CN115642935A - 一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其包括电源模块、波动信号模块、信号获取模块和用电控制模块电源模块用于为负载供电，波动信号模块连于电源模块，用于将供电电压的波形调制出波动部分，波动部分用于携带待传输信息，信号获取模块与波动信号模块串联，用于采样供电电压并基于采样结果产生控制信号，用电控制模块连于信号获取模块，用于接收控制信号，并基于控制信号控制用电设备。本申请依靠电流的波动传输信息避免了信号强度衰减的问题，即可省去信号中继器等元件的使用，使得信号的传输过程得到了简化，提高了信号传输的可靠性，同时能够保证传输距离，甚至可以满足更远的距离要求。

Description

一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路

技术领域

本申请涉及载波通信的领域，尤其是涉及一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路。

背景技术

目前的载波通信调制方式一般为ASK（幅移键控），FSK（频移键控），PSK（相移键控）和OFDM（正交频分复用）等。

具体为，主控器指令在经过编码调制后，通过信号变压器耦合到电力线上，即将信号能量通过大功率的放大器传递到电力线网络上，传输频率通常为30Khz-200kHz，通过信号变压器将信号传输至接收端，对信号进行提取后送入解调器按照相应的调制方式解调，并于解析指令后按协议回传响应指令至发送端，由此完成一个周期的通讯。

由于助航灯光***为基于电源隔离变压器CT1的串联电流型的供电网络，串联长度可达十几公里，采用上述方案的信号所能的传输的最远距离远远无法达到助航灯光***通信的距离要求，因此，信号在传输过程中会受到极大的衰减，使得信号所能够传输的距离依赖于放大器的功率输出。因此，必须增加若干个信号中继器去完成信号的接续，这导致了信号的传输过程复杂，进而降低了信号传输的可靠性。

针对上述情况，本申请提出了一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路，用以在保证信号传输距离能够满足助航灯光***通信的距离要求的前提下，简化信号传输过程，从而提高信号传输可靠性。

发明内容

为了在保证信号传输距离能够满足助航灯光***通信的距离要求的前提下，简化信号传输过程，从而提高信号传输可靠性，本申请提供一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路。

本申请提供的一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路，采用如下的技术方案：

一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路，包括：

电源模块，用于为负载供电；

波动信号模块，连于所述电源模块，用于将供电电压的波形调制出波动部分，所述波动部分用于携带待传输信息；

信号获取模块，与所述波动信号模块串联，用于采样供电电压并基于采样结果产生控制信号；

用电控制模块，连于所述信号获取模块，用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号控制用电设备。

通过采用上述技术方案，用于信号传输的方法为：波动信号模块将会对供电电压进行调制，使得供电电压产生波动，此时，由于电路中的元件均会受到供电电压波动的影响，因此，电压的波动即可辐射至整个由电源模块供电的电路中，并于该电路中产生携带需要传输信息的波动电流，因此，与波动信号模块串联的信号获取模块上将会产生波动电流和波动电压，而此波动电流和波动电压上是携带了待传输信息的，由此信号获取模块即可基于对自身电压的检测完成对供电电压波动部分的获取，并对其进行解调等处理，从而获得传输信息。

依靠电流的波动传输信息避免了信号强度衰减的问题，即可省去信号中继器等元件的使用，使得信号的传输过程得到了简化，提高了信号传输的可靠性，并且由于待控制信号由供电电压波动部分携带并转化为串联电路中供电电流的波动而存在于整个供电网络中，因此，采用本申请提供的方案将能够保证传输距离，甚至可以满足更远的距离要求。同时，省去复杂的信号中继器等元件，又能够减小信号的传输过程的时间损失，并且由于供电电压波动部分的产生和电压波动频率的获取较为容易，本方案亦可省去复杂的编解码过程。

可选的，所述电源模块包括恒流源和电源隔离变压器CT1，所述电源隔离变压器CT1的初级连于所述恒流源。

通过采用上述技术方案，由于机场通常采用LED光源作为助航灯光源，而LED光源需要采用恒流源供电，因此，本方案采用恒流源作为供电电源，于恒流源与用电电路之间设置电源隔离变压器CT1，能够使得恒流源与用电电路之间处于电气隔离状态，而没有直接的电连接，进而能够防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，提高了供电网络的可靠性与安全性。

可选的，所述波动信号模块包括：

波动信号控制单元，基于待传输信息产生开关信号序列；

波动信号开关单元，串联于所述电源隔离变压器CT1次级，形成有波动信号使能端，所述波动信号使能端用于获取所述开关信号序列，所述开关信号序列与供电电压同频率，所述波动信号开关单元基于所述开关信号序列产生与供电电源的波峰和波谷同相位的所述波动部分。

通过采用上述技术方案，波动信号控制单元能够将待传输信息转化为开关信号序列，并将开关信号序列传递于波动信号使能端，借此控制波动信号开关单元对供电电路进行导通或关断的处理，具体表现为于供电电路的电流峰值处，即电压的波峰与波谷处操作波动信号开关，实现将待传输信息转化为供电电路中电流和电压的波动。

可选的，所述波动信号控制单元包括：

调制脉冲发生器，用于发出携带待传输信息的调制脉冲信号；

开关驱动器，连于所述调制脉冲发生器并接收所述调制脉冲信号，基于所述调制脉冲信号向所述波动信号开关单元发出所述开关信号序列。

通过采用上述技术方案，调制脉冲发生器能够将待传输信息转化为调制脉冲信号，并将调制脉冲信号传递至开关驱动器，使得开关驱动器能够按照携带待传输信息频率的信号驱动波动信号开关单元，即为向波动信号开关单元发出开关信号序列的过程。

可选的，所述波动信号开关单元包括：

第一NMOS开关管Q1，栅极连于所述开关驱动器并作为所述波动信号使能端，源极连接地线，漏极连于所述电源隔离变压器CT1次级的一端；

第二NMOS开关管Q2，栅极连于所述开关驱动器并形成所述波动信号使能端，源极连接所述第一NMOS开关管Q1的源极，漏极连于所述电源隔离变压器CT1次级远离所述第一NMOS开关管Q1漏极的一端。

通过采用上述技术方案，第一NMOS开关管Q1与第二NMOS开关管Q2的栅极相连，共同作为波动信号使能端，用于接收开关信号序列，当上述开关信号序列传出后，上述开关驱动器作为MOS驱动器与第一NMOS开关管Q1和第二NMOS开关管Q2共地连接，因此能够同时驱动第一NMOS开关管Q1和第二NMOS开关管Q2，使得上述的电源隔离变压器CT1次级于供电电压的波峰与波谷处短路或短路，从而形成波动的电压和波动的电流。

可选的，所述调制脉冲信号为FSK调制脉冲方波信号。

通过采用上述技术方案，采用移频键控的方式编码，从而生成控制MOS开关管通断的脉冲信号，由于FSK编码方式存在已久，因此，采用此方式进行编码调制，稳定性可靠性能够得到保证。

可选的，所述信号获取模块包括：

第一分压电阻，与所述电源模块串联；

电压信号检测单元，连于所述第一分压电阻两端，用于获取所述第一分压电阻两端电势差，并产生所述控制信号。

通过采用上述技术方案，由于第一分压电阻串联于电源模块，由波动信号模块对供电电压进行调制后，能够体现为第一分压电阻的电压波动，因此，通过电压信号检测单元检测对第一分压电阻的电压进行检测，即可得出由携带待传输信息的供电电压波动部分的波动频率，通过对该频率的解调和处理即可得出控制信号。

可选的，所述电压信号检测单元包括：

电压检测元件，用于获取所述第一分压电阻两端电势差并基于检测结果产生第一中间信号；

滤波元件，用于获取第一中间信号并将所述第一中间信号中的干扰波动滤除，产生第二中间信号；

运算放大器，用于获取第二中间信号，并将所述第二中间信号放大后产生所述控制信号。

可选的，所述滤波元件为无源滤波器。

通过采用上述技术方案，通过采用上述技术方案，并且信号传输过程中，由于传输距离长，外界干扰的情况很难避免，通常会采用滤波元件对获取的电压信号进行滤波处理，传统的载波方式通常为基于OFDM的调制，存在一定的带宽要求，因此需要设计两级到三级的滤波器，即无源高通、有源低通和有源高通，可见电路十分复杂。而本方案提供的FSK脉冲频率与供电电压频率相近，因此采用此方案即可使用简单的无源谐振滤波方式即可完成滤波工作，既能够保证滤波效果，又能够简化滤波过程，提高效率。

可选的，所述用电控制模块包括

LED控制信号发生器，接收所述控制信号并基于所述控制信号产生PWM控制信号；

LED驱动器，获取所述PWM控制信号并基于所述PWM控制信号驱动LED光源发光与熄灭。

通过采用上述技术方案，当信号获取模块将控制信号发送至LED控制信号发生器时，PWM控制信号能够将控制信号携带的待传输信息作为驱动LED的依据，并控制LED驱动器按照待传输信息的内容控制LED光源发光和熄灭。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.依靠电流的波动传输信息避免了信号强度衰减的问题，即可省去信号中继器等元件的使用，使得信号的传输过程得到了简化，提高了信号传输的可靠性。

2.由于待控制信号由供电电压波动部分携带并转化为串联电路中供电电流的波动而存在于整个供电网络中，因此，采用本申请提供的方案将能够保证传输距离，甚至可以满足更远的距离要求。

3.省去复杂的信号中继器等元件，又能够减小信号的传输过程的时间损失，并且由于供电电压波动部分产生和电压波动频率的获取较为容易，可省去复杂的编解码过程。

4.采用移频键控的方式编码，从而生成控制MOS开关管通断的脉冲信号，由于FSK编码方式存在已久，因此，采用此方式进行编码调制，稳定性可靠性能够得到保证。

5.本方案提供的FSK脉冲频率序列与供电电压频率相近，因此采用此方案即可使用简单的无源谐振滤波方式即可完成滤波工作，而无需采用传统的复杂滤波电路结构，既能够保证滤波效果，又能够简化滤波过程，提高效率。

附图说明

图1是本申请实施例中一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路的电路图。

图2是本申请实施例中用于示出开关信号序列、供电电压和波动部分关系的波形图。

具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。

本申请实施例公开一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路。参照图1，一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路包括电源模块、波动信号模块、信号获取模块和用电控制模块，电源模块用于为负载供电，波动信号模块连于电源模块，用于将供电电压的波形调制出波动部分，波动部分用于携带待传输信息，信号获取模块与波动信号模块串联，用于采样供电电压并基于采样结果产生控制信号，用电控制模块连于信号获取模块，用于接收控制信号，并基于控制信号控制用电设备。

具体的，信号传输的方法为：波动信号模块将会对供电电压进行调制，使得供电电压产生波动，此时，由于电路中的元件均会受到供电电压波动的影响，因此，电压的波动即可辐射至整个由电源模块供电的电路中，并于该电路中产生携带需要传输信息的波动电流，因此，与波动信号模块串联的信号获取模块上将会产生波动电流和波动电压，而此波动电流和波动电压上是携带了待传输信息的，由此信号获取模块即可基于对自身电压的检测完成对供电电压波动部分的获取，并对供电电压波动部分进行解调等处理，从而获得传输信息。

通过上述方法进行机场助航灯光供电网络的载波调制，从而传输信息，是依靠电流的波动传输信息避免了信号强度衰减的问题，即可省去信号中继器等元件的使用，使得信号的传输过程得到了简化，提高了信号传输的可靠性，并且由于待控制信号由供电电压波动部分携带并转化为串联电路中供电电流的波动而存在于整个供电网络中，因此，采用本申请提供的方案将能够保证传输距离，甚至可以满足更远的距离要求。同时，省去复杂的信号中继器等元件，又能够减小信号的传输过程的时间损失，并且由于供电电压波动部分的产生和电压波动频率的获取较为容易，本方案亦可省去复杂的编解码过程。

针对电源模块，具体的，在不同实施例中，供电电源可以为不同种类，包括但不限于恒压电源、恒流电源等，由于机场通常采用LED光源作为助航灯光源，而LED光源需要采用恒流源供电，因此，本方案采用恒流源作为供电电源。

进一步的，为使得恒流源与用电电路之间处于电气隔离状态，在不同实施例中可以采用不同方法，本申请提供具体但非限定地提出，可以于恒流源与用电电路之间设置电源隔离变压器CT1，将电源隔离变压器CT1的初级连于恒流源，这样即可防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险，从而提高供电网络的可靠性与安全性。

针对波动信号模块，具体的，在不同实施例中，上述的供电电压波动部分可以通过不同的方式产生并对供电电压进行调制，但凡能够使得供电电压波动部分携带待传输信息，并且能够调制供电电压，使得供电电压和供电电流基于待传输信息产生波动即可，本申请具体但非限定地提供一种方案，波动信号模块包括波动信号控制单元和波动信号开关单元波动信号控制单元基于待传输信息产生开关信号序列，波动信号开关单元串联于电源隔离变压器CT1次级，形成有波动信号使能端，波动信号使能端用于获取开关信号序列，开关信号序列与供电电压同频率，波动信号开关单元基于开关信号序列产生与供电电源的波峰和波谷同相位的波动部分，如图2所示，图中方波表示开关信号序列，用于产生开关信号序列的开关信号具体由两种频率的调制脉冲组成，图中正弦波表示供电电压波形，可见，开关信号序列的方波调制供电电压的正弦波能够得到携带待传输信息的波动部分波形。

针对上述方案，进一步具体的，在不同实施例中，波动信号控制单元可以由不同的元件组成，但凡能够基于待传输信息产生开关信号序列，并且该有序供电电压波动能够控制波动信号开关单元于供电电压波峰与波谷处导通或关断即可，本申请具体但非限定地提供一种方案，波动信号控制单元包括调制脉冲发生器和开关驱动器，调制脉冲发生器用于发出携带待传输信息的调制脉冲信号，开关驱动器连于调制脉冲发生器并接收调制脉冲信号，基于调制脉冲信号向波动信号开关单元发出开关信号序列。其中，向波动信号开关单元发出开关信号序列的过程即为开关驱动器按照携带待传输信息频率的信号驱动波动信号开关单元导通或关断的过程。

更进一步的，本申请提供的调制脉冲信号为FSK调制脉冲方波信号。采用移频键控的方式编码，从而生成控制MOS开关管通断的脉冲信号，由于FSK编码方式存在已久，因此，采用此方式进行编码调制，稳定性可靠性能够得到保证。

继续回顾上述方案，在不同实施例中，波动信号开关单元可以由不同元件组成，但凡能够形成接收开关信号序列的波动信号使能端，且基于开关信号序列于供电电压波峰与波谷处导通或关断即可，本申请具体但非限定地提供一种方案，波动信号开关单元包括第一NMOS开关管Q1和第二NMOS开关管Q2，第一NMOS开关管Q1，栅极连于开关驱动器并作为波动信号使能端，源极连接地线，漏极连于电源隔离变压器CT1次级的一端，第二NMOS开关管Q2，栅极连于开关驱动器并形成波动信号使能端，源极连接第一NMOS开关管Q1的源极，漏极连于电源隔离变压器CT1次级远离第一NMOS开关管Q1漏极的一端。可见，第一NMOS开关管Q1与第二NMOS开关管Q2的栅极相连，共同作为波动信号使能端，用于接收开关信号序列。

值得注意的是，当上述开关信号序列传出后，上述开关驱动器作为MOS驱动器与第一NMOS开关管Q1和第二NMOS开关管Q2为共地连接，则能够同时驱动第一NMOS开关管Q1和第二NMOS开关管Q2，使得上述的电源隔离变压器CT1次级于供电电压的波峰与波谷处短路或短路，从而形成波动的电压和波动的电流。

针对信号获取模块，具体的，在不同的实施例中，信号获取模块可以由不同元件组成，本申请具体但非限定地提供一种方案，信号获取模块包括，第一分压电阻和电压信号检测单元，第一分压电阻与电源模块串联，电压信号检测单元连于第一分压电阻两端，用于获取第一分压电阻两端电势差，并产生控制信号。由于第一分压电阻串联于电源模块，由波动信号模块对供电电压进行调制后，能够体现为第一分压电阻的电压波动，因此，通过电压信号检测单元检测对第一分压电阻的电压进行检测，即可得出经过调制的供电电压波动频率，通过对该频率的解调和处理即可得出控制信号。

针对上述方案进一步具体的，电压信号检测单元可以有不同的元件组成，但凡能够获取第一分压电阻两端电压，并且将电压信号转化为能够传输至用电控制模块的控制信号即可，本申请具体但非限定地提出一种方案，电压信号检测单元包括电压检测元件、滤波元件和运算放大器，电压检测元件用于获取第一分压电阻两端电势差并基于检测结果产生第一中间信号，滤波元件用于获取第一中间信号并将第一中间信号中的干扰波动滤除，产生第二中间信号，运算放大器用于获取第二中间信号，并将第二中间信号放大后产生控制信号。其中，电压检测元件的功能可以由运算放大器替代，即将运算放大器的同相输入端与反相输入端连于上述的第一分压电阻的两端，即可将第一分压电阻两端的电压直接作为运算放大器的输入信号，以经过放大处理。

具体的，上述方案中的滤波元件可以通过不同的方式对电压信号进行滤波处理，值得注意的是，传统的载波方式通常为基于OFDM的调制，存在一定的带宽要求，因此需要设计两级到三级的滤波器，即无源高通、有源低通和有源高通，可见电路十分复杂。而本方案提供的FSK脉冲频率与供电电压频率相近，因此采用此方案即可使用简单的无源谐振滤波方式即可完成滤波工作。

作为补充的，用电控制模块可以由不同元件组成，供电电路可以直接为用电负载供电，也可以通过驱动器辅助控制负载，具体的，用电控制模块包括LED控制信号发生器和LED驱动器LED控制信号发生器接收控制信号并基于控制信号产生PWM控制信号，LED驱动器获取PWM控制信号并基于PWM控制信号驱动LED光源发光与熄灭。当信号获取模块将控制信号发送至LED控制信号发生器时，PWM控制信号能够将控制信号携带的待传输信息作为驱动LED的依据，并控制LED驱动器按照待传输信息的内容控制LED光源发光和熄灭。

作为补充的，本申请提供的载波调制电路还包括取电隔离变压器CT2和灯内用电模块，取电隔离变压器CT2初级串联于上述的供电电源、波动信号模块和信号获取模块组成的供电电路中，同样受到波动电压和波动电流的影响，具体的，灯内用电模块包括但不限于用于升压、稳压的单片机以及MOS驱动器、LED驱动器等驱动元件。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，包括：

电源模块，用于为负载供电；

波动信号模块，连于所述电源模块，用于将供电电压的波形调制出波动部分，所述波动部分用于携带待传输信息；

信号获取模块，与所述波动信号模块串联，用于采样供电电压并基于采样结果产生控制信号；

用电控制模块，连于所述信号获取模块，用于接收所述控制信号，并基于所述控制信号控制用电设备。

2.根据权利要求1所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述电源模块包括恒流源和电源隔离变压器CT1，所述电源隔离变压器CT1的初级连于所述恒流源。

3.根据权利要求2所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述波动信号模块包括：

波动信号控制单元，基于待传输信息产生开关信号序列；

波动信号开关单元，串联于所述电源隔离变压器CT1次级，形成有波动信号使能端，所述波动信号使能端用于获取所述开关信号序列，所述开关信号序列与供电电压同频率，所述波动信号开关单元基于所述开关信号序列产生与供电电源的波峰和波谷同相位的所述波动部分。

4.根据权利要求3所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述波动信号控制单元包括：

调制脉冲发生器，用于发出携带待传输信息的调制脉冲信号；

开关驱动器，连于所述调制脉冲发生器并接收所述调制脉冲信号，基于所述调制脉冲信号向所述波动信号开关单元发出所述开关信号序列。

5.根据权利要求4所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述波动信号开关单元包括：

第一NMOS开关管Q1，栅极连于所述开关驱动器并作为所述波动信号使能端，源极连接地线，漏极连于所述电源隔离变压器CT1次级的一端；

第二NMOS开关管Q2，栅极连于所述开关驱动器并形成所述波动信号使能端，源极连接所述第一NMOS开关管Q1的源极，漏极连于所述电源隔离变压器CT1次级远离所述第一NMOS开关管Q1漏极的一端。

6.根据权利要求4所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述调制脉冲信号为FSK调制脉冲方波信号。

7.根据权利要求1所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述信号获取模块包括：

第一分压电阻，与所述电源模块串联；

电压信号检测单元，连于所述第一分压电阻两端，用于获取所述第一分压电阻两端电势差，并产生所述控制信号。

8.根据权利要求7所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述电压信号检测单元包括：

电压检测元件，用于获取所述第一分压电阻两端电势差并基于检测结果产生第一中间信号；

滤波元件，用于获取第一中间信号并将所述第一中间信号中的干扰波动滤除，产生第二中间信号；

运算放大器，用于获取第二中间信号，并将所述第二中间信号放大后产生所述控制信号。

9.根据权利要求6或8所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述滤波元件为无源滤波器。

10.根据权利要求1所述的机场助航灯光供电网络的载波调制电路，其特征在于，所述用电控制模块包括：

LED控制信号发生器，接收所述控制信号并基于所述控制信号产生PWM控制信号；

LED驱动器，获取所述PWM控制信号并基于所述PWM控制信号驱动LED光源发光与熄灭。

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