DE112008000293B4 - System und Verfahren zur Datenübertragung über einen Netzleitungsträger mittels Hochfrequenzton-Bursts - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Datenkommunikation auf einer Wechselstrom-Netzleitung, die ein Wechselstromsignal führt, umfassend: (a) Detektieren der Positiv-/Negativ- und der Negativ-/Positiv Nulldurchgänge des Wechselstromsignals, (b) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten, periodisches Einführen eines Hochfrequenzsignals in die Wechselstrom-Netzleitung derart, dass dem Wechselstromsignal an den detektierten Nulldurchgängen Hochfrequenz-Ton-Bursts übergelegt werden, wobei die übertragenen Daten durch eine Folge erster und zweiter Bit-Werte repräsentiert werden; (c) Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal; und (d) Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten; und dass das Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten ferner umfasst: Detektieren eines Nulldurchgangs des Wechselstromsignals; Feststellen, ob ein Ton-Burst an dem detektierten Nulldurchgang in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Erzeugen eines Hinweissignals, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Übermitteln des Hinweissignals an eine Impulsgeneratorschaltung, die elektrische Impulse erzeugt; und Modifizieren der elektrischen Impulse, wenn die Impulsgeneratorschaltung das Hinweissignal empfängt, derart, dass ein modifizierter Impuls dem ersten Bit-Wert entspricht und ein unmodifizierter Impuls dem zweiten Bit-Wert entspricht.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft generell Systeme und Verfahren zur Daten-Kommunikation über ein Stromnetz. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System und ein Verfahren zur Daten-Kommunikation unter Verwendung eines Wechselstromsignals, das an eine mit der Netzleitung verbundene Vorrichtung ausgegeben wird, um die Energieverwaltung und/oder -steuerung der Vorrichtung durchzuführen.
- TECHNISCHER HINTERGRUND
-
US 2007/0 131 784 A1 -
US 6 424 925 B1 offenbart ein Tondetektor, der detektiert, ob ein Ton vorhanden ist und ein Signal ausgesendet, wenn der Ton vorhanden ist. -
US2004/0183463 A1 - Systeme zur Kommunikation über das Stromnetz als Träger (power line carrier PLC) werden häufig zum Übermitteln von Daten und Steuersignalen zwischen Vorrichtungen verwendet, die mit einem Stromnetz verbunden sind. Einige herkömmliche PLC-Systeme führen die Daten-Kommunikation durch, indem sie in dem 60-Hz-Wechselstromsignal, das zum Zuführen von Strom zu einer Lastvorrichtung verwendet wird, Störungen erzeugen und diese dann detektieren. Bei zahlreichen derartigen PLC-Systemen wird die Signalstörung erzeugt, indem ein PLC-Sender verwendet wird, um mittels eines gegatterten elektronischen Schalters wie z. B. eines Triac periodisch einen ”Kurzschluss”-Zustand an der AC-Netzleitung zu erzeugen. Der Kurzschlusszustand wird typischerweise an oder nahe dem Nulldurchgang des Wechselstromsignals erzeugt. Ein mit der Lastvorrichtung verbundener Empfänger detektiert die Störungen (z. B. eine ”Kerbe”) in dem Wechselstromsignal und dekodiert verschiedene Sequenzen oder Muster derartiger Störungen als Vorrichtungssteuersignale. Wenn bei derartigen Systemen des Standes der Technik der Sender in Reihe mit der AC-Netzleitung und der Lastvorrichtung geschaltet ist, können solche Systeme die Daten nur mit einer Daten-Rate von 60 Hz übertragen, da die Störung nur in dem positiven bis negativen Halbzyklus des Wechselstromsignals eingeführt werden kann. Zudem können viele der bei diesen herkömmlichen Systemen verwendeten gegatterten Schalter nicht mittels ihres Gate-Signals abgeschaltet werden. Somit wird, falls der Schalter direkt nach einem Nulldurchgang eingeschaltet wird, die AC-Netzleitung durch den Schalter kurzgeschlossen. Dies kann möglicherweise den Schalter beschädigen und/oder die Netzleitung deaktivieren, indem eine mit der Schaltung verbundene Überstromvorrichtung ausgelöst wird. Ferner sind herkömmliche PLC-Systeme, bei denen eine gegatterte Schalterkonfiguration verwendet wird, weniger effizient und erfordern die Verwendung größerer und kostenaufwendigerer Komponenten, um die bei derartigen Systemen inhärent auftretenden Schaltverluste zu handhaben.
- Somit besteht Bedarf an einem PLC-Kommunikationssystem, das problemlos an existierenden Stromnetzen verwendbar ist, energieeffizient ist und im Vergleich mit herkömmliche gegatterten ”Schalter”-Systemen des Typs mit ”Kerbe” kleinere Abmessungen hat und kostengünstiger ist.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Zur Reduzierung der Kosten und der Abmessungen eines über eine AC-Netzleitung betriebenen PLC-Kommunikationssystems wird bei dem System und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dem Wechselstromsignal ein Ton-Burst anstelle einer Kerbe übergelegt. Mit der AC-Netzleitung ist eine Tongeneratorschaltung wie z. B. ein Oszillator verbunden, um dieses Ton-Burst in das Stromsignal einzuführen. Das Vorhandensein eines Ton-Bursts an dem Wechselstromsignal kann angeben, dass ein erster Bit-Wert, wie z. B. eine Eins, übertragen wird. Das Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts an dem Wechselstromsignal kann angeben, dass ein erster Bit-Wert, wie z. B. eine Null, übertragen wird.
- An der Empfängervorrichtung wird eine Tondetektionsschaltung verwendet, um das Vorhandensein des Ton-Burst in einem Wechselstromsignal zu detektieren. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Ton-Burst kann als Dateninformationspaket detektiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal bei einer bestimmten Referenzspannung oder bei einem vorbestimmten Phasenwinkel synchronisiert. Diese Referenzspannung oder dieser Phasenwinkel kann dem Nulldurchgang des Wechselstromsignals entsprechen.
- Zum Detektieren der Ton-Bursts weist die Tondetektionsschaltung eine Filterschaltung auf, um das Ton-Burst aus dem Wechselstromsignal herauszufiltern. Mit der Filterschaltung ist eine Ton-Burst-Detektionsschaltung verbunden, um ein Hinweissignal zu erzeugen, wenn das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist. Dieses Hinweissignal wird an eine Impulsgeneratorschaltung übertragen, die Impulse ausgibt. Wenn ein Hinweissignal vorhanden ist, wird die Länge des Impulses derart modifiziert, dass eine die Impulse empfangende Vorrichtung unterscheiden kann, ob ein erster Bit-Wert oder ein zweiter Bit-Wert auf dem Wechselstromsignal übertragen worden ist.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das PLC-System verwendet, um Steuersignale, wie z. B. Signale zum Dimmen einer Lampe, an eine elektronische Ballastschaltung auszugeben, die mit einer Gasentladungslampe verbunden ist.
- Somit besteht eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung darin, die Abmessungen und die Kosten der Komponenten in einem PLC-Kommunikationssystem, bei dem eine AC-Netzleitung zum Übertragen von Information verwendet wird, zu reduzieren.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ton-Burst anstelle einer dem Wechselstromsignal übergelegten Kerbe zu verwenden, um Information an eine mit der AC-Netzleitung verbundene Vorrichtung zu übertragen.
- Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Übertragung von Information über eine AC-Netzleitung, ohne einen Kurzschlusszustand auf der AC-Netzleitung zu verursachen.
- Gemäß einer weiteren Aufgabe der Erfindung soll ein System geschaffen werden, das weniger anfällig gegenüber Interferenz mit existierenden Netzleitungs-Trägersystemen ist.
- Zur Lösung dieser Aufgaben dienen die Merkmale der Ansprüche 1, 6, 7, 11 und 17.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Systems zur Datenübertragung mittels eines Wechselstromsignals; -
2 zeigt eine graphische Darstellung eines Pakets oder Stroms einem Wechselstromsignal übergelegter Daten-Bits und Ton-Bursts, die den Daten-Bit-Werten entsprechen, welche an eine Empfängervorrichtung übertragen werden; -
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu erzeugen; -
4(a) zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu detektieren; -
4(b) zeigt ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Tongeneratorschaltung, die verwendet wird, um gemäß der vorliegenden Erfindung Ton-Bursts in einem Wechselstromsignal zu detektieren; -
5 zeigt ein Blockschaltbild einer elektronischen Ballastschaltung und einer Gasentladungslampe, die mit einer AC-Netzleitung verbunden sind, um das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Dimmen der Lampe zu verwenden; -
6 zeigt eine graphische Darstellung der gemäß einem Aspekt der Erfindung erzeugten Datendetektionsimpulse, wobei ersichtlich ist, dass die Länge der Impulse von den durch das System übertragenen Daten-Bit-Werten abhängig ist; und -
7 zeigt eine graphische Darstellung des gepulsten Treibersignals, das von dem erfindungsgemäßen System zum Erzeugen von Ton-Bursts verwendet wird. - BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
- In
1 und2 ist ein zur Verwendung des Stromnetzes als Träger (power line carrier PLC) ausgelegtes Kommunikationssystem1 gezeigt, bei dem Daten10 in einem Wechselstromsignal12 übertragen werden, das über eine AC-Netzleitung14 ausgegeben wird. Um die Daten10 auf der AC-Netzleitung14 zu übertragen, speist das Kommunikationssystem1 periodisch Hochfrequenz-Ton-Bursts28 in das Wechselstromsignal12 ein. Gemäß2 werden diese Ton-Bursts28 an vorbestimmten Phasenwinkelpositionen entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals12 eingespeist. Wie noch detailliert erläutert wird, wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser Ton-Bursts28 an den vorbestimmten Stellen entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals12 verwendet, um die entlang der AC-Netzleitung14 übertragenen Daten-Bit-Werte zu bestimmen. Es kann eine einzige vorbestimmte Stelle entlang des periodischen Zyklus des Wechselstromsignals12 vorgesehen sein, die für die Datenübertragung relevant ist, oder es können mehrerer derartige Stellen vorgesehen sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei relevante vorbestimmte Stellen entlang des Zyklus des Wechselstromsignals12 vorgesehen: der Positiv-/Negativ-Nulldurchgang und der Negativ-/Positiv-Nulldurchgang des Wechselstromsignals. Eine mit der AC-Netzleitung14 verbundene Vorrichtung beobachtet diese relevanten vorbestimmten Stellen, um die in dem Wechselstromsignal12 übertragenen Daten10 mit einer Daten-Bit-Rate von 120 Hz zu detektieren und zu dekodieren. - Gemäß
1 ist die (einen gegatterten Oszillatior aufweisende) Tongeneratorschaltung16 mit der AC-Netzleitung14 verbunden, um die Ton-Bursts28 zu erzeugen. Vorzugsweise ist die Tongeneratorschaltung16 über induktive Komponenten17 , wie z. B. einen Transformator, elektrisch mit der AC-Netzleitung14 verbunden. Diese Anordnung unterstützt das Herausfiltern von Rauschen und anderer elektromagnetischer Interferenzen aus der AC-Netzleitung14 . Ein Leistungsverstärker19 kann verwendet werden, um die Ton-Burst-Signale28 zu verstärken, bevor sie in die AC-Netzleitung14 eingekoppelt werden. Die induktiven Komponenten17 sind vorzugsweise über den Leitungs-(L) und den neutralen (N) Strang der AC-Netzleitung14 angeschlossen. - Vorzugsweise ist die AC-Netzleitung
14 mit einer herkömmlichen Überspannungsschutzschaltung21 und einem Tiefpassfilter23 versehen, um zu verhindern, dass Hochfrequenzsignale stromaufwärts im AC-Stromnetz übertragen werden. - Gemäß
2 erzeugt die Tongeneratorschaltung16 ein Ton-Burst28 , das in das Wechselstromsignal12 eingegeben wird. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts28 in dem Wechselstromsignal12 zeigt einer Empfängervorrichtung an, ob ein erster Bit-Wert22 oder ein zweiter Bit-Wert26 übertragen wird. Bei dem hier vorliegenden Beispiel ist der erste Bit-Wert22 der Bit-Wert ”eins” und entspricht der Situation, dass ein Ton-Burst28 in dem Wechselstromsignal12 vorhanden ist. Der zweite Bit-Wert26 ist ”null” und entspricht dem Nichtvorhandensein eines Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal12 . - Die Ton-Bursts
28 werden üblicherweise derart erzeugt, dass sie im Vergleich zu dem Wechselstromsignal12 eine beträchtlich höhere Frequenz und eine beträchtlich niedrigere Amplitude haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Ton-Burst eine Frequenz von 9,8 kHz. Die Verwendung eines 9,8-kHz-Ton-Bursts bietet mehrere Vorteile. Erstens reduziert ein auf dieser Frequenz liegendes Ton-Burst ein Übersprechen zu benachbarten Tandem-Stromschaltungen, die gemeinsame Neutral-Stränge aufweisen. Zweitens liegt bei Verwendung dieses Systems für eine Gasentladungslampe ein Signal mit 9,8 kHz unter der Eigenschwingungsfrequenz eines typischen EMI-Filters für die Ballastschaltung. Zudem ist ein 9,8-kHz-Ton-Burst besser kompatibel mit herkömmlicher Hardware für Systeme mit Netzleitungs-Träger. - In
3 ist eine gegatterte Tongeneratorschaltung16A gezeigt. Die Tongeneratorschaltung16A ist dahingehend konzipiert, dass sie mit einem gepulsten Treibersignal18 (6 ) arbeitet (von diesem aktiviert wird). Die Tongeneratorschaltung16A empfängt das Treiber-(Aktivierungs-)Impulssignal18 von einer Treiberschaltung32 (1 ). Dies veranlasst eine Butterworth-Filteroszillatorschaltung16B zum Erzeugen eines Ton-Bursts, das anschließend durch den Leistungsverstärker19 verstärkt wird. Das Ton-Burst28 wird dann in die AC-Netzleitung14 eingekoppelt und dem Wechselstromsignal12 übergelegt. Vorzugsweise wird das gepulste Treibersignal18 derart synchronisiert, dass es Ton-Bursts nur an den vorbestimmten Stellen entlang des Zyklus des Wechselstromsignals erzeugt. Dies kann unter Verwendung einer herkömmlichen Nulldurchgangsdetektorschaltung29 (1 ) erfolgen, die elektrisch mit der AC-Netzleitung14 und mit der Treiberschaltung32 gekoppelt ist, um die Synchronisierfunktion zu leisten. Ein Beispiel einer herkömmlichen Nulldurchgangsdetektorschaltung, die in diesem Zusammenhang verwendet werden kann, ist in4(b) gezeigt und wird hier im Zusammenhang mit einer Systemdetektorschaltung beschrieben. Gemäß einer in1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Nulldurchgangsdetektor29 mit der AC-Netzleitung14 durch eine herkömmliche Vollweg-Brückengleichrichterschaltung31 und mit der Treiberschaltung32 durch eine Optoisolator-Schaltung33 verbunden. Ferner ist eine isolierte Stromquelle mit der Brückengleichrichterschaltung31 verbunden, um die Systemkomponenten mit Betriebsstrom zu versorgen. - Ferner kann es sich gemäß
1 bei der Treiberschaltung32 um einen Mikroprozessor handeln, der Kommunikationsports37 zum Empfangen von Daten10 von einer externen Quelle aufweist. Beispielsweise können die Kommunikationsports37 mit einer (nicht gezeigten) Dimmer-Fernsteuerschaltung verbunden sein, um Dimm-Befehle für stromabwärts auf der AC-Netzleitung14 angeschlossene Lampen-Lasten zu erhalten. Ferner kann die Treiberschaltung32 mit einen Stromerkennungs-Eingang41 versehen sein, der mit einem an die AC-Netzleitung angeschlossenen Stromtransformator39 verbunden ist. Der Stromerkennungs-Eingang41 kann zur Detektion des Wechselstromsignals verwendet werden, z. B. zwecks Synchronisierens des Betriebs des Systems mit bestimmten Phasenwinkeln oder anderen Parametern der Wellenform. - Nochmals gemäß
2 und gemäß7 befindet sich das Treibersignal18 in einem ersten Zustand oder einer ersten Form20 , wenn ein erster Bit-Wert22 übertragen wird, und es befindet sich in einem zweiten Zustand oder einer zweiten Form24 , wenn ein zweiter Bit-Wert26 übertragen wird. Bei dem hier erläuterten Beispiel handelt es sich bei dem ersten Zustand20 um einen Impuls20A und bei dem zweiten Zustand24A um das Nichtvorhandensein eines Impulses. Durch Übermittlung des ersten Zustands an die Tongeneratorschaltung16 wird die Tongeneratorschaltung16 aktiviert oder erregt, wodurch das Einbringen eines Ton-Bursts28 in das Wechselstromsignal12 veranlasst wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Form des Treibersignals18 nicht auf einen Impuls beschränkt ist. Es kann jede beliebige Form verwendet werden, sofern diese Form mittels einer Tongeneratorschaltung in ein Ton-Burst28 übersetzt werden kann. - Wie die graphische Darstellung in
2 zeigt, wird das Ton-Burst28 dem Wechselstromsignal12 übergelegt, wenn in dem Wechselstromsignal12 ein erster Bit-Wert22 , der in diesem Fall eins beträgt, übertragen wird. Die Ton-Bursts28 werden an gewissen vorbestimmten Stellen in das Wechselstromsignal12 eingeführt. Um dies zu erreichen, kann das Treibersignal18 derart synchronisiert werden, dass es die Tongeneratorschaltung16 aktiviert, wenn das Wechselstromsignal12 sich einer Referenzspannung34 nähert oder dieser gleich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Referenzspannung ein Nulldurchgang34A des Wechselstromsignals12 . Das Treibersignal18 kann jedoch auch derart synchronisiert werden, dass es die Tongeneratorschaltung16 bei sämtlichen vorgesehenen Referenzspannungen oder Sätzen von Referenzspannungen aktiviert. Diese Nulldurchgänge34A oder Durchgänge bei anderen gewünschten Referenzspannungen34 erfolgen bei vorbestimmten Phasenwinkeln36 in dem Wechselstromsignal12 . Somit kann jede Schaltung, die Information aus dem Wechselstromsignal extrahieren soll, diese Referenzspannungen34 ,34A oder diese vorbestimmten Phasenwinkel36 beobachten, um festzustellen, welcher Bit-Wert übertragen wird. - Wenn beispielsweise gemäß
2 ein Datenwert ”null” übertragen wird, ist in dem Wechselstromsignal12 kein Ton-Burst28 bei der Referenzspannung34 oder einem vorbestimmten Phasenwinkel36 vorhanden. Wenn jedoch eine ”Eins” übertragen wird, wird dem Wechselstromsignal12 ein Ton-Burst28 übergelegt. - Normalerweise ist eine Treiberschaltung
32 mit der Tongeneratorschaltung16 verbunden, um das Treibersignal18 zum Aktivieren der Tongeneratorschaltung16 zu erzeugen. Bei der Ausführungsform gemäß1 ist die Treiberschaltung32 zum Erzeugen von Impulsen20A konfiguriert. Die Treiberschaltung32 kann eine Hardware-Vorrichtung sein, welche die Daten10 empfängt und die Daten10 zu Impulsen20A (7 ) kodiert. Die Treiberschaltung32 kann jedoch auch als Mikroprozessor ausgebildet sein, der zum Empfangen der Daten10 und zum Kodieren der Daten zu Impulsen20A programmiert ist. - Gemäß
4(a) ,4(b) und5 kann das Kommunikationssystem1 eine Dekodierschaltung30 enthalten, die mit einer Empfängervorrichtung verbunden ist. Bei der Ausführungsform gemäß5 ist die Empfängervorrichtung eine elektronische Ballastschaltung58 , die eine Gasentladungslampe56 speist. Die Dekodierschaltung30 detektiert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Ton-Bursts28 , um festzustellen, welcher Bit-Wert 22,26 übertragen wird. In4(a) und4(b) sind zwei verschiedene Ausführungsformen einer Dekodierschaltung gezeigt. Bei der Dekodierschaltung gemäß4(a) sind einige der grundlegenden Komponenten zum Implementieren einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Dekodierschaltung gemäß4(b) ist eine bevorzugte Ausführungsform. - Um festzustellen, welcher Bit-Wert
22 oder26 übertragen wird, enthalten die Dekodierschaltungen gemäß4(a) und4(b) eine Filterschaltung38 zum Empfangen von Ton-Bursts28 und zum Isolieren der Ton-Bursts von dem Wechselstromsignal12 .4(b) zeigt die Filterschaltung38 als Betriebsverstärker-(”op-amp”)Bandpassfilter zum Extrahieren der Ton-Bursts28 . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Filter38 eine Mittenfrequenz von ungefähr 9.8 kHz. Vorzugsweise ist die Filterschaltung38 durch eine Pufferstufe60 (4(a) ) mit der AC-Netzleitung14 verbunden. - Eine Tondetektionsschaltung
40 ist mit der Filterschaltung38 verbunden. Die Tondetektionsschaltung40 erzeugt ein Hinweissignal42 zur Angabe, dass ein Ton-Burst28 in dem Wechselstromsignal12 vorhanden ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Tondetektionsschaltung40 eine Peak-Detektionsschaltung46 , die mit einem Ausgang47 der Filterschaltung38 verbunden ist. Die Peak-Detektionsschaltung46 arbeitet in herkömmlicher Weise dahingehend, dass sie eine Peak-Ausgabespannung aus der Filterschaltung38 detektiert. Falls kein Ton-Burst28 in dem Wechselstromsignal12 vorhanden ist, ist die Spannung an dem Ausgang der Peak-Detektionsschaltung46 niedrig. Falls jedoch ein Ton-Burst28 in dem Wechselstromsignal12 vorhanden ist, speichert die Peak-Detektionsschaltung46 die Peak-Spannung des Ton-Bursts28 . Eine Komparatorschaltung48 empfängt das Ausgangssignal49 von der Peak-Detektionsschaltung46 und vergleicht es mit einer Referenzspannung51 . - Die Komparatorschaltung
48 gibt ein Hinweissignal42 an den Komparator-Ausgang53 aus, falls die Peak-Ausgabespannung49 größer als die Referenzspannung51 oder dieser gleich ist. Die Referenzspannung51 wird derart gewählt, dass, falls ein Ton-Burst28 vorhanden ist, das Ausgangssignal49 aus der Peak-Detektionsschaltung46 größer ist als die Referenzspannung51 . In dieser Situation erzeugt die Komparatorschaltung48 das Hinweissignal42 . Falls die Peak-Ausgabespannung49 niedriger als die Referenzspannung51 , wird kein Hinweissignal42 ausgegeben. - Das Hinweissignal
42 wird an eine Impulsgeneratorschaltung44 angelegt, die Impulse45 erzeugt. Gemäß6 modifiziert die Impulsgeneratorschaltung44 die Länge eines der Impulse45 , wenn das Hinweissignal42 angibt, dass ein Ton-Burst28 vorhanden ist. Somit erzeugt bei dem in6 gezeigten Beispiel in dem Fall, dass eine Null übertragen wird, die Impulsgeneratorschaltung44 einen Impuls mit normaler Länge. Falls jedoch eine Eins übertragen wird, wird ein längerer Impuls45 ausgegeben. - Die Impulse
45 werden einer Empfängervorrichtung zugeführt, so dass die Vorrichtung die Information zum Durchführen einer bestimmten Funktion verwenden kann. Die Empfängervorrichtung kann einen Mikroprozessor enthalten, der eine Abfolge aus Einsen und Nullen als Laststeuerbefehle interpretiert. - Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erhält die Impulsgeneratorschaltung
44 das Wechselstromsignal12 in gleichgerichteter Form. Die Impulsgeneratorschaltung kann jedoch jeden mit dem Wechselstromsignal12 zusammenhängenden Signaltyp empfangen, einschließlich des Wechselstromsignals12 selbst. Ein gleichgerichtetes Vollweg-Wechselstrom-Eingangssignal55 ermöglicht jedoch der Impulsgeneratorschaltung44 das Erzeugen von Impulsen, die an oder nahe den Positiv-/Negativ- und Negativ-/Positiv-Nulldurchgängen des Wechselstromsignals12 liegen. - Gemäß
4(a) und4(b) enthält die Impulsgeneratorschaltung44 eine Peak-Detektorschaltung50 . Die Peak-Detektorschaltung50 empfängt das Wechselstrom-Eingangssignal55 und erzeugt eine Eingangssignal-Referenzspannung54 , die einer Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals55 proportional ist. Somit misst die Peak-Detektorschaltung50 die Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals55 und verwendet dann einen Spannungsteiler54A , um die Eingangssignal-Referenzspannung54 zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Eingangssignal-Referenzspannung54 relativ nahe an dem Nulldurchgang des Wechselstrom-Eingangssignals55 . Eine Komparatorschaltung52 empfängt die Eingangssignal-Referenzspannung54 und das Wechselstrom-Eingangssignal55 und vergleicht diese. Die Komparatorschaltung52 gibt einen Impuls45 aus, wenn das Wechselstrom-Eingangssignal55 unterhalb der Eingangssignal-Referenzspannung54 liegt. Wenn das Eingangssignal55 wieder oberhalb der Eingangssignal-Referenzspannung54 liegt, wird die Übertragung des Impulses45 gestoppt. - Die Komparatorschaltung
52 empfängt ferner das Hinweissignal42 . Wenn das Hinweissignal42 seitens der Komparatorschaltung52 empfangen wird, wird die Eingangssignal-Referenzspannung54 erhöht. Somit liegt die Größe des Wechselstrom-Eingangssignals55 während einer längeren Zeitdauer unterhalb der Größe der Eingangssignal-Referenzspannung54 . Dadurch wird einer der Impulse45 verlängert. Folglich wird, wenn ein Ton-Burst28 in dem Wechselstromsignal12 detektiert wird, ein längerer Impuls45 erzeigt. - In
6 sind die Daten10 durch die Länge der Impulse45 repräsentiert. Ein Datenwert ”null” entspricht dem normalen Impuls, während ein Datenwert ”eins” einem längeren Impuls entspricht. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Vorhandensein des Hinweissignals42 auch dazu verwendet werden könnte, die Referenzspannung54 zu verkleinern und dadurch die Länge des normalen Impulses zu verkürzen, falls die Schaltung, die diese Information empfängt, die Information besitzt, dass ein kürzerer Impuls eine Veränderung des Impulslängenwerts repräsentiert. - Gemäß
5 können die Impulse45 auch dazu ausgegeben werden, eine Vorrichtung zu steuern, die mit der AC-Netzleitung14 verbunden ist, wie z. B. eine Gasentladungslampe56A . Die Lampe56A wird aus einer elektronischen Ballastschaltung58 gespeist, die das Dimmen der Lampe56 steuern kann. Zur Übermittlung der Dimm-Steuersignale an die Ballastschaltung58 wird oft die AC-Netzleitung14 verwendet. Die Ballastschaltung58 enthält eine Dekodierschaltung30 , bei der es sich um einen Mikroprozessor handeln kann. Dieser Mikroprozessor empfängt die Folge von Impulsen45 und ist dahingehend programmiert, dass er die Impulse dekodiert, um das übermittelte Daten-Paket10 zu extrahieren. Auf diese Weise kann das gewünschte Dimm-Niveau der Lampe56 unter Verwendung der Netzleitung14 gesteuert werden. - Beispielsweise kann das gewünschte Dimm-Niveau kodiert werden, indem ein repetierendes Muster gleichmäßig verteilter Einsen und Nullen ausgegeben wird, wobei das Verhältnis von Einsen zu Nullen proportional zu der gewünschten Lampen-Helligkeit ist. Da die Einsen und Nullen gleichmäßig verteilt sind, kann das Dekodieren an beliebiger Stelle in dem Datenmuster beginnen. Das Dimm-Niveau wird dekodiert, indem die Anzahl von Einsen oder Nullen innerhalb einer Gruppe von Bits, die gleich dem Nenner ist, gezählt wird. Die gleichförmige Musterverteilung bewirkt, dass jede nachfolgende Gruppe von Bits das gleiche Ergebnis erbringt.
- Obwohl vorstehend bestimmte Ausführungsbeispiele eines gemäß der Erfindung vorgesehenen neuartigen und zweckmäßigen Systems und Verfahrens zur Kommunikation über Netzleitungsträger mittels Hochfrequenzton-Bursts beschrieben wurden, wird darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsbeispiele nicht im Sinne einer Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung zu interpretieren sind, der nur durch die folgenden Ansprüche definiert ist.
Claims (20)
- Verfahren zur Datenkommunikation auf einer Wechselstrom-Netzleitung, die ein Wechselstromsignal führt, umfassend: (a) Detektieren der Positiv-/Negativ- und der Negativ-/Positiv Nulldurchgänge des Wechselstromsignals, (b) in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten, periodisches Einführen eines Hochfrequenzsignals in die Wechselstrom-Netzleitung derart, dass dem Wechselstromsignal an den detektierten Nulldurchgängen Hochfrequenz-Ton-Bursts übergelegt werden, wobei die übertragenen Daten durch eine Folge erster und zweiter Bit-Werte repräsentiert werden; (c) Detektieren des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts in dem Wechselstromsignal; und (d) Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten; und dass das Dekodieren des detektierten Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins der Ton-Bursts zum Extrahieren der Daten ferner umfasst: Detektieren eines Nulldurchgangs des Wechselstromsignals; Feststellen, ob ein Ton-Burst an dem detektierten Nulldurchgang in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Erzeugen eines Hinweissignals, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; Übermitteln des Hinweissignals an eine Impulsgeneratorschaltung, die elektrische Impulse erzeugt; und Modifizieren der elektrischen Impulse, wenn die Impulsgeneratorschaltung das Hinweissignal empfängt, derart, dass ein modifizierter Impuls dem ersten Bit-Wert entspricht und ein unmodifizierter Impuls dem zweiten Bit-Wert entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Feststellens, ob ein Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist, umfasst: Filtern des Wechselstromsignals zum Extrahieren von Ton-Bursts aus dem Wechselstromsignal; Bestimmen eines Peak-Spannungswerts des gefilterten Wechselstromsignals; und Vergleichen des Peak-Spannungswerts mit einer Referenzspannung, wobei der Peak-Spannungswert größer als die Referenzspannung ist, wenn das Ton-Burst vorhanden ist, und kleiner als die Referenzspannung ist, wenn das Ton-Burst nicht vorhanden ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Impulsgeneratorschaltung jeden der Impulse mit einem vorbestimmten Phasenwinkel des Wechselstromssignals erzeugt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Impulsgeneratorschaltung aufweist: eine Peak-Detektorschaltung, die auf das Wechselstromssignal hin ein Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Peak-Detektorschaltung ein Ausgangssignal ausgibt, das einem Peak-Spannungswert des Wechselstrom-Eingangssignals proportional ist, und wobei das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung vergrößert wird, falls das Hinweissignal vorhanden ist; einen Komparator, der das Wechselstrom-Eingangssignal und das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung empfängt, und der das Hinweissignal empfängt, wenn ein Ton-Burst in dem Wechselstromssignal vorhanden ist, wobei der Komparator einen der Impulse erzeugt, solange das Wechselstrom-Eingangssignal unterhalb des Ausgangssignals der Peak-Detektorschaltung liegt.
- Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit dem Schritt des Gleichrichtens des Wechselstromssignals zum Erzeugen des Wechselstrom-Eingangssignals.
- System zur Datenkommunikation über ein Wechselstromsignal, mit: einer Wechselstrom-Netzleitung zum Übertragen des Wechselstromsignals; einem Nulldurchgangsdetektor, der elektrisch mit der Wechselstrom-Netzleitung gekoppelt ist; einer Treiberschaltung, die Treibersignale in Abhängigkeit von den detektierten Nulldurchgängen erzeugt; einer Tongeneratorschaltung, die an einer ersten Seite elektrisch mit der Wechselstrom-Netzleitung über die Treiberschaltung verbunden ist, wobei die Tongeneratorschaltung Hochfrequenz-Ton-Bursts erzeugt, die dem Wechselstromssignal an den detektierten Nulldurchgängen und in Mustern übergelegt werden, welche den zu übertragenden Daten entsprechen, wobei die übertragenden Daten durch erste und zweite Bit-Werte repräsentiert werden und induktive Komponenten, die mit einer zweiten Seite der Tongeneratorschaltung und der Wechselstrom-Netzleitung verbunden sind, einer Tondetektionsschaltung mit einer Impulsgeneratorschaltung, die elektrische Impulse in Abhängigkeit eines Hinweissignals erzeugt, und wobei die Tondetektorschaltung derart ausgelegt ist, dass – sie die Nulldurchgänge des Wechselstromsignals detektiert, – das Vorhandensein der Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal an den Nulldurchgängen detektiert, – ein Hinweissignal erzeugt, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist, – das Hinweissignal zu der Impulsgeneratorschaltung übermittelt, die elektrischen Impulse erzeugt und – den elektrischen Impuls modifiziert, wenn die Impulsgeneratorschalung das Hinweissignal empfängt, derart, dass ein modifizierter Impuls den ersten Bit-Wert entspricht und ein unmodifizierter Impuls den zweiten Bit-Wert entspricht.
- Verfahren zum Bestimmen von Daten-Bit-Werten, die auf einem über eine Wechselstrom-Netzleitung übertragenen Wechselstromssignal geführt werden, wobei das Verfahren umfasst: (a) Detektieren eines Nulldurchgangs eines Wechselstromsignals; (b) Feststellen, ob ein Ton-Burst in dem Wechselstromsignal an dem detektierten Nulldurchgang vorhanden ist; (c) Erzeugen eines Hinweissignals, falls das Ton-Burst in dem Wechselstromsignal vorhanden ist; (d) Übermitteln des Hinweissignals an eine Impulsgeneratorschaltung, die Impulse erzeugt; und (e) Modifizieren der Länge der Impulse, falls das Hinweissignal vorhanden ist, wobei ein unmodifizierter Impuls einem ersten Bit-Wert entspricht und ein modifizierter Impuls einem zweiten Bit-Wert entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Schritt (b) umfasst: Filtern des Wechselstromsignals zum Extrahieren der Ton-Bursts aus dem Wechselstromsignal; und Bestimmen eines Peak-Spannungswerts des gefilterten Wechselstromsignals.
- Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Schritt (c) ferner umfasst: Vergleichen des Peak-Spannungswerts des Wechselstromssignals mit einer Referenzspannung; und Erzeugen des Hinweissignals, falls der Peak-Wert gleich der Referenzspannung oder größer als diese ist.
- Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Schritt (e) ferner umfasst: Gleichrichten des Wechselstromssignals zum Erzeugen eines gleichgerichteten Wechselstromssignals; Detektieren eines Peak-Werts des gleichgerichteten Wechselstromssignals; Vergleichen eines Schwellenwerts mit einem Referenzwert, wobei der Schwellenwert dem Peak-Werts des Wechselstromssignals proportional ist; Vergrößern des Schwellenwerts, falls ein Hinweissignal vorhanden ist; und Erzeugen eines Impulses, wenn das Wechselstromssignal gleich dem Schwellenwertsignal oder kleiner als dieses ist.
- Vorrichtung zum Detektieren von Ton-Bursts, die einem Wechselstromssignal an Nulldurchgängen übergelegt sind, wobei die Ton-Bursts Lampensteuersignalen entsprechen, die über eine Wechselstrom-Netzleitung an eine Ballastschaltung übertragen werden, welche eine Gasentladungslampe speist, umfassend: eine Filterschaltung, die mit der AC-Netzleitung verbunden ist, um die Ton-Bursts aus dem Wechselstromssignal herauszufiltern; einer Detektorschaltung, die mit einem Ausgang der Filterschaltung verbunden ist, wobei die Detektorschaltung ein Hinweissignal erzeugt, welches das Vorhandensein der Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal an den Nulldurchgängen angibt; und eine Impulsgeneratorschaltung, die Impulse ausgibt, wobei die Impulsgeneratorschaltung derart geschaltet ist, dass sie das Hinweissignal von der Detektorschaltung empfängt, und dahingehend funktioniert, dass sie die Länge eines der Impulse modifiziert, wenn das Hinweissignal das Vorhandensein eines der Ton-Bursts detektiert.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Detektorschaltung ferner aufweist: eine Peak-Detektorschaltung, die mit einem Ausgang der Filterschaltung verbunden ist, wobei die Peak-Detektorschaltung dahingehend funktioniert, dass sie die Peak-Ausgabespannung aus der Filterschaltung detektiert; und eine Komparatorschaltung, die ein Ausgangssignal von der Peak-Detektorschaltung empfängt und das Ausgangssignal der Peak-Detektorschaltung mit einer Referenzspannung vergleicht, wobei die Komparatorschaltung einen Komparator-Ausgang aufweist, der ein Hinweissignal ausgibt, falls die Peak-Ausgabespannung größer als die Referenzspannung oder dieser gleich ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Impulsgeneratorschaltung ferner aufweist: Peak-Detektorschaltung, die ein zu dem Wechselstromssignal in Beziehung stehendes Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Peak-Detektorschaltung eine Eingangssignal-Referenzspannung erzeugt, die einer Peak-Spannung des Wechselstrom-Eingangssignals proportional ist; und eine Komparatorschaltung, welche die Eingangssignal-Referenzspannung, das Hinweissignal und das Wechselstrom-Eingangssignal empfängt, wobei die Komparatorschaltung das Wechselstrom-Eingangssignal mit der Eingangssignal-Referenzspannung vergleicht, wobei einer der Impulse so lange übertragen wird, wie das Wechselstrom-Eingangssignal gleich der Eingangssignal-Referenzspannung oder kleiner als diese ist, und wobei durch das Vorhandensein des Hinweissignals die Eingangssignal-Referenzspannung vergrößert wird und dadurch die Übertragung eines der Impulse verlängert wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Ballastschaltung die Lampe entsprechend einem durch die Impulse definierten Dimm-Steuersignal dimmt.
- Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Lampensteuersignale durch ein Muster aus Bit-Werten definiert sind und die Vorrichtung ferner eine Dekodierschaltung aufweist, welche die Bit-Werte entsprechend der Länge der Impulse bestimmt.
- Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Ballastschaltung die Lampe entsprechend den durch die Dekodierschaltung dekodierten Bit-Werten dimmt.
- Verfahren zum Übertragen eines Daten-Pakets mit Daten-Bits zu einer Vorrichtung, die Strom aus einem über eine Wechselstrom-Netzleitung übertragenen Wechselstromssignal erhält, umfassend: Abrufen der Daten-Bits aus dem Daten-Paket zur Übermittlung an die Vorrichtung; Detektieren Positiv-/Negativ- und Negativ-/Positiv-Nulldurchgänge eines Wechselstromsignals; Erzeugen eines Treibersignals, das eine mit der AC-Netzleitung verbundene Tongeneratorschaltung aktiviert, wobei das Treibersignal die Tongeneratorschaltung derart aktiviert, dass diese jedes Mal, wenn eines der Daten-Bits einen ersten Wert hat, ein Ton-Burst in dem Wechselstromssignal an den entsprechenden Nulldurchgang erzeugt, und jedes Mal, wenn eines der Daten-Bits einen zweiten Wert hat, die Tongeneratorschaltung nicht aktiviert; Empfangen des Wechselstromssignals; Bestimmen der Bit-Werte des Daten-Pakets entsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Ton-Bursts in dem Wechselstromssignal.
- Verfahren nach Anspruch 17, bei der die Vorrichtung eine Ballastschaltung aufweist, die eine Gasentladungslampe speist.
- Verfahren nach Anspruch 18, ferner mit dem Variieren des Dimm-Niveaus der Lampe entsprechend den Bit-Werten in dem Daten-Paket.
- Verfahren nach einem der Anspruch 17, bei dem das Treibersignal die Tongeneratorschaltung bei einem vorbestimmten Phasenwinkel des Wechselstromssignals aktiviert.
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