CN102497220A - 一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，它包括有电力线路、通过插座安装连接在电力线路上的末端信号发送装置和首端信号接收装置；一种基于灵活交流信号的通信方法，其步骤为，1）发端检测线路是否承载信息；2）发端加载信息至电压波形上；3）收端检测线路是否携带信息；4）收端翻译信息并进行响应。相对于专线通信线路，本发明无需重新布线，适合于再改造，相比传统呼叫系统及电力载波呼叫系统要简单易行，同时可以最大限度地消减背景噪声对呼叫信号的干扰；相对于无线通信，本发明可靠性强，不会对其他设备带来干扰。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是一种电力线路工频电压波形进行通信的装置和方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，作为第三产业的服务业正在大力兴起，为了保证良好的服务质量，实现较高的服务效率，很多服务行业中都会用到呼叫系统，例如，医院、餐厅及KTV等服务场所。因此呼叫系统的有无以及好坏，对人们的生活质量会产生很大影响，有时甚至会危及人们的生命，一个好的呼叫系统具有广泛的社会意义与重大的实用价值。
传统的呼叫系统普遍采用专用线路传输方式，但由于其布线安装繁琐，维护不便，因此造成其性价比很低。
由于传统呼叫系统的种种局限，出现了无线式呼叫系统，其通过无线信号发射模块发出呼叫信号传输至信息处理中心，经处理后发送至大屏幕显示板，无线式呼叫系统虽然不存在布线问题，但它的可靠性差，而且无线电波会给其他设备带来干扰，尤其在医院中，有时会危及到人的生命，所以目前无线呼叫系统的使用也受到限制。
基于上述情况，近年来有学者提出了基于电力线载波技术的呼叫系统。低压电力线载波通信（power line communication，PLC）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，其最大特点是不需要重新架设传输网络，只要有电线，就能进行数据传递。但由于低压配电网直接面向用户，这一固有的特点使其通信环境极其恶劣，如：负荷情况复杂，噪声干扰强且具有时变性，信号衰减大，信道容量小等。因此，要实现高性能的低压电力线载波通信有相当大的困难。
发明内容
本发明的一个目的就是提供一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，它利用现有电力线路进行通信，简单可靠，不需要重新加高传输网络。
本发明的这个目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有电力线路、通过插座安装连接在电力线路上的末端信号发送装置和首端信号接收装置；
末端信号发送装置，将呼叫发送端的地址信号加载到电力线路中的工频电压波形之中；
首端信号接收装置，用于检测电力线路中的电压波形所承载的信号，并将信号转换为使用者读取的信息。
进一步，所述末端信号发送装置包括有晶闸管装置、晶闸管控制器和电压检测装置，晶闸控制器用于控制晶闸管装置的导通，向线路发出信号，电压检测装置对端口电压进行实时检测及处理，判断线路上是否已承载信息。
进一步，所述首端信号接收装置包括有核心控制器、显示装置和电压检测装置，电压检测装置通过插座与电力线路连接，核心控制器用于接收电压检测装置检测到的数据，并实现信号提取、转换和译码，将译码后的信息发送至显示装置，驱动显示装置进行显示。
本发明的另一个目的就是提供一种基于灵活交流信号的通信方法，它通信原理简单，实用可靠。
本发明的这个目的是通过这样的技术方案实现的，其步骤如下：
1）末端信号发送装置通过电压检测装置检测电力线路上是否有承载有信息，若电力线路承载有信息传送，则末端信号发送装置延迟预设时间T再进行检测，电力线路上没有承载信息传送，则转入步骤2）；
2）末端信号发送装置通过控制晶闸管装置的导通将发送端的地址信息加载到电力线路工频电压波形之中；
3）首端信号接收装置通过电压检测装置检测电力线路上的电压波形信息，并对电压波形信息进行提取、转换和译码，若电压波形上没有承载信息，则继续对电力线路进行检测，若电压波形上承载了信息，则转入步骤4）；
4）将电力线路所携带的发送端地址信息通过显示器显示出来，同时发出音频信号通知工作人员进行接收，完成通信过程。
进一步，步骤1）中所述预设时间T为每次发信号时二进制码所对应的时长。
进一步，末端信号发送装置和首端信号接收装置检测电力线路是否承载有信息的方法为：末端信号发送装置将所需发送的信息转换为二进制信息字符串，在每串二进制信息字符串之前加入首码，首码设置为“1”，，电压检测装置检测到二进制码“1”则电力线路上承载有信息，反之则电力线路上没有承载信息。
进一步，末端信号发送装置是将二进制字符串信息加载在工频电压波形中并进行传输的方法为：末端信号发送装置通过在末端控制晶闸管装置的通断将电源在电压过零点前的一小段时间里进行短路，进而造成电压波形的失真，以两个工频周期为一个单位，每一个单位中的其中一个周期里进行，从而形成一有一无的状态，利用信号接收与检测装置将相邻的两个工频周期信号进行相减，从而会得到一个频率稍高的信号，以此来表示二进制数字“1”，一个单位中的两个周期均无短路信号，则相减后无标识信号出现，以此来表示二进制数字“0”。每个单位可表示一位二进制码，连续几个周期进行信号调制，则可产生多位二进制码。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
相对于专线通信线路，本发明无需重新布线，适合于再改造，相比传统呼叫系统及电力载波呼叫系统要简单易行，同时可以最大限度地消减背景噪声对呼叫信号的干扰。
相对于无线通信，本发明可靠性强，不会对其他设备带来干扰。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为电压波形承载信息原理图；
图2为二进制信号编码的结构示意图；
图3为呼叫系统结构示意图；
图4为末端信号发送装置结构示意图；
图5为首端信号接收装置结构示意图；
图6为本发明通信方法流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
该呼叫系统采用一种灵活交流信号技术来得以实现，其核心思想是利用电网电压波形的畸变来携带信息。以低压配电线路作为通信信号的载体,通过在末端信号发送装置控制晶闸管的导通，将信号在电压过零点附近叠加在基波电压上，在首端信号接收装置对电压波形中包含的信号进行识别，并且在识别的基础上对信号源进行定位，以此来实现末端对首端的呼叫功能。
如图1所示，灵活交流信号技术的具体实施方案是指在不影响电能质量的前提下，通过在首端控制晶闸管的通断将电源在电压过零点前的一小段时间里进行短路，进而造成电压波形的失真。以两个工频周期为一个单位，将前述过程在每一个单位中的其中一个周期里进行，从而形成一有一无的状态，利用信号接收与检测装置将相邻的两个工频周期信号（即一个单位）进行相减，从而会得到一个频率稍高的信号，以此来表示二进制数字“1”，如图1中的第3与第4周期。如果一个单位中的两个周期均无短路信号，则相减后无标识信号出现，以此来表示二进制数字“0”，如图1中的第1与第2周期。每个单位可表示一位二进制码，连续几个周期进行信号调制，则可产生多位二进制码，从而可对应表示多个不同的终端号，例如8位二进制码最多可表示28个终端号。
为了便于对信号码进行识别，将二进制编码的首位作为信号传入的标码位，本发明中称其为“首码”，其不作为数据位进行译码，将其始终设置为“1”，当检测到首码出现时说明有信号发出。一个包含8位数据位及一位首码位的二进制串如图2所示，其最多可表示28个终端号，在实际运用时可根据终端的多少来增减数据位的长度。
代表二进制数字“1”的有用信号是相邻两周期电压波形信号相减后得到的，由于两相邻周期相隔时间极短，相减后会消除背景噪声对有用信号的干扰，这是本方法的突出优点所在。
如图3所示，一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，它包括有电力线路、通过插座安装连接在电力线路上的末端信号发送装置和首端信号接收装置；
末端信号发送装置，将呼叫发送端的地址信号加载到电力线路中的工频电压波形之中；
首端信号接收装置，用于检测电力线路中的电压波形所承载的信号，并将信号转换为供使用者读取的信息。
如图4所示，所述末端信号发送装置包括有晶闸管装置、晶闸管控制器和电压检测装置，电压检测装置通过插座与电力线路连接，控制器一方面用来控制晶闸管的导通，以此向线路发出信号；另一方面，在电压检测装置的配合下对端口电压进行实时检测及处理，提取编码为“1”的首码，若检测到有首码出现，则将其相应的标志位设定为“1”，并延续一小段时间，此段时间可固定为二进制码所占用的时间T，例如，图2中的二进制码所对应的时间为T=0.36s，标志位可由控制器中寄存器的某一位来充当。
当有呼叫请求时，呼叫者可以启动信号发送装置，首先访问控制器中寄存器的标志位，若标志位为“0”，则说明此时线路中没有承载信号，通过控制晶闸管的导通，将本末端对应的地址编码信号传入线路中；若标志位为“1”，则说明此时线路中承载有信号，延时Ts后继续对标志位进行识别，判别依据与前述过程相同。
如图5所示，所述首端信号接收装置包括有核心控制器、显示装置和电压检测装置，电压检测装置通过插座与电力线路连接，核心控制器用于接收电压检测装置检测到的数据，并实现信号提取、转换和译码，将译码后的信息发送至显示装置，驱动显示装置进行显示。
如图6所示，一种基于灵活交流信号技术的通信方法，其步骤如下：
1）末端信号发送装置通过电压检测装置检测电力线路上是否有承载有信息，若电力线路承载有信息传送，则末端信号发送装置延迟预设时间T再进行检测，若电力线路上没有承载信息传送，则转入步骤2）；
2）末端信号发送装置通过控制晶闸管的导通将发送端的地址信息加载到电力线路工频电压波形之中；
3）首端信号接收装置通过电压检测装置检测电力线路上的电压波形信息，并对电压波形信息进行提取、转换和译码，若电压波形上没有承载信息，则继续对电力线路进行检测，若电压波形上承载了信息，则转入步骤4）；
4）将电力线路所携带的发送端地址信息经过提取、转换和译码，并通过显示器显示出来，同时发出音频信号通知工作人员进行响应，完成通信过程。
本发明所述通信方法，可以完成末端信号发送装置向首端信号接收装置的通信过程，同一时间电力线路上只承载一段信息，可以避免过多信息之间的相互干扰，保证通信质量。当已经有末端信号发送装置在通信时，其余想要通信的末端信号发送装置均延迟发送，进行发送排队。
步骤1）中所述预设时间T为每次发信号时二进制码所对应的时长，可据末端信号源数量及二进制码长度进行调整。
利用二进制数字信息进行传递，承载信息量大，传输更准确，减少通信误码率，并且准确检测到电力线路是否承载了信息，提高判断准确率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，其特征在于：它包括有电力线路、通过插座安装连接在电力线路上的末端信号发送装置和首端信号接收装置；
末端信号发送装置，将呼叫发送端的地址信号加载到电力线路中的工频电压波形之中；
首端信号接收装置，用于检测电力线路中的电压波形所承载的信号，并将信号转换为使用者读取的信息。
2.如权利要求1所述的一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，其特征在于：所述末端信号发送装置包括有晶闸管装置、晶闸管控制器和电压检测装置，晶闸控制器用于控制晶闸管装置的导通，向线路发出信号，电压检测装置对端口电压进行实时检测及处理，判断线路上是否已承载信息。
3.如权利要求1或2所述的一种基于灵活交流信号技术的呼叫系统，其特征在于：所述首端信号接收装置包括有核心控制器、显示装置和电压检测装置，电压检测装置通过插座与电力线路连接，核心控制器用于接收电压检测装置检测到的数据，并实现信号提取、转换和译码，将译码后的信息发送至显示装置，驱动显示装置进行显示。
4.如权利要求1-3任意一项所述基于灵活交流信号技术的呼叫系统进行通信的方法，其特征在于，其步骤如下：
1）末端信号发送装置通过电压检测装置检测电力线路上是否有承载有信息，若电力线路承载有信息传送，则末端信号发送装置延迟预设时间T再进行检测，电力线路上没有承载信息传送，则转入步骤2）；
2）末端信号发送装置通过控制晶闸管装置的导通将发送端的地址信息加载到电力线路工频电压波形之中；
3）首端信号接收装置通过电压检测装置检测电力线路上的电压波形信息，并对电压波形信息进行提取、转换和译码，若电压波形上没有承载信息，则继续对电力线路进行检测，若电压波形上承载了信息，则转入步骤4）；
4）将电力线路所携带的发送端地址信息通过显示器显示出来，同时发出音频信号通知工作人员进行接收，完成通信过程。
5.如权利要求4所述的基于灵活交流信号的通信方法，其特征在于：步骤1）中所述预设时间T为每次发信号时二进制码所对应的时长。
6.如权利要求4所述的基于灵活交流信号的通信方法，其特征在于，末端信号发送装置和首端信号接收装置检测电力线路是否承载有信息的方法为：末端信号发送装置将所需发送的信息转换为二进制信息字符串，在每串二进制信息字符串之前加入首码，首码设置为“1”，电压检测装置检测到二进制码“1”则电力线路上承载有信息，反之则电力线路上没有承载信息。
7.如权利要求6所述的基于灵活交流信号的通信方法，其特征在于，末端信号发送装置是将二进制字符串信息加载在工频电压波形中并进行传输的方法为：末端信号发送装置通过在末端控制晶闸管装置的通断将电源在电压过零点前的一小段时间里进行短路，进而造成电压波形的失真，以两个工频周期为一个单位，每一个单位中的其中一个周期里进行，从而形成一有一无的状态，利用信号接收与检测装置将相邻的两个工频周期信号进行相减，从而会得到一个频率稍高的信号，以此来表示二进制数字“1”，一个单位中的两个周期均无短路信号，则相减后无标识信号出现，以此来表示二进制数字“0”，每个单位可表示一位二进制码，连续几个周期进行信号调制，则可产生多位二进制码。
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