雙頻道電力線載波通信模塊電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種雙頻道電力線載波通信模塊電路，該電路有兩條并列載波信號(hào)通路，通路工作頻道分別為f1和f2。信號(hào)接收時(shí)，載波信號(hào)被分別濾波，并由不同載波芯片進(jìn)行解調(diào)信號(hào)，再一同送入單片機(jī)處理后經(jīng)弱電接口電路輸出；信號(hào)發(fā)送時(shí)，弱電接口的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后送入兩條并列載波信號(hào)通路，形成工作頻道為f1和f2載波信號(hào)，再經(jīng)f1、f2載波信號(hào)放大發(fā)送電路和強(qiáng)電接口電路，耦合進(jìn)入電力線傳輸出去。本實(shí)用新型電路保證了大跨度頻道下的出色信噪比，抗擾性能突出，顯著提高了電力線載波通信的可靠性。在國(guó)家電網(wǎng)智能電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、家居智能控制系統(tǒng)以及多通信方式并存的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路均能發(fā)揮積極作用。
【專利說(shuō)明】雙頻道電力線載波通信模塊電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其為一種雙頻道電力線載波通信模塊電路及其具體應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]電力用戶分布極為廣泛，電網(wǎng)是除電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)之外的第四張物理網(wǎng)。
[0003]與其它通信傳輸形式(如總線485、無(wú)線、光纖等)相比較，電力線載波具有不需要重復(fù)布線，擴(kuò)展容易，普及容易等特點(diǎn)，電力線載波通信控制也逐步進(jìn)入了智能家居控制和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，成為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資，實(shí)現(xiàn)快速組網(wǎng)的實(shí)用方式之一。
[0004]但是，由于電力線具有阻抗特性、衰減特性和負(fù)載噪聲干擾特性等等，給電力線載波通信的可靠性帶來(lái)不利影響?，F(xiàn)有的電力線載波通信電路多采用單一調(diào)制方式，調(diào)幅，或是頻道相距很近的調(diào)頻方式，或是單頻調(diào)相，一旦頻道附近出現(xiàn)背景噪聲，就會(huì)直接影響到實(shí)時(shí)通信，從而降低了電力線載波通信的可靠性。這也是電力線載波技術(shù)廣泛應(yīng)用所面臨的一項(xiàng)重要難題。
[0005]同時(shí)，在現(xiàn)階段，各種通信方式并存，各有其特色優(yōu)勢(shì)和不足，如何將多種通信方式有機(jī)結(jié)合，提高整體效果，也是迫待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型目的是提供一種雙頻道電力線載波通信模塊電路，在電力線中同時(shí)并行傳輸兩路載波信號(hào)，同時(shí)將兩路的信號(hào)濾波獨(dú)立開(kāi)來(lái)，獲得最佳的信噪比，提高電力線載波通信的可靠性。
[0007]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是，運(yùn)用雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)建實(shí)用系統(tǒng)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路的技術(shù)方案是，此種雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)成包括有，載波通信芯片及通信頻道配置電路，單片機(jī)(MCU)，弱電接口電路、強(qiáng)電接口電路、信號(hào)接收濾波電路、載波信號(hào)放大發(fā)送電路，其特征在于:載波通信芯片為兩個(gè)，第一載波通信芯片及通信頻道配置電路形成的工作頻道為Π，第二載波通信芯片及通信頻道配置電路形成的工作頻道為f2 ;第一載波通信芯片的模擬信號(hào)輸入端連接Π接收濾波電路信號(hào)輸出端，fl接收濾波電路信號(hào)輸入端連接強(qiáng)電接口，第二載波通信芯片的模擬信號(hào)輸入端連接f2接收濾波電路信號(hào)輸出端，f2接收濾波電路信號(hào)輸入端連接強(qiáng)電接口 ；第一載波通信芯片和第二載波通信芯片的模擬信號(hào)輸出端與fl、f2載波信號(hào)放大發(fā)送電路信號(hào)輸入端連接，H、f2載波信號(hào)放大發(fā)送電路信號(hào)輸出端連接強(qiáng)電接口電路，第一載波通信芯片和第二載波通信芯片的數(shù)字信號(hào)端連接單片機(jī)，單片機(jī)再連接弱電接口電路。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述另一個(gè)目的，本實(shí)用新型運(yùn)用雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)建了以下三個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。
[0010]應(yīng)用系統(tǒng)之一是將雙頻道電力線載波通信模塊電路應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)單相電能表和三相電能表數(shù)據(jù)抄收及智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)處在同一個(gè)配電變壓器之下，所有國(guó)網(wǎng)單相電能表的火線接至A或B或C相，地線接至N相，所有國(guó)網(wǎng)三相電能表的相線分別接到A、B、C相線，零線接至N相，國(guó)網(wǎng)集中器的A、B、C、N端分別接至各相線，在所有單相電能表中配有單相雙頻道載波通信模塊、在所有三相電能表中配有三相雙頻道載波通信模塊、在集中器中配有集中器雙頻道載波通信模塊，所有雙頻道載波通信模塊借助電力線路構(gòu)成通信網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸，同時(shí)從集中器發(fā)出的控制信號(hào)也能到達(dá)每一個(gè)電能表。
[0011 ] 應(yīng)用系統(tǒng)之二是將雙頻道電力線載波通信模塊電路應(yīng)用于家居智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)成包括三相供電線路、開(kāi)關(guān)控制器、家居電器和智能互動(dòng)終端，供電線路經(jīng)開(kāi)關(guān)控制器接入家居電器，所述開(kāi)關(guān)控制器由電源開(kāi)關(guān)及控制電路和雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)成，所述智能互動(dòng)終端由顯示觸摸屏(電腦或手機(jī)等等)和雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)成，開(kāi)關(guān)控制器和智能互動(dòng)終端中的雙頻道電力線載波通信模塊電路在三相供電線路中實(shí)現(xiàn)載波通信。
[0012]應(yīng)用系統(tǒng)之三是將雙頻道電力線載波通信模塊電路與其它通信方式組合，構(gòu)建成一個(gè)綜合通信系統(tǒng)，本通信系統(tǒng)構(gòu)成包括有電力線路、載波信號(hào)轉(zhuǎn)塑料光纖信號(hào)電路、載波信號(hào)轉(zhuǎn)RS-485信號(hào)電路、載波信號(hào)轉(zhuǎn)無(wú)線信號(hào)電路和智能互動(dòng)終端，在載波信號(hào)轉(zhuǎn)塑料光纖信號(hào)電路中、在載波信號(hào)轉(zhuǎn)RS-485信號(hào)電路中、在載波信號(hào)轉(zhuǎn)無(wú)線信號(hào)電路中，在智能互動(dòng)終端中均包括有雙頻道電力線載波通信模塊電路，所有雙頻道電力線載波通信模塊電路均接至電力線路。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):通過(guò)兩套獨(dú)立的通信頻道同時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)通信互補(bǔ)，增強(qiáng)可靠性。通過(guò)更改外圍通信頻道配置硬件電路，本實(shí)施例的通信頻率可以在23KHz-312KHz范圍內(nèi)多檔選用。并且兩頻道接收濾波電路相互獨(dú)立，在較大的頻距時(shí)，獲得最好的信噪比，明顯好于傳統(tǒng)的調(diào)頻，單頻調(diào)相，單頻調(diào)幅等等方式，進(jìn)一步提高自身通信的可靠性，在實(shí)際應(yīng)用中，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
[0014]本實(shí)用新型雙頻道電力線載波模塊電路能適應(yīng)國(guó)家電網(wǎng)對(duì)電力線載波通信的要求。在國(guó)家電網(wǎng)集中器中配本實(shí)用新型雙頻道載波通信模塊電路，即可僅用一個(gè)嵌入式處理器和兩個(gè)ES0191載波通信芯片實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻道的獨(dú)立通信。
[0015]本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路應(yīng)用于現(xiàn)代家居智能控制系統(tǒng)和現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能明顯降低系統(tǒng)的構(gòu)建成本，提升系統(tǒng)構(gòu)建速度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路的原理框圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一:智能電能表的遠(yuǎn)程抄收及控制系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊集中器I型載波通信模塊電路中單片機(jī)電路圖。
[0019]圖4是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路中第一載波通信芯片及通信頻道配置電路圖。[0020]圖5是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路中第二載波通信芯片及通信頻道配置電路圖。
[0021]圖6是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊電路中頻道fI和頻道f2接收濾波及信號(hào)放大發(fā)送電路圖。
[0022]圖7是集中器弱電接口電路圖。
[0023]圖8是集中器、三相表耦合及強(qiáng)電接口電路圖。
[0024]圖9是本實(shí)用新型雙頻道電力線載波通信模塊單相表載波通信模塊，三相表載波通信模塊電路中單片機(jī)電路圖。
[0025]圖10是單相表載波通信模塊及三相表載波通信模塊弱電接口電路圖。
[0026]圖11是單相表載波通信模塊強(qiáng)電接口電路圖。
[0027]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例二:雙頻道電力線載波通信模塊電路應(yīng)用于家居智能控制系統(tǒng)不意圖。
[0028]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例三:雙頻道電力線載波通信模塊電路與其它通信方式(如塑料光纖通信、RS-485通信、無(wú)線通信)相互轉(zhuǎn)換，有機(jī)結(jié)合組網(wǎng)應(yīng)用示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]實(shí)施例一:
[0030]本實(shí)施例是將雙頻道電力線載波通信模塊電路應(yīng)用于國(guó)家電網(wǎng)單相電能表和三相電能表數(shù)據(jù)抄收及智能控制。
[0031]本實(shí)施例雙頻道電力線載波通信模塊電路原理框圖如附圖1所示。本實(shí)施例雙頻道電力線載波通信模塊電路中的載波通信芯片型號(hào)均為ES0191。
[0032]當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送時(shí):載波通信模塊的單片機(jī)通過(guò)弱電接口電路與終端設(shè)備通信，獲得將要發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后單片機(jī)同時(shí)向兩個(gè)載波芯片傳遞要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，載波芯片接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)配置的各自頻道，將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成該頻道的載波信號(hào)，完成調(diào)制過(guò)程，傳遞給fl、f2信號(hào)放大發(fā)送電路，將載波信號(hào)進(jìn)行放大，后經(jīng)強(qiáng)電接口電路耦合到電力線上，完成發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)過(guò)程。當(dāng)載波信號(hào)接收時(shí):電力線上的有效載波信號(hào)通過(guò)強(qiáng)電接口電路耦合，經(jīng)過(guò)H、f2接收濾波電路后，獲得較為純掙的載波信號(hào)并送入兩個(gè)載波芯片進(jìn)行解調(diào)。載波芯片解調(diào)出數(shù)據(jù)信號(hào)后，傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)收到兩路數(shù)據(jù)信號(hào)后，進(jìn)行智能判斷，提取正確的數(shù)據(jù)，丟掉錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)或者后到的數(shù)據(jù)。
[0033]本實(shí)施例國(guó)家電網(wǎng)單相電能表和三相電能表數(shù)據(jù)抄收及智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及連接關(guān)系如附圖2所示，在一個(gè)臺(tái)變下，所有國(guó)網(wǎng)單相電能表的火線接至A或B或C相，地線接至N相，所有國(guó)網(wǎng)三相電能表的相線分別接到A、B、C相線，零線接至N相，國(guó)網(wǎng)集中器的A、B、C、N端分別接至各相線。在所有單相電能表中配有單相雙頻道載波通信模塊、在所有三相電能表中配有三相雙頻道載波通信模塊、在集中器中配有集中器雙頻道載波通信模塊。所有雙頻道載波通信模塊借助電力線路構(gòu)成通信網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)電能表電能計(jì)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸，同時(shí)從集中器發(fā)出的控制信號(hào)也能到達(dá)每一個(gè)電能表。
[0034]本實(shí)施例中，配在國(guó)網(wǎng)單相電能表中的單相雙頻道載波通信模塊、配在國(guó)網(wǎng)三相電能表中的三相雙頻道載波通信模塊以及配在集中器中的雙頻道載波通信模塊有著基本相同的電路形式，除單片機(jī)電路、弱電接口電路、強(qiáng)電接口電路有所區(qū)別之外，其它電路基本相同。
[0035]本實(shí)施例中，集中器的雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)成如下，單片機(jī)電路(如附圖3所示)、第一載波通信芯片ES0191及f I頻道配置電路(如附圖4所示)、第二載波通信芯片ES0191及f2頻道配置電路(如附圖5所示)、flf2接收濾波電路和flf2載波信號(hào)放大發(fā)送電路(如附圖6所示)以及弱電接口電路(如附圖7所示)和強(qiáng)電接口電路(如附圖8所示)。
[0036]本實(shí)施例中，單相電能表和三相電能表的雙頻道電力線載波通信模塊電路構(gòu)成如下，單片機(jī)電路(如附圖9所示)、第一載波通信芯片ES0191及fl頻道配置電路(附圖4所示)、第二載波通信芯片ES0191及f2頻道配置電路(如附圖5所示)、flf2接收濾波電路和flf2載波信號(hào)放大發(fā)送電路(如附圖6所示)，弱電接口電路(如附圖10所示)，用于單相電能表的雙頻道電力線載波電路的強(qiáng)電接口電路如附圖11所示，用于三相電能表的雙頻道電力線載波電路的強(qiáng)電接口電路如附圖8所示。
[0037]本實(shí)施例中，由于采用了雙頻道載波方式通信，頻道跨度大，頻道fl為120KHZ，頻道f2為270KHZ，兩頻道可以獨(dú)立通信，實(shí)現(xiàn)了雙頻道信息互補(bǔ)通信，最大限度地提高了通信的抗擾性能，增強(qiáng)了可靠性。同時(shí)再配合特定的路由算法，為可靠通信提供更強(qiáng)有力保障。
[0038]由于本實(shí)施例雙頻道載波通信方式明顯提高了電力線載波通信的抗干擾性能，對(duì)于三相載波電力線通信，完全可以采用將三相收發(fā)電路整合到一起方式；同時(shí)將兩個(gè)載波通信芯片的接收、發(fā)送巧妙地合并到一個(gè)耦合線圈內(nèi)，將載波信號(hào)放大發(fā)送電路合二為一，這樣可都使得整個(gè)電路更加簡(jiǎn)潔，可靠。
[0039]本實(shí)施例現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作流程(參見(jiàn)附圖2)如下:
[0040]1、系統(tǒng)上電后，集中器同時(shí)通過(guò)兩個(gè)頻道向下發(fā)出自動(dòng)路由指令，系統(tǒng)中所配接的三相表，單相表依次根據(jù)自身的表號(hào)，輪流尋找自身附近可以可靠通信的單相表及三相表并上報(bào)集中器建立一個(gè)檔案。
[0041]2、集中器獲取到檔案后，即可以根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息抄到所需要的電表數(shù)據(jù)信息。
[0042]實(shí)施例二:
[0043]本實(shí)施例是將雙頻道電力線載波通信模塊應(yīng)用于家居智能控制系統(tǒng)，該家居智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及連接方式如附圖12所示。該系統(tǒng)構(gòu)成是在傳統(tǒng)供用電系統(tǒng)中，增加開(kāi)關(guān)控制器和電力線載波智能互動(dòng)終端。
[0044]本實(shí)施例中，在傳統(tǒng)空調(diào)器、電熱水器、電飯煲等傳統(tǒng)家居電器的前端各連接一個(gè)開(kāi)關(guān)控制器，各相電源線經(jīng)該開(kāi)關(guān)控制器再接入各用電器。這些開(kāi)關(guān)控制器主要由兩部分電路構(gòu)成，其一是電源開(kāi)關(guān)及控制電路，其二是雙頻道電力線載波通信模塊電路。在三相供電用電器(如空調(diào)器)的開(kāi)關(guān)控制器中配有類似實(shí)施例一中三相電能表雙頻道電力線載波通信模塊，在單相供電用電器(如電熱水器、電飯煲、電視機(jī)等)的開(kāi)關(guān)控制器中配有類似實(shí)施例一中單相電能表中雙頻道電力線載波通信模塊，電力線載波(PLC)智能互動(dòng)終端包括數(shù)據(jù)顯示和參數(shù)設(shè)置功能(可以選用液晶平板電腦，手機(jī)等等方式)和雙頻道電力線載波通信模塊電路。
[0045]各用電終端的前端所連接開(kāi)關(guān)控制器中的雙頻道電力線載波通信模塊與PLC智能互動(dòng)終端中的雙頻道電力線載波通信模塊之間經(jīng)電力線實(shí)現(xiàn)各用電器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)交?dòng)終端并顯示，同時(shí)，用戶在互動(dòng)終端上對(duì)各用電終端參數(shù)的設(shè)置指令傳輸?shù)礁鏖_(kāi)關(guān)控制器，進(jìn)而對(duì)各用電終端進(jìn)行實(shí)時(shí)或程序控制。
[0046]PLC智能互動(dòng)終端作為信息交匯平臺(tái)，一方面可以將各用戶的用電數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)郊衅?，最后匯總分析，進(jìn)行能效管理和控制，另一方面作為高度智能的互動(dòng)終端，可以以手機(jī)、電腦、IPAD等等作為控制互動(dòng)載體，用戶可以遠(yuǎn)程控制各種家用電器運(yùn)作方式，實(shí)現(xiàn)家用電器的自動(dòng)開(kāi)啟，關(guān)閉。
[0047]實(shí)施例三
[0048]本實(shí)施例是將雙頻道電力線載波通信模塊電路與其它通信方式組合，構(gòu)建成一個(gè)多信息載體的混合網(wǎng)，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活多變，便于實(shí)際應(yīng)用，滿足物聯(lián)網(wǎng)所需要的實(shí)用通信系統(tǒng)。
[0049]本實(shí)施例物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用通信系統(tǒng)如附圖13所示。該通信系統(tǒng)以雙頻道電力線載波通信方式為信號(hào)傳輸?shù)闹饕绞?，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了以下信號(hào)模式的相互轉(zhuǎn)換，即載波信號(hào)轉(zhuǎn)成塑料光纖信號(hào)，載波信號(hào)轉(zhuǎn)RS-485信號(hào)，載波信號(hào)轉(zhuǎn)無(wú)線信號(hào)等，再將塑料光纖信號(hào)傳送給塑料光纖通信設(shè)備或智能互動(dòng)終端，將RS-485總線信號(hào)傳送給RS-485通信設(shè)備，將無(wú)線信號(hào)傳送給無(wú)線通信設(shè)備。
[0050]本實(shí)施例通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同的信息載體、不同的通信方式和通信設(shè)備混合組網(wǎng)，尤其適合于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)。以雙頻道電力線載波通信方式作為本混合網(wǎng)絡(luò)中其它通信方式的媒介形式，充分發(fā)揮了雙頻道電力線載波通信的特長(zhǎng)，提升了該混合通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，便利性，從而滿足了更多種、更多變、更復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用需求。
【權(quán)利要求】
1.一種雙頻道電力線載波通信模塊電路，其構(gòu)成包括有，載波通信芯片及通信頻道配置電路，單片機(jī)，弱電接口電路、強(qiáng)電接口電路、信號(hào)接收濾波電路、載波信號(hào)放大發(fā)送電路，其特征在于:載波通信芯片為兩個(gè)，第一載波通信芯片及通信頻道配置電路形成的工作頻道為Π，第二載波通信芯片及通信頻道配置電路形成的工作頻道為f2 ;第一載波通信芯片的模擬信號(hào)輸入端連接Π接收濾波電路信號(hào)輸出端，fl接收濾波電路信號(hào)輸入端連接強(qiáng)電接口，第二載波通信芯片的模擬信號(hào)輸入端連接f2接收濾波電路信號(hào)輸出端，f2接收濾波電路信號(hào)輸入端連接強(qiáng)電接口 ；第一載波通信芯片和第二載波通信芯片的模擬信號(hào)輸出端與H、f2載波信號(hào)放大發(fā)送電路信號(hào)輸入端連接，H、f2載波信號(hào)放大發(fā)送電路信號(hào)輸出端連接強(qiáng)電接口電路，第一載波通信芯片和第二載波通信芯片的數(shù)字信號(hào)端連接單片機(jī)，單片機(jī)再連接弱電接口電路。
【文檔編號(hào)】H04B1/38GK203482198SQ201320510059
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】胡國(guó)祥, 余洋, 賀東 申請(qǐng)人:南京宇能儀表有限公司