2024-03-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Frequency-pulse modem for data transmission over power supply networks

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4287468A (en) Dimmer control system
JP4861513B2 (en) System and method for power line carrier communications using high frequency tone bursts
Malesani et al. Active filter for reactive power and harmonics compensation
US3953779A (en) Electronic control system for efficient transfer of power through resonant circuits
US5625539A (en) Method and apparatus for controlling a DC to AC inverter system by a plurality of pulse-width modulated pulse trains
CA1327990C (en) Electric lighting and power controllers therefor
Shan et al. A Novel Fractional Harmonic $ d\text {--} q $ Domain Based Power Line Signaling Technique for Power Converters in a Microgrid
US3458796A (en) Soft start circuit for power supply circuits
RU2733052C1 (en) Method of data transmission along power supply lines and device for its implementation
US3986121A (en) Method for remote control through a power supply system and apparatus for carrying out the same
CA1139837A (en) Regulated dual dc power supply
US5825152A (en) Load-commutated synchronous motor drive
RU2669379C2 (en) Controller for power line coding and method for power line coding
WO1992006552A1 (en) Power line communication system
RU2671829C1 (en) Regulator of booster alternating-voltage
SU851600A1 (en) Voltage relay
RU2128393C1 (en) Voltage regulator
US4365286A (en) Audio-frequency powerline carrier control system with a current supervisory device
SU1552292A1 (en) Conversion insert for connection of two energy systems
SU935905A1 (en) Stabilized dc voltage source
SU1264275A1 (en) Controlled a.c.voltage-to-a.c.voltage converter
SU1381667A1 (en) Frequency converter with pulse-duration modulation
SU1376190A1 (en) Power supply apparatus
RU8847U1 (en) AC VOLTAGE STABILIZER
SU1381457A2 (en) A.c. voltage regulator

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20201214

TC4A Change in inventorship

Effective date: 20201217

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20210528

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210616

Effective date: 20210616