CN106448122A - 一种直接利用电力线实现数据传输的***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接利用电力线实现数据传输的***和方法，该***包括至少一个智能控制器，智能控制器通过电力线接入电网供电信号并输出供电信号，智能控制器的供电信号输出端通过交流供电线并接多个数据收发器，为数据收发器提供供电以及实现与数据收发器的数据传输；智能控制器通过对电力线中交流电压信号进行编码向数据收发器发送数据，而数据收发器通过对电力线中交流电流信号进行编码向智能控制器发送数据。采用本发明的技术方案，通过一种简单的电路结构实现直接利用电力线传输，从而无需重新架构数据传输网络，也无需在电力线中加载高频载波信号。

Description

一种直接利用电力线实现数据传输的***及方法

技术领域

本发明属于智能控制领域，尤其涉及一种直接利用电力线实现数据传输的***及方法。

背景技术

现有技术中，电力线通常仅仅起到传输电能的作用，为各种用电设备提供交流供电电压。随着人们生活水平的不断提高，对智能家居的需求不断提升。现有智能家居***通常设有智能控制器，家庭中常用的用电设备，比如电灯、各种家用电器以及家庭安防***的状态信息都反馈给智能控制器，通过智能控制器可以控制各个用电设备，并能够根据用户设定或者自动调节家居网络设备的工作状态，以达到最舒适的家居状态。然而，不管采用有线或者无线的方式，现有智能家居***需要另外布置数据传输网络。有线方式通常采用RS485、CAN等总线结构，除了2条电源线(VCC和GND)之外，都需要另外布置一组通讯线。为了保障用电安全，电源线和信号线之间必须间隔一定的距离，标准的安全距离为至少大于20CM，这在线路布置上就非常复杂，而且一旦电源线和信号线接错，后果非常严重。无线方式通常采用ZigBee、WiFi等无线传输方式，然而需要在各个用电设备中设置无线通信模块，从而大大增加了成本。当然现有技术的智能家居***中也采用电力线载波的方式能够通过电力线同时实现数据和能量的传输，但电力线载波方式也需要在每个用电设备中设置电力线载波模块，成本非常昂贵，同时电力线载波模块必须要在电网上加载高频载波，这会对电网造成污染，使电网不稳定，造成信号传输不稳定。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种直接利用电力线实现数据传输的***及方法，以一种简单、低成本的电路结构直接利用电力线实现数据传输，大大简化了智能家居***的布线同时降低了成本。

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供以下技术方案：

一种直接利用电力线实现数据传输的***，该***包括至少一个智能控制器，所述智能控制器通过电力线接入电网供电信号并输出供电信号，所述智能控制器的供电信号输出端通过交流供电线并接多个数据收发器，为所述数据收发器提供供电以及实现与所述数据收发器的数据传输；其中，所述智能控制器至少包括第一电源模块、第一过零检测模块、第一控制模块、第一开关模块、电流互感器和信号处理模块；

所述第一电源模块与电力线相连接，用于为所述智能控制器提供供电；

所述第一过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第一零点触发信号；

所述第一开关模块的一端与电力线相连接，另一端与交流供电线相连接，在所述第一控制模块的控制下，所述第一开关模块导通或者断开使交流供电线中的交流电压信号发生变化从而形成数字信号‘1’和‘0’的编码；

所述电流互感器为环形电流互感器，用感应电力线中电流信号的变化，交流供电线中的零线或者火线以非电气接触的方式从该环形电流互感器互感器中穿过；

所述信号处理模块与所述电流互感器相连接，对所述电流互感器所感应的电流信号进行信号处理并发送给所述第一控制模块，从而所述第一控制模块获取电力线中电流信号的变化；

所述数据收发器至少包括第二电源模块、第二开关模块、第二控制模块、第二过零检测模块、检波模块以及功率负载，所述第二电源模块与交流供电线相连接，用于为所述数据收发器提供供电；

所述功率负载用于消耗电能从而使交流供电线中的电流信号发生变化；

所述第二开关模块与所述功率负载相连接，在所述第二控制模块的控制下，所述第二开关模块导通或断开使所述功率负载处于工作状态或截止状态从而使交流供电线上的电流信号发生变化并形成数字信号‘1’和‘0’的编码；

所述第二过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第二零点触发信号；

所述检波模块用于检测交流供电线中交流电压信号的的波形；

所述智能控制器向数据收发器发送数据时：

所述第一控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制所述第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形进行切削从而发送数字编码信号；

所述数据收发器接收所述智能控制器发送的数据时：

所述第二控制模块根据所述第二过零检测模块和检波模块获取交流供电线中交流电压信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据；

所述数据收发器向所述智能控制器发送数据时：

所述第二控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制所述第二开关模块使所述功率负载处于工作状态或截止状态从而发送数字编码信号；

所述智能控制器接收所述数据收发器发送的数据时：

所述第一控制模块根据所述第一过零检测模块和电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据。

优选地，所述智能控制器向数据收发器发送数据时，所述数字信号‘1’和数字信号‘0’的波形通过以下方式形成：

所述第一控制模块根据所述第一零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，并控制所述第一开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形。

优选地，所述数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，所述数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

优选地，所述数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，所述数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

优选地，所述数据收发器向智能控制器发送数据时，所述数字信号‘1’和数字信号‘0’的波形通过以下方式形成：

所述第二控制模块根据所述第二零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，并控制所述第二开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波，使所述功率负载在单个交流周期中仅有正半波或负半波时处于工作状态，进而使交流供电线中单个周期内的电流信号波形变化从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形。

优选地，所述数字信号‘1’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；所述数字信号‘0’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。

优选地，所述数字信号‘0’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；所述数字信号‘1’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。

优选地，所述智能控制器向数据收发器发送数据时，数据传输格式包括帧头、目的地址、数据信息和结束标识，所述帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。

优选地，所述数据收发器向智能控制器发送数据时，数据传输格式包括帧头、发送地址、数据信息和结束标识，所述帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。

本发明还公开了一种直接利用电力线实现数据传输的方法，通过串接在电力线中的智能控制器以及与所述智能控制器并接的多个数据收发器实现在电力线中同时传输能量和数据；

当所述智能控制器向数据收发器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电压信号波形的编码规则；

智能控制器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电压信号波形进行处理，其中，在智能控制器中设有第一开关模块，通过控制第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形按照约定的编码规则进行切削从而实现发送数字编码信号；

当所述数据收发器接收所述智能控制器发送的数据时，包括以下步骤：

数据收发器对交流供电线中交流电压信号波形进行检波操作；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据；

当所述数据收发器向所述智能控制器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电流信号波形的编码规则；

数据收发器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电流信号波形进行处理，其中，在数据收发器中设有功率负载，通过控制功率负载处于工作状态或截止状态使交流供电线中的交流电流信号波形产生上述约定的编码规则的电流信号波形从而实现发送数字编码信号；

当所述智能控制器接收所述数据收发器发送的数据时，包括以下步骤：

智能控制器对交流供电线中交流电流信号波形进行检波操作，其中，在智能控制器设置有电流互感器，通过电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据。

与现有技术相比较，本发明的技术方案，采用简单的电路结构实现直接利用电力线完成双向数据传输，大大简化了智能家居***的布线以及降低了成本；同时，在数据传输时，至少保留单个周期交流电压信号中完整的半波作为能量供应，从而保证用电设备的正常工作。

附图说明

图1为本发明一种直接利用电力线实现数据传输的***的架构图。

图2为本发明一种直接利用电力线实现数据传输的***中智能控制器的原理框图。

图3为本发明中智能控制器向数据收发器发送数据时所约定的数字信号‘1’和‘0’的一种电压信号波形。

图4为本发明中智能控制器向数据收发器发送数据时所约定的数字信号‘1’和‘0’的另一种电压信号波形。

图5为本发明一种直接利用电力线实现数据传输的***中数据收发器的原理框图。

图6为本发明中数据收发器向智能控制器发送数据时在数据收发器中所约定的数字信号‘1’和‘0’的一种电压信号波形。

图7为本发明中数据收发器向智能控制器发送数据时在智能控制器中所约定的数字信号‘1’和‘0’的一种电流信号波形。

图8为本发明中数据收发器向智能控制器发送数据时在数据收发器中所约定的数字信号‘1’和‘0’的另一种电压信号波形。

图9为本发明中数据收发器向智能控制器发送数据时在智能控制器中所约定的数字信号‘1’和‘0’的另一种电流信号波形。

图10为本发明中智能控制器向数据收发器发送数据时所约定的数据传输格式。

图11为本发明中智能控制器向数据收发器发送数据时所约定的数据传输格式。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1，所示为本发明直接利用电力线实现数据传输的***的架构图，该***包括至少一个智能控制器，智能控制器通过电力线接入电网供电信号并输出供电信号，智能控制器的供电信号输出端通过交流供电线并接多个数据收发器，为数据收发器提供供电以及实现与数据收发器的数据传输；智能控制器通过对电力线中交流电压信号进行编码向数据收发器发送数据，而数据收发器通过对电力线中交流电流信号进行编码向智能控制器发送数据，从而无需重新架构数据传输网络，也无需在电力线中加载高频载波信号。

参见图2，所示为本发明一种直接利用电力线实现数据传输的***中智能控制器的原理框图，智能控制器至少包括第一电源模块、第一过零检测模块、第一控制模块、第一开关模块、电流互感器和信号处理模块；

第一电源模块与电力线相连接，用于为智能控制器提供供电；

第一过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第一零点触发信号；

电流互感器为环形电流互感器，用感应电力线中电流信号的变化，交流供电线中的零线或者火线以非电气接触的方式从该环形电流互感器互感器中穿过；

信号处理模块与电流互感器相连接，对电流互感器所感应的电流信号进行信号处理并发送给第一控制模块，从而第一控制模块获取电力线中电流信号的变化；

第一开关模块的一端与电力线相连接，另一端与交流供电线相连接，第一控制模块控制第一开关模块的导通或者断开。当第一开关模块长时间处于导通状态时，交流供电线中传输市电交流电压信号为各个数据收发器提供供电能量；当第一开关模块按照预先设定的编码规则进行导通或者断开，从而使交流供电线中的交流电压信号波形发生变化，由此形成数字信号‘1’和‘0’的编码波形；数字信号‘1’和‘0’的编码波形可以由一个或者多个交流周期的电压信号波形形成。

在一种优选实施方式中，智能控制器向数据收发器发送数据时，数字信号‘1’和‘0’的编码波形由单给周期的交流电压信号形成，具体为下：

第一控制模块根据第一零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，当上半波或者下半波到来时，控制第一开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形，由此，在一个交流周期内至少保留半波能量，在数据传输的同时，保证了数据收发器的供电能量。

参见图3，所示为一种实施方式中数字信号‘1’和‘0’的波形，其中虚线表示波形的屏蔽部分，数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

参见图4，所示为另一种实施方式中数字信号‘1’和‘0’的波形，其中虚线表示波形的屏蔽部分，数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

参见图5，所示为本发明一种直接利用电力线实现数据传输的***中数据收发器的原理框图，数据收发器至少包括第二电源模块、第二开关模块、第二控制模块、第二过零检测模块、检波模块以及功率负载，其中，第二电源模块与交流供电线相连接，用于为数据收发器提供供电；第二电源模块内置稳压模块，由于市电交流电压的频率为50Hz，因此，在智能控制器发送数据时，在一定程度上不影响其能量传输，当然相比全波传输，其传输的能量会变小，但只要交流供电信号达到一定的导通角，比如半波导通，第二电源模块都能稳定输出直流工作电压，从而保证数据收发器的正常工作。

第二过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第二零点触发信号；

检波模块用于检测交流供电线中交流电压信号的的波形，从而第二控制模块能够将波形译码为数字信号‘1’和‘0’进而根据约定的数据格式完成数据接收；在一种优选的实施方式中，检波模块由程序实现，根据第二过零检测模块的零点信号，在交流供电线中交流电压信号的上半波和下半波分别进行多次采用电压值，如果波形被屏蔽，则采用的电压值为0，如果未被屏蔽，则采用结果为正常电压值，从而第二控制模块能够获取波形信息并译码为数字信号‘1’和‘0’。

在另一种优选的实施方式中，检波模块由比较器实现，将比较器的基准电压设置为零电压，经屏蔽后的交流电压信号也为零电压，与基准电压相等，输出低电平，否则输出高电平，第二控制模块根据电平边沿变化以及零点信息将波形译码为数字信号‘1’和‘0’。

数据收发器向智能控制器发送数据是通过功率负载和第二开关模块实现的，其中，功率负载用于消耗电能从而使交流供电线中的电流信号发生变化，正常工作时，功率负载处于截至状态，只有在数据收发器发送数据的时候，功率负载才根据预先约定的编码规则处于工作状态或者截至状态；第二开关模块与功率负载相连接，在第二控制模块的控制下，第二开关模块导通或断开使功率负载处于工作状态或截止状态从而使交流供电线上的电流信号发生变化并形成数字信号‘1’和‘0’的编码，其具体原理如下：

在***稳定工作时，由于耗电功率是恒定的，因此，总线电流波形也是恒定，按预先设定的编码规则控制功率负载处于工作状态或者截至状态，当功率负载处于工作状态时，会使总功率大大增加，从而使总线电流波形的幅值激增，从而将所要传输的数据信息加载在交流供电线中的电流信号波形的变化中；智能控制器根据预先设定的编码规则对交流供电线中电流信号波形变化进行解码从而获取数据收发器所要传输的数据信息。

具体的，比如一个智能控制器挂接有10个数据收发器，假设每个数据收发器正常工作的功率为5w，则正常工作时，总线功率为50w，由于总线电压是交流220V，因此总线电流也是交流信号，并和总功率成正比的。假设功率负载的功率为10w，当功率负载处于工作状态时，总功率为60w，因此，总线电流信号的幅值将变大。通过预先设定的电流信号变化波形作为数字信号‘1’和‘0’的编码波形，因此，利用上述原理能够实现数据收发器向智能控制器传输数据。

数据收发器中，第二控制模块通过控制第二开关模块的导通和断开，使对功率负载供电的交流电压信号在单个周期中形成不同的波形，从而用于标识在数据收发器中的数字信号‘1’和‘0’。比如，可以对单个周期的功率负载交流供电信号的正半波或负半波进行完整切削从而功率负载仅在上半波或者下半波处于工作状态。也即，数据收发器向智能控制器发送数据时，第二控制模块根据第二零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，并控制第二开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波，使功率负载在单个交流周期中仅有正半波或负半波时处于工作状态，进而使交流供电线中单个周期内的电流信号波形变化从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形。

参见图6所示，在数据收发器中，通过控制第二开关模块产生数字信号‘1’和‘0’的一种电压信号波形，其中虚线标识屏蔽部分的电压波形，数字信号‘1’的信号波形为保留单个周期功率负载交流供电信号的正半波并完整屏蔽负半波而形成；数字信号‘0’的信号波形为保留单个周期功率负载交流供电信号的负半波并完整屏蔽正半波而形成。由于功率负载仅在单个交流周期内仅有半个周期处于工作状态，从而会引起单个交流周期内总线电流波形的变化，相对于智能控制器而言，数字信号‘1’为功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；数字信号‘0’为功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。相对应的总线电流波形如图7所示，其中虚线为***处于稳态工作时的电流波形，以此电流波形的变化表示数字信号‘1’和数字信号‘0’，由此，智能控制器通过检测总线电流的变化进行译码获取数字信号‘1’和‘0’。虽然在实际工作环境中由于存在容性阻抗或感性阻抗，电流波形可能会存在一定的相位差，但其变化趋势大体由图7所示，不影响数据解码操作。

参见图8所示，为在数据收发器中另一种实施方式中的数字信号‘1’和‘0’的电压信号波形，其中虚线标识屏蔽部分的电压波形，数字信号‘0’的信号波形为保留单个周期功率负载交流供电信号的正半波并完整屏蔽负半波而形成；数字信号‘1’的信号波形为保留单个周期功率负载交流供电信号的负半波并完整屏蔽正半波而形成。由于功率负载仅在单个交流周期内仅有半个周期处于工作状态，从而会引起单个交流周期内总线电流波形的变化，相对于智能控制器而言，数字信号‘0’为功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；数字信号‘1’为功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。相对应的总线电流波形如图9所示，其中虚线为***处于稳态工作时的电流波形，以此电流波形的变化表示数字信号‘0’和数字信号‘1’。

智能控制器在接收数据时，通过电流互感器参感应交流供电线中的电流波形的变化并产生感应电流，从而第一控制模块能够获得电流值，同时结合零点信息，根据预先设定的波形编码规则译码出数据信息。

为了实现多个数据收发器与智能控制器之间的有效数据通信，数据收发器向智能控制器发送信号也需要遵守一定的数据传输协议，智能控制器向数据收发器发送数据时，数据传输格式包括帧头、目的地址、数据信息和结束标识，具体参见图10所示。其中，帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。帧头和结束标识用于标识数据传输的开始与结束，目的地址用于标识接收该数据信息的数据收发器，每个数据收发器都具有唯一标识的地址码，因为智能控制器向数据收发器传输数据是通过交流供电线上电压波形的变化实现，每个数据收发器都能接收到该电压波形的变化，因此，在数据传输格式中必须要设定目的地址，以确定数据信息是发送给哪个数据收发器，其他数据收发器接收到不属于自己的数据信息之后自动放弃该数据信息，当然目的地址可以设置为广播地址，从而所有的数据收发器都能接收到该数据信息。数据信息为所要发送的数据内容或者控制命令，从而数据收发器根据约定的传输协议执行相应的操作。

同理，数据收发器向智能控制器发送数据时，数据传输格式包括帧头、发送地址、数据信息和结束标识，具体参见图11所示。其中，帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。由于数据收发器向智能控制器发送数据时，是通过交流供电线上电流波形的变化实现，任何数据收发器发送数据都会引起交流供电线上电流波形的变化实现，因此，在数据传输格式中必须要设定发射地址，以确定智能控制器所接收到的数据信息是来自哪个数据收发器。

为了使电网更加平衡，在一种优选实施方式中，帧头和结束标识中，数字信号‘1’和数字信号‘0’的个数平衡。比如帧头信号为‘11110000’，而结束信号为‘11000011’，数字信号‘1’和数字信号‘0’的个数基本相等，有效避免在数据传输过程中产生谐波干扰。

智能控制器和数据收发器之间的数据收发过程如下：

智能控制器向数据收发器发送数据时：

第一控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形进行切削从而发送数字编码信号；

数据收发器接收智能控制器发送的数据时：

第二控制模块根据第二过零检测模块和检波模块获取交流供电线中交流电压信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据；

数据收发器向智能控制器发送数据时：

第二控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制第二开关模块使功率负载处于工作状态或截止状态从而发送数字编码信号；

智能控制器接收数据收发器发送的数据时：

第一控制模块根据第一过零检测模块和电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据。

在一种优选实施方式中，第一开关模块和第二开关模块为MOS管或者可控硅。

在一种优选的实施方式中，第一过零检测模块和第二过零检测模块由光电耦合器实现。

在一种优选的实施方式中，第一控制模块和第二控制模块为单片机。

本发明还提出了一种直接利用电力线实现数据传输的方法，通过串接在电力线中的智能控制器以及与智能控制器并接的多个数据收发器实现在电力线中同时传输能量和数据；

当智能控制器向数据收发器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电压信号波形的编码规则；

智能控制器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电压信号波形进行处理，其中，在智能控制器中设有第一开关模块，通过控制第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形按照约定的编码规则进行切削从而实现发送数字编码信号；

当数据收发器接收智能控制器发送的数据时，包括以下步骤：

数据收发器对交流供电线中交流电压信号波形进行检波操作；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据；

当数据收发器向智能控制器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电流信号波形的编码规则；

数据收发器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电流信号波形进行处理，其中，在数据收发器中设有功率负载，通过控制功率负载处于工作状态或截止状态使交流供电线中的交流电流信号波形产生上述约定的编码规则的电流信号波形从而实现发送数字编码信号；

当智能控制器接收数据收发器发送的数据时，包括以下步骤：

智能控制器对交流供电线中交流电流信号波形进行检波操作，其中，在智能控制器设置有电流互感器，通过电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据。

在实际应用中，可以将上述***及方法应用在智能家居控制中，也即在智能家居控制器中设置智能控制器，在被控用电设备中设置数据收发器，智能家居控制器通过电力线并接多个被控用电设备，并通过智能控制器和数据收发器在电力线中实现同时传输能量和数据。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，该***包括至少一个智能控制器，所述智能控制器通过电力线接入电网供电信号并输出供电信号，所述智能控制器的供电信号输出端通过交流供电线并接多个数据收发器，为所述数据收发器提供供电以及实现与所述数据收发器的数据传输；其中，所述智能控制器至少包括第一电源模块、第一过零检测模块、第一控制模块、第一开关模块、电流互感器和信号处理模块；

所述第一电源模块与电力线相连接，用于为所述智能控制器提供供电；

所述第一过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第一零点触发信号；

所述第一开关模块的一端与电力线相连接，另一端与交流供电线相连接，在所述第一控制模块的控制下，所述第一开关模块导通或者断开使交流供电线中的交流电压信号发生变化从而形成数字信号‘1’和‘0’的编码；

所述电流互感器为环形电流互感器，用感应电力线中电流信号的变化，交流供电线中的零线或者火线以非电气接触的方式从该环形电流互感器互感器中穿过；

所述信号处理模块与所述电流互感器相连接，对所述电流互感器所感应的电流信号进行信号处理并发送给所述第一控制模块，从而所述第一控制模块获取电力线中电流信号的变化；

所述数据收发器至少包括第二电源模块、第二开关模块、第二控制模块、第二过零检测模块、检波模块以及功率负载，所述第二电源模块与交流供电线相连接，用于为所述数据收发器提供供电；

所述功率负载用于消耗电能从而使交流供电线中的电流信号发生变化；

所述第二开关模块与所述功率负载相连接，在所述第二控制模块的控制下，所述第二开关模块导通或断开使所述功率负载处于工作状态或截止状态从而使交流供电线上的电流信号发生变化并形成数字信号‘1’和‘0’的编码；

所述第二过零检测模块用于检测交流电压信号的零点并在检测到该零点时产生第二零点触发信号；

所述检波模块用于检测交流供电线中交流电压信号的的波形；

所述智能控制器向数据收发器发送数据时：

所述第一控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制所述第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形进行切削从而发送数字编码信号；

所述数据收发器接收所述智能控制器发送的数据时：

所述第二控制模块根据所述第二过零检测模块和检波模块获取交流供电线中交流电压信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据；

所述数据收发器向所述智能控制器发送数据时：

所述第二控制模块将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号，并根据预先设定的编码规则控制所述第二开关模块使所述功率负载处于工作状态或截止状态从而发送数字编码信号；

所述智能控制器接收所述数据收发器发送的数据时：

所述第一控制模块根据所述第一过零检测模块和电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形，并根据预先设定的编码规则和数据传输格式获取数据。

2.根据权利要求1所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述智能控制器向数据收发器发送数据时，所述数字信号‘1’和数字信号‘0’的波形通过以下方式形成：

所述第一控制模块根据所述第一零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，并控制所述第一开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形。

3.根据权利要求2所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，所述数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

4.根据权利要求2所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数字信号‘0’为保留单个周期的交流电压信号波形的正半波并屏蔽负半波而形成，所述数字信号‘1’为保留单个周期的交流电压信号波形的负半波并屏蔽正半波而形成。

5.根据权利要求1所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数据收发器向智能控制器发送数据时，所述数字信号‘1’和数字信号‘0’的波形通过以下方式形成：

所述第二控制模块根据所述第二零点触发信号获取交流电压信号波形的零点信息，并控制所述第二开关模块屏蔽单个周期的交流电压信号波形的正半波或负半波，使所述功率负载在单个交流周期中仅有正半波或负半波时处于工作状态，进而使交流供电线中单个周期内的电流信号波形变化从而形成数字信号‘1’或数字信号‘0’的波形。

6.根据权利要求5所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数字信号‘1’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；所述数字信号‘0’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。

7.根据权利要求5所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数字信号‘0’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于工作状态且在单个交流周期的负半波处于截止状态时在交流供电线中所形成的电流波形；所述数字信号‘1’为所述功率负载在单个交流周期的正半波处于截止状态且在单个交流周期的负半波处于工作状态时在交流供电线中所形成的电流波形。

8.根据权利要求1所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述智能控制器向数据收发器发送数据时，数据传输格式包括帧头、目的地址、数据信息和结束标识，所述帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。

9.根据权利要求1所述的直接利用电力线实现数据传输的***，其特征在于，所述数据收发器向智能控制器发送数据时，数据传输格式包括帧头、发送地址、数据信息和结束标识，所述帧头、目的地址、数据信息和结束标识均为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号。

10.一种直接利用电力线实现数据传输的方法，其特征在于，通过串接在电力线中的智能控制器以及与所述智能控制器并接的多个数据收发器实现在电力线中同时传输能量和数据；

当所述智能控制器向数据收发器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电压信号波形的编码规则；

智能控制器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电压信号波形进行处理，其中，在智能控制器中设有第一开关模块，通过控制第一开关模块对交流供电线中的交流电压信号波形按照约定的编码规则进行切削从而实现发送数字编码信号；

当所述数据收发器接收所述智能控制器发送的数据时，包括以下步骤：

数据收发器对交流供电线中交流电压信号波形进行检波操作；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据；

当所述数据收发器向所述智能控制器发送数据时，包括以下步骤：

预先设定数字信号‘1’和‘0’在交流供电线中电流信号波形的编码规则；

数据收发器将发送数据根据预先设定的数据传输格式转换为数字编码信号；

依次将数字编码信号中的每一位按照约定的编码规则对交流电流信号波形进行处理，其中，在数据收发器中设有功率负载，通过控制功率负载处于工作状态或截止状态使交流供电线中的交流电流信号波形产生上述约定的编码规则的电流信号波形从而实现发送数字编码信号；

当所述智能控制器接收所述数据收发器发送的数据时，包括以下步骤：

智能控制器对交流供电线中交流电流信号波形进行检波操作，其中，在智能控制器设置有电流互感器，通过电流互感器获取交流供电线中电流信号的波形；

根据预先设定的编码规则获取数字编码信息；

根据预先设定的数据传输格式对数字编码信息进行解析从而获取数据。