專利名稱：一種用于低壓電力線載波抄表的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于低壓電力線載波數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)的應(yīng)用，具體是一種用于低壓電力 線載波抄表的裝置。
二、 技術(shù)背景
隨著國(guó)家推廣電力系統(tǒng)的一戶一表工作的推廣，以及供用電管理現(xiàn)代化的需要，傳統(tǒng)的 手工抄表、手持終端抄表、車載無(wú)線電抄表方式己不適應(yīng)，而越來(lái)越多的自動(dòng)集中抄表系統(tǒng) 進(jìn)入了實(shí)用階段。這些抄表系統(tǒng)工作效率高，電量計(jì)量準(zhǔn)確，而且還能提供許多用電的監(jiān)視 和管理功能。
自動(dòng)集中抄表系統(tǒng)的抄表方式有485總線抄表、載波抄表、GPRS抄表等，而最簡(jiǎn)單的方 式是載波抄表，它幾乎不需要增加網(wǎng)絡(luò)改造和后續(xù)費(fèi)用。但是電力線是為傳輸50Hz的工頻電 能，而不是為通信而鋪設(shè)的，故其特性往往較難直接滿足載波通信的要求。這直接體現(xiàn)在兩 個(gè)方面①電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減，制約了信號(hào)的傳輸距離。②電力線上的噪音干擾， 制約了信號(hào)的傳輸質(zhì)量?？梢钥闯觯捎谠诘蛪弘娏€上存在諸多使載波信號(hào)的信噪比急劇 下降的因素，使得載波信號(hào)難以在一個(gè)供電區(qū)域內(nèi)較好地傳輸，就必須采用多種技術(shù)措施， 才能構(gòu)造出滿足實(shí)際需要的載波系統(tǒng)。
三
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提出一種用于低壓電力線載
波抄表的裝置，具體技術(shù)方案如下
一種用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是包括設(shè)在同一個(gè)變壓器的集中器上的低
壓電力線載波模塊和設(shè)在單/三相電度表上的低壓電力線載波模塊；所述兩個(gè)載波模塊與電力 線之間分別通過(guò)耦合器進(jìn)行耦合。
設(shè)在同一個(gè)變壓器的集中器上的低壓電力線載波模塊包括集中器CPU、電力載波調(diào)制解 調(diào)器和零相鑒別器；設(shè)在單/三相電度表上的低壓電力線載波模塊包括電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸 CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；所述集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU通過(guò) 各自載波模塊的電力載波調(diào)制解調(diào)器，通過(guò)電力線進(jìn)行載波通信；
所述電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU與單/三相電度表通信；兩個(gè)零相鑒別器的輸入端分別連 接電力線，對(duì)電力線上的電壓波形進(jìn)行零相鑒別；兩個(gè)零相鑒別器的輸出端分別連接集中器 CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU的輸出端。
所述設(shè)在兩個(gè)載波模塊的電力載波調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制輸出端都還依次連接有緩沖器、低 通濾波器和功率放大器，所述功率放大器的輸出端連接耦合器。
所述兩個(gè)電力線載波模塊的零相鑒別器與耦合器之間還連接低通濾波器。
所述電度表CPU和單/三相電度表的接口是標(biāo)準(zhǔn)TTL電平或RS485的半雙工串行通信口 。
所述兩個(gè)電力載波調(diào)制解調(diào)器是半雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器。
所述與集中器CPU連接的電力載波調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)輸入端還連接放大器。 (數(shù)字調(diào)頻又稱移頻鍵控，簡(jiǎn)記為FSK，它是載波頻率隨數(shù)字信號(hào)而變化的一種調(diào)制方
式。)
本實(shí)用新型原理如下
低壓電力線上的負(fù)載情況是多變的，各個(gè)用戶在不同的時(shí)間段用電電器開(kāi)啟的情況不一 樣，帶來(lái)的是電網(wǎng)上的電流會(huì)發(fā)生急劇的變化，從電路阻抗計(jì)算的方法歐姆定律V4R可知 如果電壓恒定，電流越大電阻就會(huì)越小，那么通過(guò)電力線耦合上去的載波信號(hào)的負(fù)載就很越重，信號(hào)就會(huì)在很短的距離內(nèi)衰減下來(lái)，載波信號(hào)就不能傳送到同一個(gè)變壓器內(nèi)的數(shù)據(jù)采集 器。即使采用數(shù)據(jù)傳輸中繼，雖然增加了成本，但有的時(shí)候還是不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在這樣 的系統(tǒng)中最關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何降低低壓載波信道中的負(fù)載，即不可能要求用戶盡量少用家 用電器，也不可能測(cè)量出哪個(gè)時(shí)段內(nèi)用戶用電最少，唯一的方法就是使用零相位數(shù)據(jù)傳輸一 一即在交流電壓相位為零時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸接口上增加相位檢測(cè)電路，用測(cè)量和預(yù)估 法測(cè)得低壓電力線載波信道的相位，在電壓信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近(如果低壓電力線載波信道上的 電壓電流相位是同相)耦合載波信號(hào)，此時(shí)由于電壓很小并趨于"零"，電流也很小同樣趨于 "零"，低壓電力線載波信道上的負(fù)載相對(duì)比較輕也很穩(wěn)定，即使由于用電感性負(fù)載的影響， 電壓電流有一定的相位差，在電壓零相位附近電流還是在很低的水平。由于電壓信號(hào)過(guò)零點(diǎn) 附近這個(gè)區(qū)域的時(shí)間比較短，在一次電壓信號(hào)過(guò)零點(diǎn)附近用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間就更短，因此 在電路設(shè)計(jì)時(shí)采用電壓過(guò)零預(yù)測(cè)方法，在電壓信號(hào)接近零點(diǎn)和過(guò)零點(diǎn)以后的兩個(gè)相同的時(shí)間 間隔內(nèi)發(fā)送載波數(shù)據(jù)信號(hào)。由于電力線抄表對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不高，而且低壓電力線信道 質(zhì)量的限制也不可能傳輸很高波特率的數(shù)據(jù)信號(hào)，盡管這種方法降低了信號(hào)的傳輸速率，但 由于數(shù)據(jù)傳輸距離的延長(zhǎng)能滿足電力系統(tǒng)自動(dòng)抄表的技術(shù)要求。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是在低壓電力線載波信道上尋找負(fù)載較輕的時(shí)間段發(fā)送載波數(shù)據(jù)， 使信號(hào)衰減降到盡可能的低，延長(zhǎng)載波信號(hào)的傳輸距離以提高低壓電力線載波通信信號(hào)傳輸 的可靠性。
四

圖1是實(shí)施例中安裝在集中器上的低壓電力線載波模塊框圖 圖2是安裝在單(三)相電度表上的低壓電力線載波模塊框圖， 圖3零相鑒別器框圖
五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
本裝置由兩部分組成， 一部分是作為安裝在同一個(gè)變壓器的集中器上的低壓電力線載波 模塊，另一部分是安裝在單(三)相電度表上的低壓電力線載波模塊，其硬件設(shè)計(jì)基本相同 而軟件設(shè)計(jì)略有不同。所述兩個(gè)載波模塊與電力線之間分別通過(guò)耦合器進(jìn)行耦合。
設(shè)在同一個(gè)變壓器的集中器上的低壓電力線載波模塊包括集中器CPU、電力載波調(diào)制解 調(diào)器和零相鑒別器；設(shè)在單/三相電度表上的低壓電力線載波模塊包括電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸 CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；所述集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU連接 各自的電力載波調(diào)制解調(diào)器，通過(guò)電力線進(jìn)行載波通信。所述電度表數(shù)據(jù)采和傳輸CPU與單/ 三相電度表通信；兩個(gè)零相鑒別器的輸入端分別通過(guò)耦合器連接電力線，對(duì)電力線上的電壓 波形進(jìn)行相位鑒別；兩個(gè)零相鑒別器的輸出端分別連接集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸 CPU的輸入端。所述設(shè)在兩個(gè)電力載波調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制輸出端都還依次連接有緩沖器、低 通濾波器和功率放大器，所述功率放大器的輸出端連接耦合器。所述兩個(gè)電力線載波模塊的 零相鑒別器與耦合器之間還連接低通濾波器。所述電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU和單/三相電度 表的接口是標(biāo)準(zhǔn)TTL電平或RS485的半雙工串行通信口。所述兩個(gè)電力載波調(diào)制解調(diào)器是半 雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器。所述與集中器CPU連接的電力載波調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)輸入端還 連接放大器。
本例中，
1、安裝在集中器上的低壓電力線載波模塊，如圖l。是由集中器CPU、電力載波調(diào)制解 調(diào)器、緩沖器、低通濾波器、變壓器和零相鑒別器組成。
集中器CPU的功能是接受來(lái)自主站的參數(shù)設(shè)置包括抄表時(shí)間、本集中器CPU管理的電度表個(gè)數(shù)、表號(hào)、表內(nèi)數(shù)據(jù)的原始值等，集中器CPU根據(jù)這些參數(shù)和零相鑒別器的信號(hào)狀態(tài) 定時(shí)控制電力載波調(diào)制解調(diào)器發(fā)送命令信號(hào)和接受單(三)相表發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并存儲(chǔ)這 些數(shù)據(jù)，再根據(jù)主站的要求及時(shí)將數(shù)據(jù)傳送的信息中心用于用戶用電量決算和負(fù)荷預(yù)測(cè)。
電力載波調(diào)制解調(diào)器采用歐洲ST公司的ST7536是一個(gè)半雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器芯 片。它專為低壓電力線傳輸而設(shè)計(jì)，較好地克服了低壓電力線載波傳輸中的技術(shù)問(wèn)題。在發(fā) 送模式下，電力線接口把來(lái)自ST7536芯片的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行放大和濾波。緩沖器的作用是保護(hù) ST7536，并且驅(qū)動(dòng)電力線接口中的低通濾波器。低通濾波器(LPF)的作用是抑制諧波。濾波后 的信號(hào)被送入功率放大器，這個(gè)功率放大器通過(guò)耦合器來(lái)驅(qū)動(dòng)阻抗為1 100Q的電力線。此 外，放大器也進(jìn)行頻段濾波，來(lái)抑制發(fā)送信號(hào)的二次諧波。在接收模式下，耦合器從電力線 上取得信號(hào)，在預(yù)放大器中進(jìn)行放大，再送給ST7536的接收輸入端。這種模式下，為了避免 功率放大器的低輸出阻抗所造成接收信號(hào)的衰減，關(guān)閉緩沖器和功率放大器。
2、安裝在單(三)相電度表上的低壓電力線載波模塊，如圖2
由數(shù)據(jù)采和傳輸CPU單片機(jī)、電力載波調(diào)制解調(diào)器、緩沖器、低通濾波器、變壓器和零 相鑒別器組成。他和集中器上的低壓電力線載波模塊不同的有兩點(diǎn) 一是數(shù)據(jù)采和傳輸CPU 單片機(jī)和單(三)相電度表的接口是標(biāo)準(zhǔn)TTL電平或RS485半雙工串行通信口，其接口協(xié)議 滿足執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):GB/T17215-2002;DL/T614-1997。 二是數(shù)據(jù)采和傳輸CPU單片機(jī)正常情況下根 據(jù)零相鑒別器的信號(hào)狀態(tài)工作在接受狀態(tài)， 一旦接受到抄本表的命令立即轉(zhuǎn)換電力載波調(diào)制 解調(diào)器的工作狀態(tài)到發(fā)送， 在電力線上電壓接近零點(diǎn)附近將本表數(shù)據(jù)發(fā)送到集中器。
參考圖3，零相鑒別器對(duì)電壓信號(hào)的零相位進(jìn)行檢測(cè)， 一旦電力線上的電壓波形低于設(shè) 定的電壓預(yù)定值，數(shù)據(jù)采和傳輸CPU控制電力載波調(diào)制解調(diào)制處于接受或發(fā)送狀態(tài)，同時(shí)根 據(jù)數(shù)據(jù)采和傳輸CPU的指令發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)或檢測(cè)電力線上的電壓信號(hào)并進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，再根 據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。電力線上的信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器濾掉電網(wǎng)上的高頻信號(hào)后得到 50Hz的低頻信號(hào)，用兩個(gè)電壓比較器，設(shè)定了兩個(gè)正負(fù)AV電壓， 一旦電壓跌落到兩個(gè)正負(fù) △V電壓之間，兩個(gè)比較器的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)采和傳輸CPU只要判別零相鑒別器 的電平就能判定電網(wǎng)上的電壓值是不是接近零點(diǎn)，并控制電力載波調(diào)制解調(diào)制的工作在發(fā)送 或接受狀態(tài)。
在本例的系統(tǒng)中，除了基于成本和實(shí)現(xiàn)的考慮，使用了數(shù)字FSK窄帶載波技術(shù)；選取了 合適的電力載波調(diào)制解調(diào)器芯片；采用了適當(dāng)加大發(fā)射功率，提高軟件容錯(cuò)能力等措施來(lái)提 高系統(tǒng)的性能外。特別采用了零相數(shù)據(jù)傳輸?shù)男录夹g(shù)，使電力線載波的數(shù)據(jù)通信的傳輸距離 有了很大的提高。本例中，緩沖器釆用的簡(jiǎn)單運(yùn)算放大器組成的射極跟隨器，起到信號(hào)隔離 的作用。耦合器的作用是對(duì)低壓電力線載波接受和發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行耦合并高、低壓隔離，用 雙繞組變壓器和0. 22u/250VAC的交流電容組成(由于雙繞組變壓器和交流電容組合連接來(lái)實(shí) 現(xiàn)上述耦合作用的電路在現(xiàn)有技術(shù)中比較多見(jiàn)，在此就不作進(jìn)一步限制了)，耦合變壓器的兩 個(gè)繞組分別接入載波輸入和載波輸出端。
權(quán)利要求1、一種用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是包括設(shè)在同一個(gè)變壓器內(nèi)的集中器上的低壓電力線載波模塊和設(shè)在單/三相電度表上的低壓電力線載波模塊；所述兩個(gè)載波模塊與電力線之間分別通過(guò)耦合器進(jìn)行耦合；設(shè)在同一個(gè)變壓器內(nèi)的集中器上的低壓電力線載波模塊包括集中器CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；設(shè)在單/三相電度表上的低壓電力線載波模塊包括電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；所述集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU連接各自的電力載波調(diào)制解調(diào)器，通過(guò)電力線進(jìn)行載波通信；所述設(shè)在兩個(gè)載波模塊上的零相鑒別器的輸入端分別通過(guò)耦合器連接電力線，對(duì)電力線上的電壓波形進(jìn)行零相鑒別；兩個(gè)零相鑒別器的輸出端分別連接集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU的輸出端。所述電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU與單/三相電度表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是所述設(shè)在兩個(gè)載波 模塊的電力載波調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制輸出端都還依次連接有緩沖器、低通濾波器和功率放大器， 所述功率放大器的輸出端連接耦合器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是所述兩個(gè)電力線載 波模塊的零相鑒別器與耦合器之間還連接低通濾波器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是所述電度 表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU和單/三相電度表的接口是標(biāo)準(zhǔn)TTL電平或RS485的半雙工串行通信 □。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是所述兩個(gè) 電力載波調(diào)制解調(diào)器是半雙工、同步FSK調(diào)制解調(diào)器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用于低壓電力線載波抄表的裝置，其特征是所述與集 中器CPU和數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU連接的電力載波調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)輸入端還連接放大器。
專利摘要一種用于低壓電力線載波抄表的裝置，包括兩個(gè)低壓電力線載波模塊；它們與電力線之間分別通過(guò)耦合器進(jìn)行耦合。其中一個(gè)設(shè)在變壓器內(nèi)的集中器上，它包括集中器CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；另一個(gè)設(shè)在單/三相電度表上，它包括電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU、電力載波調(diào)制解調(diào)器和零相鑒別器；所述集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU連接各自的電力載波調(diào)制解調(diào)器，通過(guò)電力線進(jìn)行載波通信；所述設(shè)在兩個(gè)載波模塊上的零相鑒別器的輸入端分別通過(guò)耦合器連接電力線，對(duì)電力線上的電壓波形進(jìn)行零相鑒別；兩個(gè)零相鑒別器的輸出端分別連接集中器CPU和電度表數(shù)據(jù)采集和傳輸CPU的輸出端。本裝置提高了低壓電力線載波通信信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br> 文檔編號(hào)G08C19/00GK201340652SQ200920038139
公開(kāi)日2009年11月4日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者剛 孫, 高恭嫻 申請(qǐng)人:南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院