Способ передачи данных по линиям электропитания и устройство для его реализации
METHOD OF DATA TRANSMISSION ALONG POWER SUPPLY LINES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

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.
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.
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).
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.
Недостатком этого способа является необходимость прерывания напряжения питания, что нежелательно или недопустимо для питания некоторых потребителей электрической энергии.
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.
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.
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).
Задача, которая решается в изобретении относительно способа, направлена на повышение скорости передачи данных путем обеспечения передачи одного бита информации каждой полуволной питающего напряжения.
Требуемый технический результат относительно предложенного способа заключается в повышении скорости передачи данных.
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.
Сущность предложенного способа сохраняется при изменении логики передаваемой информации на противоположную, т.е. при замене логических нулей логическими единицами и наоборот.
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.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая скорость передачи данных, обусловленная тем, что для передачи одного бита информации используется две полуволны питающего напряжения.
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.
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).
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.
Требуемый технический результат относительно предложенного устройства заключается в повышении скорости передачи данных.
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.
На иллюстрирующих изображениях представлены: на фиг. 1 - временная диаграмма управляющих сигналов и модулированного питающего напряжения по заявляемому способу (модулированные полуволны выделены штриховкой);
на фиг. 2 - таблица кодирования при модуляции по заявляемому способу;
на фиг. 3 - таблица декодирования при демодуляции по заявляемому способу;
на фиг. 4 - функциональная схема устройства для реализации предложенного способа передачи данных по линиям электропитания;
на фиг. 5 - пример реализации блока модуляции;
на фиг. 6 - временная диаграмма сигналов блока модуляции;
на фиг. 7 - пример реализации блока демодуляции;
на фиг. 8 - временная диаграмма сигналов блока демодуляции;
на фиг. 9 - пример реализации блока модуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства;
на фиг. 10 - временная диаграмма детектирования перехода полуволн питающего напряжения через ноль для блока модуляции на основе программируемого микропроцессорного устройства;
на фиг. 11 - пример реализации алгоритма кодера, входящего в блок модуляции;
на фиг. 12 - пример реализации блока демодуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства;
на фиг. 13 - временная диаграмма детектирования перехода полуволн питающего напряжения через ноль для блока демодуляции на основе программируемого микропроцессорного устройства;
на фиг. 14 - пример реализации алгоритма детектора модуляции, входящего в блок демодуляции.
Предложенный способ реализуется следующим образом.
Пока нет передачи данных, модуляция отключена и такое состояние декодируется как непрерывная последовательность логических нулей.
Первая модулированная полуволна согласно способу и устройству для его реализации декодируется как логическая единица и является стартовым битом при передаче данных.
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.
После завершения передачи пакета данных модуляция выключается.
В примере реализации, показанном на фиг. 1, величина модуляции соответствует уменьшению модулированной полуволны относительно немодулированной полуволны.
Сущность предложенного способа сохраняется, если величина модуляции соответствует увеличению модулированной полуволны относительно немодулированной полуволны.
Сущность предложенного способа сохраняется также при изменении логики передаваемой информации на противоположную, т.е. при замене логических нулей логическими единицами и наоборот.
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.
Блок 1 модуляции содержит (фиг. 5) трансформатор 3, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока 1 модуляции.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
На фиг. 9 приведен пример осуществления блока модуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства.
Блок модуляции содержит (фиг. 9) трансформатор 3, первая и вторая клеммы входной обмотки которого являются первой и второй входными клеммами блока 1 модуляции.
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.
Блок 1 модуляции содержит также инвертор 6 управляющего сигнала, входная клемма которого соединена с выходом формирователя 7 управляющего сигнала.
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.
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.
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.
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.
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.
На фиг. 12 приведен пример осуществления блока демодуляции с использованием программируемого микропроцессорного устройства.
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.
Микропроцессорное устройство 34 блока демодуляции содержит также детектор модуляции 36, первый вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 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.
Алгоритм работы детектора модуляции 36 представлен на фиг. 14. В блок-схеме алгоритма использованы следующие внутренние переменные и константы:
US (блоки 41, 43, 47, 48, 51) - результат определения величины текущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла от текущей полуволны);
USP (блоки 39, 47, 48, 51) - результат определения величины предыдущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла от предыдущей полуволны);
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;
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.
t (блоки 41, 42, 44) - реальное время по таймеру микропроцессорного устройства;
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;
dM (блок 48) - константа, определяющая пороговое значение при сравнении величин текущей и предыдущей полуволны питающего напряжения;
Определение величины текущей полуволны питающего напряжения (вычисление интеграла) осуществляется методом суммирования отсчетов в блоках 40-43 на фиг. 14.
Блоки 46 и 47 обеспечивают инициализацию переменной USP после первой интегрированной полуволны.
Синхронизация алгоритма с полупериодами питающего напряжения осуществляется в блоке 40 с помощью функции прерывания по изменению состояния сигнала UFB на порте ввода-вывода.
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.
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.