一种用于建筑物内进行载波数据传输的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种利用建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道(冷、热水管、煤气管道、自来水管、铸铁排水管等)以及配电线路的零线、地线中间的任意组合作为用于建筑物内进行载波数据传输的装置。主要用于建筑物内各种固定监测节点之间进行数据传输之用。本实用新型专利技术包括载波收发信机(1.1)、接口耦合电路(1.2)和载波信道(1.3)三部分组成。和传统的电力线载波通信方法相比，本实用新型专利技术所揭示的方法不用将载波信号加载到存在非安全电压而且充满干扰和噪声的相线(火线)上，极大的提升了通信性能和安全性；而且可以利用建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道等载体，极大的扩展了载波通信应用的灵活性。

A Device for Carrier Data Transmission in Buildings

【技术实现步骤摘要】
一种用于建筑物内进行载波数据传输的装置
本技术涉及载波通信领域，特别是涉及一种应用于建筑物内的载波通信装置。
技术介绍
电力线载波通信(PLC，PowerlineCommunication)是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，主要用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输。电力线路是为输送50Hz强电设计的，机械强度高，传输可靠；电力线载波通信可复用现有的电力线路进行通信，不需要重新架设线缆，只要有电线，就能进行数据传递，减少了通信线路建设的基建投资和日常维护费用，在电力系统中占有重要地位。在电力线载波通信中，通常将载波信号耦合到火线(相线)和零线(中性线)之间。由于火线和零线之间连接有大量的用电设备，特别是用电高峰的时候，会形成巨大的噪声和特别重的负载；一则噪声会对载波信号的接收造成大的干扰，二则重的负载对耦合到线路上的载波信号会形成特别大的吸收。这也是通常的电力线载波通信数据速率/传输距离受限，不同时间段传输效果差异巨大的主要原因。随着物联网应用的快速发展，在建筑物内部有越来越多的节点有了联网的需求，而目前的电力线载波通信技术由于受到用电负荷、干扰和衰减的影响，信号传输的覆盖范围、速度和可靠性受到极大的限制，并不适合构建广泛满足建筑物内部互联的网络。另外一种适用于建筑物内节点间联网的方式是无线通信，目前的无线通信技术中性能最高的是LORA方式，但根据实测结果，在300bps的通信速率下，在建筑物内部也仅仅穿透5～6层楼。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，并结合现代建筑物里的实际应用场景，本专利技术扩展了载波通信的应用领域，利用建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道(冷、热水管、煤气管道、自来水管、铸铁排水管等)以及配电线路的零线、地线中间的任意组合作为通信线路。其中包括零线/地线组合，零线/金属桥架组合，地线/金属桥架组合，零线/金属管道组合，地线/金属管道组合，金属桥架/金属管道组合，不同类型的金属管道组合，包括且不仅限于上述组合方式。为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种用于建筑物内进行载波数据传输的装置，包括接口耦合电路、载波收发信机和载波信道三部分组成：所述载波收发信机经由所述接口耦合电路连接至所述载波信道；所述载波信道由建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道、配电线路的零线、配电线路的地线中间的任意两个的组合所构成。可选地，所述载波收发信机的载波频率介于5KHz～68MHz之间。可选地，所述接口耦合电路包含耦合变压器、电感和电容，所述电感和所述电容与所述耦合变压器中连接所述载波信道的线圈串联，所述电感和所述电容谐振于系统所采用的通信频段的中心频率。更可选地，所述载波收发信机包括接口电路、载波信号发射机、载波信号接收机及收发转换电路；所述载波信号发射机连接于所述接口电路的输出端；所述载波信号接收机连接于所述接口电路的输入端；所述收发转换电路连接所述接口电路的输出端、所述载波信号发射机的输出端及所述载波信号接收机的输入端，以实现收发信号的转换。更可选地，所述接口电路采用两线制的UART通用异步串行接口或者三线/四线制的SPI串行外设接口。更可选地，所述载波信号发射机和所述载波信号接收机采用半双工方式，由所述收发转换电路根据所述接口电路给出的控制信号选择将所述载波信号发射机或所述载波信号接收机切换连接至信号输入/输出正端子以及信号输入/输出负端子。由于上述组合方式形成的通信信道，不受到或者更少受到用电负载变化以及噪声的影响；所以将载波信号加载到上述组合方式形成的通信信道时，在接收端接收到的信号可以得到更高的信号信噪比，这也就意味着更高的信道容量、更低的误码率、更佳的通信可靠性和更远的传输距离。根据上述方式构建的载波通信信道，在实际现场测试中表现出了远远超出传统电力线载波通信以及LORA无线通信方式的性能：19.2Kbps通信速率下，采用零线/地线组合方式下，点对点通信能力可以轻松穿透15层楼；中央空调进水管/中央空调出水管组合方式下更可以轻松穿透30层楼。而用作对比的相同输出功率的传统电力线载波技术在330bps通信速率下仅仅能穿透3层楼；用作对比的LORA无线通信方式在330bps通信速率下仅仅能穿透5～6层楼。附图说明图1是本技术的基本框图。图2是载波收发信机(1.1)示意图。图3-1，图3-2，图3-3是接口耦合电路(1.2)的三种实现方式。具体实施方式具体来说，如图1所示，载波收发信机(1.1)通过接口电路(UART或者SPI接口)和微处理器相连接，以便于微处理器控制载波收发信机的工作状态以及向载波收发信机发送及读取数据。载波收发信机(1.1)具备两个信号输入/输出端子，这两个端子连接至接口耦合电路(1.2)的端子1和端子2，接口耦合电路(1.2)的端子3和端子4分别连接载波信道(1.3)，载波信道由建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道(冷、热水管、煤气管道、自来水管、铸铁排水管等)以及配电线路的零线、地线中间的任意两种组成。当一台载波收发信机发送信号时，连接在相同回路中的其他载波收发信机即可接收到相应的信息。由于本技术所揭示的方法不用将载波信号加载到存在非安全电压而且充满干扰和噪声的相线(火线)上，极大的提升了通信性能和安全性；而且可以利用建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道等载体，极大的扩展了载波通信应用的灵活性。图2揭示了载波收发信机的基本结构，由接口电路(1.1.1)、载波信号发射机(1.1.2)、载波信号接收机(1.1.3)和收发转换电路(1.1.4)四个部分组成。具体来说，接口电路(1.1.1)采用两线制的UART通用异步串行接口或者三线/四线制的SPI串行外设接口。载波信号发射机(1.1.2)和载波信号接收机(1.1.3)采用半双工方式工作，由收发转换电路(1.1.4)根据接口电路(1.1.1)给出的控制信号选择将载波信号发射机(1.1.2)工作还是载波信号接收机(1.1.3)切换连接至信号输入/输出正端子以及信号输入/输出负端子。载波信号发射机(1.1.2)和载波信号接收机(1.1.3)工作在各国允许的通信频段(5KHz～68MHz)，调制方式包括ASK/OOK/FSK/GFSK/MSK/GMSK/PSK/QPSK/O-QPSK/Chirp/QAM/OFDM等多种方式。图3-1，图3-2，图3-3揭示了三种不同了类型的接口耦合电路(1.2)。其共同点在于：由一个信号隔离变压器用于完成载波信号从本机到所采用的信道物理介质之间的电气隔离，一方面可以提升系统的安全性，另一方面降低了共模干扰对系统性能的负面影响。在信号隔离变压器和端子3/端子4之间插入了一组或两组电感L、电容C组成的串联谐振网络，用于从信道物理介质上选择本系统所采用的通信频段，L和C的选取方法为：其中f为本系统所采用通信频段的中心频率，单位为赫兹，L为电感量，单位为亨利，C为电容量，单位为法拉。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建筑物内进行载波数据传输的装置，包括接口耦合电路(1.2)、载波收发信机(1.1)和载波信道(1.3)三部分组成，其特征在于：所述载波收发信机(1.1)经由所述接口耦合电路(1.2)连接至所述载波信道(1.3)；所述载波信道(1.3)由建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道、配电线路的零线、配电线路的地线中间的任意两个的组合所构成。

【技术特征摘要】
1.一种用于建筑物内进行载波数据传输的装置，包括接口耦合电路(1.2)、载波收发信机(1.1)和载波信道(1.3)三部分组成，其特征在于：所述载波收发信机(1.1)经由所述接口耦合电路(1.2)连接至所述载波信道(1.3)；所述载波信道(1.3)由建筑物中广泛存在的金属桥架、金属管道、配电线路的零线、配电线路的地线中间的任意两个的组合所构成。2.根据权利要求1所述的用于建筑物内进行载波数据传输的装置，其特征在于：所述载波收发信机(1.1)的载波频率介于5KHz～68MHz之间。3.根据权利要求1所述的用于建筑物内进行载波数据传输的装置，其特征在于：所述接口耦合电路(1.2)包含耦合变压器(B)、电感(L)和电容(C)，所述电感(L)和所述电容(C)与所述耦合变压器中连接所述载波信道的线圈串联，所述电感(L)和所述电容(C)谐振于系统所采用的通信频段的中心频率。4.根据权利要求1或2所述的用于建筑物内进行载波数据传输的装置，其特征在于：所述载波收发信机(1.1)包括接口电路(1.1.1)、载波信号发射机(1....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋朝盛，
申请(专利权)人：上海盐巴信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31