摘要：针对电力线载波通讯技能节点本钱高，切相调光技能线路谐波搅扰大，且无法定位寻址操控的缺陷，经过提出一种对沟通电进行数字编码的操控办法，使用高压功率驱动器材对沟通电的正负半波的后沿进行数字脉冲编码，每个半波编一个编码位，完成电力线传输数字操控信号的意图。本文供给了操控器的编码及接纳端的解码硬件电路及软件解码办法。本文的技能可使用于室内照明调光的可寻址操控。
0 导言
现在大都修建仍选用手动开关的照明操控办法，办理办法落后，简略形成动力糟蹋。在原有供电体系上规划独立的智能照明操控体系，改动传统的照明操控办法，能够更科学、有用地办理照明用电。在电力线通讯技能领域，如选用电力线载波通讯的办法，即经过在电力线上调制高频载波信号完成设备间的信息传输和操控，这样每个设备节点装备的高频调制操控电路较为杂乱，元件数量多，需求较高的本钱。在商业和家庭照明灯具操控方面，现在市场上灯具操控网络多选用专用操控线路进行衔接，这样也增加了体系的布线本钱。选用无线操控网络的体系，每个操控节点的元件本钱也较高。选用电力线进行照明调光，大都选用前沿或后沿的切相操控，切相调光对电网发生较高的继续谐波搅扰，并且只能完成一组设备的共同调光操控，无法完成对单一个别设备的准确寻址操控或完成调光调色的数字化操控。
本文供给了一种沟通正弦波数字编码操控办法，使用高压功率驱动器材对沟通电的正负半波的后沿进行数字脉冲编码，每个半波编一个数字位，完成沟通电力线传输数字操控信号。本计划只需在操控的时分进行切相编码，当发送完操控指令后，康复本来完好的正弦波信号，既处理了数字化准确操控，又处理了线路的谐波搅扰问题。
1 沟通电数字编码办法
组成一个操控单元最少由一个操控器和一个受控设备组成，操控器依据操控指令，对沟通电输入端的后沿进行脉冲编码，一帧数字编码由开端位、地址、数据、校验和中止位编码组成。
沟通电正弦波频率50Hz，使用正负半周进行编码，每秒能够界说100个编码位，在一些简略数字操控使用中，尽量缩短一帧数据的长度，以进步设备的呼应速度。本文选用的编码计划为一帧数据由19个编码位组成，其间1个开端位、8个地址位、8个数据位、1个奇校验位、1个中止位。一帧数据的长度为 190ms，每秒能够发送5帧操控信号，可满意室内照明调光的操控需求。因为编码和解码的通讯进程为单向通讯，受控设备没有应对信号回来给操控器，所以信号传输的牢靠性特别重要。
本文考虑负载端受控设备输入端容性和理性对沟通正弦波波形的影响，以较宽的脉冲宽度来界说编码位的脉冲宽度，以使得受控设备得到安稳牢靠的复原信号。这儿以沟通脉冲编码过零点作为时刻参阅起点，以过零后T0时刻开端编码，T0取值8.0ms，“开端位”为500μs低电平和500μs高电平;位“0”为 250μs低电平和250μs高电平;位“1”为250μs低电平和500μs高电平;“中止位”为完好的正弦半波。一个编码位的波形如图1，各编码位的时刻参数如表1。
如图2是一帧数据的波形示意图。包含1位开端位“Sbit”，8位地址位“A0-A7”，8位数据位“D0-D7”，1位奇校验位“Cbit”，1位中止位“Ebit”。受控设备只接纳与自身地址相同的数据或播送数据。这样，操控器能够对某个特定地址的受控设备进行准确操控。
2 操控器编码电路硬件规划
操控器的中心电路由微处理器电路、过零检测电路和电压驱动操控电路组成。操控中心由高速微处理器U1操控，操控信号输出以沟通电压的过零点作为时刻参阅，如图3所示，由B1、R1、U2、R3组成的过零检测电路，当输入沟通电压高于20V时，光耦U2导通，INT0为高电平，当输入沟通电压低于20V时，光耦U2截止，INT0为低电平，触发微处理器的守时器计数。微处理器U1可经过UART串口接纳上位机的指令，依据编码办法，经过编码电路向受控设备发送指令。也能够经过微处理器U1接纳操控按键信息，依据按键的功用界说进行相应的操控。
如图3所示，由整流桥B2、MOS管Q1以及Q2、Q3、Q4、D3、R4、R5、R6、R7、R8组成的MOS驱动电路，其间三极管Q2、Q3、Q4组成开关驱动，为Q1供给+15V和0V的开关电平。编码电路经过注册或封闭场效应管Q1来完成对受控设备的指令编码。当微处理器的P11口输出低电平时，Q3、Q4截止，Q2导通，场效应管Q1的栅极(G)施加了+15V电压，Q1导通，输入端的沟通电经过Q1输出到受控设备。当P11口输出高电平时，Q4、Q3导通，Q2截止，场效应管Q1的栅极(G)经过R6被接到低电平GND，Q1截止，截断了受控设备端沟通电压。电路中D3对Q1起维护栅极效果。微处理器经过读取负载电阻R8上的电压值，计算出负载电流，能够对负载的过流和短路进行维护处理。
3 操控器编码电路软件规划
关于本体系中的操控器，因为是充任电力和信号供给的人物，则只供给发送指令功用。操控器中单片机的首要完成以下功用和关键技能：经过串口接纳用户指令、检测过零信号、对电力线进行编码。
3.1 串口接纳用户指令
当串口接纳到指令后，单片时机进入接纳中止，因为会收到多条指令，需求建立一个指令缓冲区存储未被处理的指令。串口中止处理程序完成后，依据指令是否有用，假如有用则给上位机发送呼应信息，并将有用指令编码成数据字节，放入发送缓冲区等候主程序进行检测发送。
3.2 过零信号检测
依据电力线的数字传输，需求准确的时刻点进行编码，便于下位机对电力线上的编码进行准确辨认。因而，操控器单片机需检测电力线的每一次过零信号，使得后续的编码信号有一个时刻参阅点。参阅图3，过零检测信号衔接到单片机的中止输入接口“int0”，过零检测信号电平波形如图4的“Vint”，从图中可知，“Vint”信号下降沿开端到“Vint”变高的t0时刻的中点为过零点。
3.3 电力线编码
依据表1的编码规矩，每个数字位的编码耗时约2ms。关于50Hz沟通电信号则从过零点开端8ms的时刻开端进行编码。一帧数据包含开端位、8位地址位、 8位数据位、1位校验位和中止位。当新的一帧数据需求发送时，先发送一位开端位，然后每个电力正弦波半周期发送1位(Bit)数据，低位在先。每一次发送 1位完成后，数据字节右移，直至地址和数据字节发送完成后，最终发送校验位和中止位。如图4的“Vout”为电力信号经过编码后的输出波形图。
4 受控设备解码电路硬件规划
受控设备经过过零检测电路复原上位机的指令信息。每帧指令信息包含开端位、地址、数据、奇校验位和中止位。受控设备接纳归于本机地址相匹配的操控信息，并依据指令协议所界说的功用做出相应的操控。
图5为受控设备的过零信号检测电路，各元件的参数需求与操控器的过零检测电路元件参数共同。因为一切的受控设备的电源输入端并联一同接在操控器的输出端，为了削减受控设备电源输入线路的容性对操控编码脉冲上升沿的影响，受控设备电源输入端需求削减输入端%&&&&&%。图5是一种受控设备的电源计划，电源输入两头衔接压敏电阻VR，避免高压的影响，共模电感L1有利于消除EMC搅扰信号，经过桥堆B3整流后由C1滤波，AC/DC阻隔开关电源的输出级作业电压Vdd 和操控逻辑电路作业电压Vcc。微处理器经过INT0接口接纳操控器的指令，并对接纳的操控信号进行解码，依据通讯协议的规则对后级进行功用操控。图6为受控设备输入端电压Vin波形和经过过零检测电路后在INT0端的电压Vo波形图。
5 受控设备解码电路软件规划
在实践使用中，受控设备于体系中担任接纳操控信号，对信号进行解码并履行指令的对应操控。如图6所示的“Vo”波形图为经过过零检测电路后“int0”端口的波形，依据AC220V/50Hz电力体系的使用参数。本编码办法首要体现在凹凸电平继续时刻，因而解码需求用到一个守时/计数器及一个外部中止IO 口，以判别此位数据是何种类型。
一个不经过削波编码的完好正弦波的过零信号是一个宽度约为1.9—2.1ms的低电平，而一帧数据的开端位为宽度0.4—0.6ms的低电平和0.4— 0.6ms的高电平;一个数据位“0”为宽度0.15—0.35ms的低电平和0.15-0.35ms的高电平;一个数据位“1”为宽度0.1 5—0.35ms的低电平和0.4-0.6ms的高电平。程序上，当收到一个正确的开端位后，开端接纳17bit的数据和一个中止位，第17bit对2字节数据进行奇偶校验，假如校验正确，则判别接纳到正确的一帧数据。当地址与本机地址相符合，则依据协议履行呼应操控。
6 使用
在室内照明操控体系中，数字可寻址照明接口(DALI)技能使用双线操控总线对6 4个独立地址的照明灯具进行智能化操控，包含对灯具进行最多1 6个分组、和界说最多1 6个照明场景。每帧数据由1个字节的地址和1个字节的数据组成，选用本文的沟通电数字编码技能，把DALI操控信号经过调光操控器转换成电力线调制的数字化沟通供电操控合一的操控信号，能够简化体系布线，十分合适室内照明体系的使用。如下图7是照明操控体系中，DALI体系转换成电力线数字操控体系的使用结构，经过两条沟通供电电缆完成了照明灯具的准确定位调光调色操控。
7 定论
本文介绍了一种对沟通电进行数字编码的操控办法，经过高压功率驱动器材对沟通电的正负半波的后沿进行数字脉冲编码，完成电力线传输数字操控信号的意图，在室内调光体系使用中，简化了体系布线，削减谐波搅扰，完成了可准确寻址的调光调色操控。
