專利名稱:基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，包括ARM微處理器單元、寬帶載波處理器單元、寬帶載波信號耦合單元、寬帶載波信號放大單元、以太網(wǎng)單元、串口UART單元、LED指示單元、電平接口轉(zhuǎn)換單元。其中ARM微處理器連接有以太網(wǎng)、寬帶載波處理器、串口UART、LED指示和電平轉(zhuǎn)換接口；寬帶載波處理器連接有寬帶載波信號耦合和寬帶載波信號放大。本實用新型結(jié)合光纖通信，替代傳統(tǒng)GPRS/CDMA通信，具有準(zhǔn)確性、及時性以及高帶寬。可實現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)無法實現(xiàn)的實時性抄收，從而實現(xiàn)對用電量的實時監(jiān)控，并為預(yù)付費(fèi)的實現(xiàn)提供了可能。該模式現(xiàn)場無需布線，自動路由，施工簡單。
【專利說明】基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深化，對用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng) 絡(luò)覆蓋、帶寬、可靠性和安全性提出了高要求。但目前包括光纖通信、電力線窄帶載波通信、 GPRS/CDMA和230M無線通信等方式都不完全滿足要求。其中，光纖等有線網(wǎng)絡(luò)具有較高 帶寬、可靠性和較好安全性，但受成本等條件的限制，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面較小，一般適用在變電站 或大型小區(qū)；電力線窄帶載波技術(shù)目前主要用于集中器和電能表之間通信，但同樣受電力 網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減的影響制約信號的傳輸距離，噪聲的干擾也決定著數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì) 量，因此該通信技術(shù)帶寬和可靠性有待提高，技術(shù)還需進(jìn)一步完善；GPRS/CDMA是借用公網(wǎng) 資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一種方式，雖然前期投資小，但主要存在網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)、穩(wěn)定性、安全 性、可用性及通信質(zhì)量完全依賴運(yùn)營商，且后期運(yùn)營成本高等問題。230M數(shù)傳電臺在安全 性和覆蓋方面有很大的優(yōu)勢，但230M數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)獨(dú)占一個頻率資源，在同一頻 點上同時只能有一個設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，一般采用中心對遠(yuǎn)端多點的通信分配方式，采用輪詢 方式查詢數(shù)據(jù)，數(shù)傳速率低（300bps?19. 2kbps)，瞬間發(fā)射功率十幾瓦到幾十瓦，對終端 電源提出較高要求，也無法滿足用電采集應(yīng)用。因此，在用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)搭建 上，建設(shè)具備雙向性、實時性、可靠性、安全性特征的智能通信網(wǎng)是一個重要問題，特別是如 何在現(xiàn)有通信資源條件下，充分利用先進(jìn)的通信技術(shù)升級改造現(xiàn)有通信方式，進(jìn)一步挖掘 潛力是當(dāng)前亟待解決的問題。隨著HomePulg寬帶載波技術(shù)的發(fā)展，利用其OFDM調(diào)制及IP 技術(shù)，結(jié)合光纖及現(xiàn)有低壓用電采集通信資源，能可靠的解決抄表領(lǐng)域的幾大難題。首先， 本通信裝置采用分布式架構(gòu)，在光纖端是BPLC 0CC路由網(wǎng)關(guān)裝置，在集中器端是BPLC STA 裝置，從而大大的減少了 GPRS/CDMA或光纖承擔(dān)的用戶數(shù)，進(jìn)而減少了所需要管理的光纖 設(shè)置及集中器的遠(yuǎn)程模塊而直接減少了成本要求。其次，本通信裝置采用了 OFDM的調(diào)制方 式，不會發(fā)生碼間互相干擾的現(xiàn)象，從而極大地提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕軡M足用電信息 采集數(shù)據(jù)量日益增長的要求。還有，由于寬帶載波是在原有的電力線路上進(jìn)行通信，不存在 類似GPRS/CDMA等無線通信在地下變電房無信號問題。當(dāng)然，寬帶載波也同樣跟窄帶載波 一樣受電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減的影響制約信號的傳輸距離，有時需要增加中繼來提 高其傳輸距離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型的目的在于，針對上述缺點，提供一種基于電力線寬帶載波用電采集 上行通信裝置，它能夠?qū)崟r連接客戶端采集設(shè)備和電力用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)電力用電 信息采集系統(tǒng)與集中器、采集器、智能電表的對接，保證信息采集系統(tǒng)通訊鏈路可靠性和經(jīng) 濟(jì)性，能為客戶提供對用電信息采集的全覆蓋、全采集、全費(fèi)控的要求。
[0004] 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信 裝置，包括ARM微處理器、寬帶載波處理器、寬帶載波信號耦合單元、寬帶載波信號放大單 元、以太網(wǎng)、串口 UART和電平轉(zhuǎn)換接口，其特征在于所述ARM微處理器連接有以太網(wǎng)、寬帶 載波處理器、串口 UART和電平轉(zhuǎn)換接口；寬帶載波處理器連接有寬帶載波信號耦合單元和 寬帶載波信號放大單元。
[0005] 所述ARM微處理器與寬帶載波處理器、串口 UART、以太網(wǎng)和電平轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行數(shù) 據(jù)通訊連接。
[0006] 寬帶載波處理器與寬帶載波信號耦合單元和寬帶載波信號放大單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通 訊連接。
[0007] 所述ARM微處理器通過通訊串口鏈路與客戶端采集設(shè)備進(jìn)行通訊。
[0008] 所述ARM微處理器通過通訊寬帶載波鏈路與寬帶載波路由網(wǎng)關(guān)單元進(jìn)行通訊。
[0009] 所述ARM微處理器通過以太網(wǎng)或光纖鏈路與電力用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊。
[0010] 所述ARM微處理器通過通訊鏈路與客戶端采集設(shè)備和電力用電信息采集系統(tǒng)進(jìn) 行交互，實現(xiàn)實時性抄收、實時監(jiān)控；同時在客戶端采集設(shè)備或集中器能夠自動與附近的寬 帶載波路由網(wǎng)關(guān)裝置實現(xiàn)自動注冊，并驗證信息，寬帶載波路由網(wǎng)關(guān)裝置自動記錄客戶端 的通信鏈路信息，實時知道客戶端的通信情況及增減設(shè)備信息。
[0011] ARM微控制器將從串口 UART或以太網(wǎng)接收到的信號移交給寬帶載波微處理器處 理，寬帶載波微處理器把處理的數(shù)據(jù)調(diào)制成OFDM編碼信號，寬帶載波信號放大單元將調(diào)制 后的OFDM信號進(jìn)行放大，放大后的信號經(jīng)耦合電路耦合到電力線中，從而完成串口 UART或 以太網(wǎng)到寬帶載波PLC的通信。
[0012] 所述寬帶載波路由網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)或光纖實時接收到系統(tǒng)對抄表的指令。ARM微 控制器完成將從以太網(wǎng)或光纖接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，分組后移交給寬帶載波微處理器 進(jìn)行處理，寬帶載波微處理器把接收到的數(shù)據(jù)調(diào)制成OFDM的編碼信號，同時通過放大單元 AMPLIFY將調(diào)制后的OFDM信號進(jìn)行放大，放大后的信號再經(jīng)C0UPLLER耦合電路耦合到電力 線中，完成以太網(wǎng)或光纖到寬帶在載波PLC的通信。
[0013] 所述從串口 UART或以太網(wǎng)實時接收到客戶端采集設(shè)備對抄表的響應(yīng)或主動上報 指令。ARM微控制器完成將從串口 UART或以太網(wǎng)接收到的信號移交給寬帶載波微處理器， 寬帶載波微處理器把數(shù)據(jù)調(diào)制成OFDM的編碼信號，放大單元AMPLIFY將調(diào)制后的OFDM信 號進(jìn)行放大。放大后的信號經(jīng)C0UPLLER耦合電路耦合到電力線中，從而完成串口 UART或 以太網(wǎng)到寬帶載波PLC的通信。
[0014] 所述ARM微處理器通過通訊鏈路與客戶端采集設(shè)備和電力用電信息采集系統(tǒng)進(jìn) 行交互，實現(xiàn)實時性抄收、實時監(jiān)控；同時在客戶端采集設(shè)備或集中器能夠自動與附近的寬 帶載波路由網(wǎng)關(guān)裝置實現(xiàn)自動注冊，并驗證信息，寬帶載波路由網(wǎng)關(guān)裝置自動記錄客戶端 的通信鏈路信息，實時知道客戶端的通信情況及增減設(shè)備信息。
[0015] 本實用新型有如下優(yōu)勢：
[0016] 1)電力用電信息采集系統(tǒng)原來上行通訊信道大量使用GRRS/CDMA模式，該模式通 訊信道帶寬比較小，且采集終端每年需繳納大量通訊費(fèi)用。利用現(xiàn)代小區(qū)光纖到樓道與配 電房光纖線路，改造現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)一步挖掘現(xiàn)有通信資 源潛力；
[0017] 2)利用電力線寬帶載波通訊技術(shù)和相關(guān)模塊設(shè)備，提供變電站臺區(qū)集中器設(shè)備到 小區(qū)樓道光纖接入或配電房光纖接入通訊鏈路。在多網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)平臺上實現(xiàn)電能信息采集 和傳輸，進(jìn)一步提高用電信息采集系統(tǒng)的通信可靠性、實時性和安全性；
[0018] 3)帶有光纖接入口的小區(qū)樓道或臺區(qū)配電房到電力用電信息系統(tǒng)中的集中器設(shè) 備可能存在距離，使用電力線寬帶載波相關(guān)模塊設(shè)備，無需布線施工簡單。

【附圖說明】

[0019] 圖1為本實用新型的BPLC-CCO路由網(wǎng)關(guān)通信裝置外形結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖2為本實用新型的BPLC-CCO路由網(wǎng)關(guān)通信裝置弱電接口定義俯視圖。
[0021] 圖3為本實用新型的BPLC-CCO路由網(wǎng)關(guān)通信裝置載波耦合接口定義俯視圖。
[0022] 圖4為本實用新型的BPLC-STA通信裝置外形結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖5為本實用新型的BPLC-STA載波通信裝置接口定義俯視圖。
[0024] 圖6為本實用新型的BPLC-STA通信裝置強(qiáng)電接口定義male部分俯視圖。
[0025] 圖7為本實用新型的BPLC-STA通信裝置強(qiáng)電接口定義female部分俯視圖。
[0026] 圖8為本實用新型的電路原理框圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。
[0028] 本實用新型組成：如圖8所示，包括ARM微處理器、寬帶載波處理器、寬帶載波信 號耦合單元、寬帶載波信號放大單元、以太網(wǎng)、串口 UART、LED指示、電平轉(zhuǎn)換接口，所述的 ARM微處理器、寬帶載波處理器、寬帶載波信號耦合單元、寬帶載波信號放大單元、以太網(wǎng)、 串口 UART、LED指示、電平轉(zhuǎn)換接口為現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，其特征在于所述ARM微處理器連接有 以太網(wǎng)、寬帶載波處理器、串口 UART、LED指示和電平轉(zhuǎn)換接口；寬帶載波處理器連接有寬 帶載波信號耦合單元和寬帶載波信號放大單元。所述ARM微處理器與寬帶載波處理器、串 口 UART、以太網(wǎng)、電平轉(zhuǎn)換接口、LED指示進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊連接。所述ARM微控制器將從串口 UART或以太網(wǎng)接收到的信號移交給寬帶載波微處理器處理，寬帶載波微處理器把處理的數(shù) 據(jù)調(diào)制成OFDM編碼信號，寬帶載波信號放大單元將調(diào)制后的OFDM信號進(jìn)行放大，放大后的 信號經(jīng)耦合電路耦合到電力線中，從而完成串口 UART或以太網(wǎng)到寬帶載波PLC的通信，并 可以以LED指示方式顯示。
[0029] 上述的以太網(wǎng)：通信接口，與光纖轉(zhuǎn)以太網(wǎng)接口進(jìn)行通信，實現(xiàn)用電信息主站對 采集要求；串口 UART :通信接口，實時寬帶載波轉(zhuǎn)串口及串口轉(zhuǎn)寬帶載波通信要求；ARM微 處理器：中央處理單元，協(xié)調(diào)載波、串口、以太網(wǎng)等通信；寬帶載波處理器：載波調(diào)制解調(diào)處 理單元，將從ARM微處理器接收到數(shù)據(jù)調(diào)制成OFDM的編碼信號；信號放大AMPLIFY:將OFDM 信號進(jìn)行放大；耦合C0UPLLER :耦合電路，將放大后的OFDM信號耦合到電力線中。
[0030] 所述從串口 UART或以太網(wǎng)實時接收到客戶端采集設(shè)備對抄表的響應(yīng)或主動上報 指令。ARM微控制器完成將從串口 UART或以太網(wǎng)接收到的信號移交給寬帶載波微處理器， 寬帶載波微處理器把數(shù)據(jù)調(diào)制成OFDM的編碼信號，放大單元AMPLIFY將調(diào)制后的OFDM信 號進(jìn)行放大。放大后的信號經(jīng)C0UPLLER耦合電路耦合到電力線中，從而完成串口 UART或 以太網(wǎng)到寬帶載波PLC的通信。
[0031] 本實用新型的外觀：外觀因功能不同分兩種，一種用作寬帶載波主節(jié)點CC0,如圖 1所示；另外一種用作寬帶載波從節(jié)點STA，如圖4所示。本實用新型的BPLC-CCO路由網(wǎng)關(guān) 通信裝置接口各引腳功能定義見圖2 ;本實用新型的BPLC-CC0路由網(wǎng)關(guān)通信裝置載波耦合 接口定義見圖3 ;BPLC-CC0路由網(wǎng)關(guān)通信裝置弱電接口管腳定義說明見表1 ;BPLC-CC0路 由網(wǎng)關(guān)通信裝置載波通信耦合接口管腳定義說明見表2 ;BPLC-STA通信裝置接口各引腳功 能定義見圖5 ;BPLC-STA通信裝置與外部電源相連接線通過中間插頭過渡。電源線材料為 聚氯乙烯絕緣電子線，耐壓300V，耐溫80°C，線纜壓制時不應(yīng)有短路或斷路現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)件不 應(yīng)有斷裂和松動現(xiàn)象；電源線的接插結(jié)構(gòu)件分male和female兩部分，female部分與STA 載波通信裝置內(nèi)部直接相連，引線線長L= 15cm ;male部分電源和采集裝置電源相連，引線 線長L可按需求確定，預(yù)制導(dǎo)線接頭并上錫，電源線應(yīng)采用線鼻。male部分接口截面圖見 圖6, female部分接口截面圖見圖7。BPLC-STA載波通信裝置弱電接口管腳定義說明見表 3，BPLC-STA通信裝置強(qiáng)電接口管腳定義說明見表4。
[0032] 表1BPLC-CC0路由網(wǎng)關(guān)通信裝置弱電接口管腳定義說明
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，包括ARM微處理器、寬帶載波處 理器、寬帶載波信號耦合單元、寬帶載波信號放大單元、以太網(wǎng)、串口 UART和電平轉(zhuǎn)換接 口，其特征在于所述ARM微處理器連接有以太網(wǎng)、寬帶載波處理器、串口 UART和電平轉(zhuǎn)換接 口；寬帶載波處理器連接有寬帶載波信號耦合單元和寬帶載波信號放大單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，其特征在于所 述ARM微處理器與寬帶載波處理器、串口 UART、以太網(wǎng)和電平轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，其特征在于寬 帶載波處理器與寬帶載波信號耦合單元和寬帶載波信號放大單元進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，其特 征在于所述ARM微處理器通過通訊串口鏈路與客戶端采集設(shè)備進(jìn)行通訊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，其特 征在于所述ARM微處理器通過通訊寬帶載波鏈路與寬帶載波路由網(wǎng)關(guān)單元進(jìn)行通訊。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于電力線寬帶載波用電采集上行通信裝置，其特 征在于所述ARM微處理器通過以太網(wǎng)或光纖鏈路與電力用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊。
【文檔編號】H04B3-54GK204272111SQ201420771172
【發(fā)明者】羅義釗, 俞煌, 陳清雷 [申請人]國家電網(wǎng)公司, 福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責(zé)任公司