一種基于低功耗載波通信方式的sts分體式電能表的制作方法
【專利摘要】一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，它包括集中器、主表和戶內(nèi)單元；通過兩個(gè)電容C2和C3使主表載波信號耦合到繼電器輸入輸出端聯(lián)通集中器和戶內(nèi)單元；戶內(nèi)單元載波模塊為主模塊，主表載波模塊為從模塊。主表欠費(fèi)拉閘后由戶內(nèi)單元電源管理模塊切換到電池供電，并提供載波通訊需要的12V電源。戶內(nèi)單元硬件由低靜態(tài)漏電流部件構(gòu)成，結(jié)合互鎖自切換/分時(shí)分區(qū)供電技術(shù)以延長電池壽命，市電掉電后系統(tǒng)能在無縫切換到備用電池供電；另外，模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會根據(jù)各通道的接收信號強(qiáng)度、信噪比和誤碼率，動態(tài)地調(diào)整發(fā)送功率和所選用通道，使得在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)那闆r下最大限度地降低發(fā)送功率。
【專利說明】一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)通信領(lǐng)域，尤其是一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，STS代碼表:代碼式預(yù)付費(fèi)電能表(Key-pad Prepayment Energy Meter),是一種采用虛擬介質(zhì)-代碼-進(jìn)行信息交換的電能表。代碼是指一組數(shù)字Token，如28375872373168543423。通過付費(fèi)系統(tǒng)，生成一組唯一的代碼(Token)，用戶再將此代碼(Token)通過電能表鍵盤(Key-pad)輸入到電能表(Meter)中，電能表根據(jù)協(xié)議在表內(nèi)進(jìn)行解碼，最后完成購電或充值，由于符合STS規(guī)范的代碼式預(yù)付費(fèi)電能表有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且經(jīng)過STS的測試認(rèn)證，以及使用了標(biāo)準(zhǔn)化的安全模塊加密算法，從而使所有符合STS規(guī)范的代碼式預(yù)付費(fèi)生產(chǎn)廠家的電表和付費(fèi)系統(tǒng)得以相互兼容。分體式電能表是區(qū)分于傳統(tǒng)一體式電能表，具有獨(dú)立顯示單元的電能表。電能表分為兩個(gè)部分:主表和戶內(nèi)單元，兩部分之間通過遠(yuǎn)程通訊接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。主表負(fù)責(zé)計(jì)量、數(shù)據(jù)處理、保存以及用電控制，而戶內(nèi)單元主要負(fù)責(zé)主表數(shù)據(jù)的顯示，人機(jī)交互，同時(shí)也可作為主表與外界數(shù)據(jù)交換的接口。分體式電能表在預(yù)付費(fèi)電能表系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大增強(qiáng)了預(yù)付費(fèi)電能表的抗攻擊性能。采用分體式預(yù)付費(fèi)電能表，主表可以安裝在電線桿或者計(jì)量箱等用戶較難接觸到的位置，增加用戶對電能表本體進(jìn)行攻擊的難度，從而降低用戶對電能表的接線進(jìn)行篡改或者對電能表薄弱部分進(jìn)行攻擊的可能性，增強(qiáng)主表的安全性。在竊電情況日益嚴(yán)重的今天，分體式電能表是一種簡單有效的防竊電手段。
[0003]目前集中器載波模塊是接在火線/零線進(jìn)(繼電器輸入端)來對主表進(jìn)行抄表，戶內(nèi)單元載波模塊是接在火線進(jìn)(繼電器輸入端)與主表通信。這樣不管繼電器通斷戶內(nèi)單元一直有電，有竊電隱患，且需單獨(dú)布線。另外一種是集中器載波模塊是接在火線/零線進(jìn)(繼電器輸入端)來對主表進(jìn)行抄表，戶內(nèi)單元載波模塊是接在火線出(繼電器輸出端)與主表通信。當(dāng)欠費(fèi)拉閘后戶內(nèi)單元使用電池供電通過載波與主表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這種方案中缺少高效的電源管理和動態(tài)調(diào)整載波發(fā)射功率功能，存在靜態(tài)漏電流大、動態(tài)功耗大、電池壽命短更換頻繁等不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述問題，提出一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，它包括集中器、主表和戶內(nèi)單元;
[0007]集中器包括主控制器一和與之連接的外設(shè)模塊一、載波模塊一，所述的載波模塊一的兩端分別接火線進(jìn)線端和零線進(jìn)線端，所述的載波模塊一與火線進(jìn)線端之間接入耦合電容Cl，所述的火線進(jìn)線端即主表的繼電器輸入端，集中器通過耦合電容Cl接火線進(jìn)線端來對主表進(jìn)行抄表；
[0008]主表包括主控制器二和與之連接的計(jì)量模塊、外設(shè)模塊二、載波模塊二，所述的載波模塊二的兩端分別串接載波電容C2、C3后接在繼電器的兩端，該繼電器的兩端分別接火線進(jìn)線端和火線出線端，對家用電器的用電量進(jìn)線計(jì)量，該家用電器的兩端分別接火線和零線的出線端；
[0009]戶內(nèi)單元包括主控制器三和與之連接的外設(shè)模塊三、載波模塊三，所述的載波模塊三的兩端分別接火線出線端和零線出線端，所述的載波模塊三與火線出線端之間接入耦合電容C4，所述的火線出線端即主表的繼電器輸出端，載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，進(jìn)行購電和電量查詢。
[0010]本發(fā)明的耦合電容Cl為220nF，耦合電容C2為220nF，耦合電容C3為100nF，耦合電容C4為100nF。
[0011]本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，外設(shè)模塊三包括鍵盤、電源管理模塊、電池、背光電路、IXD顯示器、蜂鳴器和存儲模塊；
[0012]所述的鍵盤為供用戶使用的輸入設(shè)備，其信號輸出端與主控制器三的對應(yīng)信號輸入端相連；
[0013]所述的電源管理模塊的輸入端作為電信號采集端接電能表的火線、零線出線端，電源管理模塊的輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端；
[0014]所述的電池提供備用電源；
[0015]所述的主控制器三與存儲模塊雙向連接，主控制器三的各信號輸出端分別連接背光電路、IXD顯示器和蜂鳴器的對應(yīng)信號輸入端。
[0016]本發(fā)明的載波模塊三采用BL6810，能夠通過四個(gè)頻點(diǎn)131.58k/263.16k/312.5k/416.67kHz BPSK方式與主表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電池供電時(shí)，載波模塊三接收到主控制器三的低功耗請求，根據(jù)當(dāng)前鏈路上的信噪比來選擇以信噪比最高的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0017]本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中；
[0018]載波數(shù)據(jù)接收部分包括以下步驟:
[0019](I)、載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，獲取當(dāng)前接收數(shù)據(jù)時(shí)所使用的頻點(diǎn)、各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率、噪聲信號的接收功率、誤碼率，以及有效信號的電壓增益(指載波芯片BL6810自動增益控制器的增益值，通過芯片寄存器直接讀取)；
[0020](2)、載波模塊三根據(jù)各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率和噪聲信號的接收功率，通過如下公式計(jì)算得出各頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比，并記錄；接收信號強(qiáng)度=有效信號的接收功率/16X0.1953/e?.辟氣mV信噪比=10Xlog1Q(有效信號的接收功率/噪聲信號的接收功率/2)，dB。
[0021]本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中；
[0022]載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分包括以下步驟:
[0023](I)、在主控制器中預(yù)設(shè)載波模塊三的四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率、接收信號強(qiáng)度和信噪比的最高閾值和最低閾值；
[0024](2)、載波模塊三查詢四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率:如果存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果不存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)，
[0025]則進(jìn)一步判斷是否存在誤碼率小于最高閾值且大于最低閾值的頻點(diǎn)，如果存在，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(4)，如果不存在；
[0026]則獲取四個(gè)頻點(diǎn)中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并增加發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0027](3)、載波模塊三對誤碼率小于最低閾值的各頻點(diǎn)，查詢對應(yīng)頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比；如果存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并降低當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0028]如果不存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則直接獲取其中發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0029](4)、載波模塊三對誤碼率在最低閾值和最高閾值之間的頻點(diǎn)，獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0030]本發(fā)明的電源管理模塊采用降低靜態(tài)功耗的方法:當(dāng)欠費(fèi)時(shí)主表繼電器斷開，電源管理模塊切換到電池供電，若30s沒有鍵盤操作則LED顯示器關(guān)閉所有外設(shè)進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低靜態(tài)功耗。
[0031]本發(fā)明的電源管理模塊包括變壓器、低壓差線性穩(wěn)壓器、電池電壓檢測電路、升壓電路和市電檢測電路，變壓器作為電源管理模塊的一信號輸入端接市電的火線和零點(diǎn)，變壓器的另一端接市電檢測電路的信號輸入端，市電檢測電路的信號輸出端接主控制器三，電池電壓檢測電路作為電源管理模塊的另一信號輸入端接電池，電池電壓檢測電路的信號輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端，電池通過升壓電路升壓后為各模塊供電。
[0032]本發(fā)明的有益效果:
[0033]本發(fā)明的市電和電池切換時(shí)間快；電池模式下系統(tǒng)功耗8uA，只有需要載波發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才打開升壓電路，大大降低系統(tǒng)功耗，提高電池使用壽命。
[0034]本發(fā)明通過兩個(gè)電容C2和C3使主表載波信號耦合到繼電器輸入輸出端聯(lián)通集中器和戶內(nèi)單元；戶內(nèi)單元載波模塊為主模塊，主表載波模塊為從模塊。主表欠費(fèi)拉閘后由戶內(nèi)單元電源管理模塊切換到電池供電，并提供載波通訊需要的12V電源。戶內(nèi)單元硬件由低靜態(tài)漏電流部件構(gòu)成，結(jié)合互鎖自切換/分時(shí)分區(qū)供電技術(shù)以延長電池壽命，市電掉電后系統(tǒng)能在無縫切換到備用電池供電，微處理器由全速運(yùn)行切換為智能調(diào)節(jié)能耗模式，按時(shí)按需給載波供電；同時(shí)，用戶無操作30S后進(jìn)入休眠，僅在從戶內(nèi)單元微處理器接收到用戶操作數(shù)據(jù)時(shí)才被喚醒；另外，模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會根據(jù)各通道的接收信號強(qiáng)度、信噪比和誤碼率，動態(tài)地調(diào)整發(fā)送功率和所選用通道，使得在保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)那闆r下最大限度地降低發(fā)送功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0036]圖2是本發(fā)明的戶內(nèi)單元的原理框圖。
[0037]圖3是本發(fā)明的電源管理模塊的原理框圖。
[0038]圖4是本發(fā)明的電源管理模塊的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0040]如圖1所示，一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，它包括集中器、主表和戶內(nèi)單元；
[0041]集中器包括主控制器一和與之連接的外設(shè)模塊一、載波模塊一，所述的載波模塊一的兩端分別接火線進(jìn)線端和零線進(jìn)線端，所述的載波模塊一與火線進(jìn)線端之間接入耦合電容Cl，所述的火線進(jìn)線端即主表的繼電器輸入端，集中器通過耦合電容Cl接火線進(jìn)線端來對主表進(jìn)行抄表；
[0042]主表包括主控制器二和與之連接的計(jì)量模塊、外設(shè)模塊二、載波模塊二，所述的載波模塊二的兩端分別串接載波電容C2、C3后接在繼電器的兩端，該繼電器的兩端分別接火線進(jìn)線端和火線出線端，對家用電器的用電量進(jìn)線計(jì)量，該家用電器的兩端分別接火線和零線的出線端；
[0043]戶內(nèi)單元包括主控制器三和與之連接的外設(shè)模塊三、載波模塊三，所述的載波模塊三的兩端分別接火線出線端和零線出線端，所述的載波模塊三與火線出線端之間接入耦合電容C4，所述的火線出線端即主表的繼電器輸出端，載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，進(jìn)行購電和電量查詢；
[0044]主表載波模塊通過C2和C3電容耦合到繼電器輸入輸出端，集中器通過C2抄主表，顯示單元通過C3與主表通信，進(jìn)行購電、電量查詢等操作。
[0045]本發(fā)明的耦合電容Cl為220nF，耦合電容C2為220nF，耦合電容C3為100nF，耦合電容C4為100nF。
[0046]如圖2所示，本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，外設(shè)模塊三包括鍵盤、電源管理模塊、電池、背光電路、IXD顯示器、蜂鳴器和存儲模塊；
[0047]所述的鍵盤為供用戶使用的輸入設(shè)備，其信號輸出端與主控制器三的對應(yīng)信號輸入端相連；鍵盤為3*4矩陣掃描鍵盤，包括數(shù)字O?9，退格鍵、回車鍵、長按數(shù)字鍵I?61秒可對應(yīng)輸入A?F。不同的功能需要輸入功能碼，查詢電量為鍵盤輸入37+回車鍵，輸入TOKEN碼為55+20位TOKEN碼+回車鍵；
[0048]所述的電源管理模塊的輸入端作為電信號采集端接電能表的火線、零線出線端，電源管理模塊的輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端；
[0049]所述的電池提供備用電源；電池采用4節(jié)7號電池提供6V電源。電池升壓電路采用MP3215 DC/DC芯片升壓到12V2，轉(zhuǎn)換效率90% ;220V通過變壓器產(chǎn)生12V1。背光蜂鳴器等高功耗器件由12V1供電。
[0050]所述的主控制器三與存儲模塊雙向連接，主控制器三的各信號輸出端分別連接背光電路、IXD顯示器和蜂鳴器的對應(yīng)信號輸入端。
[0051]LCD字符區(qū)選用米字形單元格可顯示8位英文字符，如當(dāng)前總電量、電壓、電流、剩余電量，非字符區(qū)可顯示拉合閘信息、竊電信息、載波收發(fā)狀態(tài)、電池狀態(tài)。
[0052]本發(fā)明的載波模塊三采用BL6810，能夠通過四個(gè)頻點(diǎn)131.58k/263.16k/312.5k/416.67kHz BPSK方式與主表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電池供電時(shí)，載波模塊三接收到主控制器三的低功耗請求，根據(jù)當(dāng)前鏈路上的信噪比來選擇以信噪比最高的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)。
[0053]本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中；
[0054]載波數(shù)據(jù)接收部分包括以下步驟:
[0055](I)、載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，獲取當(dāng)前接收數(shù)據(jù)時(shí)所使用的頻點(diǎn)、各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率、噪聲信號的接收功率、誤碼率，以及有效信號的電壓增益(指載波芯片BL6810自動增益控制器的增益值，通過芯片寄存器直接讀取)；
[0056](2)、載波模塊三根據(jù)各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率和噪聲信號的接收功率，通過如下公式計(jì)算得出各頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比，并記錄；接收信號強(qiáng)度=有效信號的接收功率/16X0.1953/e?.辟氣mV信噪比=10Xlog1Q(有效信號的接收功率/噪聲信號的接收功率/2)，dB。
[0057]本發(fā)明的戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中；
[0058]載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分包括以下步驟:
[0059](I)、在主控制器中預(yù)設(shè)載波模塊三的四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率、接收信號強(qiáng)度和信噪比的最高閾值和最低閾值(四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率閾值均為:最低閾值0.0125、最高閾值0.0625 ；接收信號強(qiáng)度閾值均為:最低閾值40、最高閾值70 ;信噪比閾值均為:最低閾值5、最高閾值 20)；
[0060](2)、載波模塊三查詢四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率:如果存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果不存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)，
[0061]則進(jìn)一步判斷是否存在誤碼率小于最高閾值且大于最低閾值的頻點(diǎn)，如果存在，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(4)，如果不存在；
[0062]則獲取四個(gè)頻點(diǎn)中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并增加發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；(每個(gè)頻點(diǎn)是獨(dú)立的，各頻點(diǎn)的當(dāng)前發(fā)送功率是上次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)采用的功率值，范圍0-128，第一次發(fā)送時(shí)為102 (即最大值*80% )，之后根據(jù)文中描述的邏輯關(guān)系步進(jìn)增加或減少)
[0063](3)、載波模塊三對誤碼率小于最低閾值的各頻點(diǎn)，查詢對應(yīng)頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比；如果存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并降低當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0064]如果不存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則直接獲取其中發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送；
[0065](4)、載波模塊三對誤碼率在最低閾值和最高閾值之間的頻點(diǎn)，獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0066]載波模塊三采用的動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法使用時(shí):若用戶操作鍵盤，系統(tǒng)由休眠轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)，打開載波模塊電源，載波模塊自適應(yīng)四種載波頻率131.58k/263.16k/312.5k/416.67kHz，以及自適應(yīng)三種通信數(shù)據(jù)速率5.48kbps/365bps/87bps，并且載波發(fā)送功率線性可調(diào)，模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會根據(jù)各通道的接收信號強(qiáng)度、信噪比和誤碼率，通過實(shí)時(shí)多通道評估算法，按照通信誤碼率、信噪比、接收信號強(qiáng)度優(yōu)先級由高到低的順序，首先根據(jù)實(shí)際環(huán)境測試得出的最低和最高閾值，篩選出通信可靠的通道，關(guān)閉誤碼率較高的通道，然后，查看其信噪比和接收信號強(qiáng)度，在滿足模塊接收靈敏度的前提下，再適度降低其當(dāng)前發(fā)送功率，該多級智能低功耗模式在保證戶內(nèi)單元基本功能的同時(shí)，提高電池使用效率。
[0067]如圖3、4所示，本發(fā)明的電源管理模塊采用降低靜態(tài)功耗的方法:當(dāng)欠費(fèi)時(shí)主表繼電器斷開，電源管理模塊切換到電池供電，若30s沒有鍵盤操作則LED顯示器關(guān)閉所有外設(shè)進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低靜態(tài)功耗。
[0068]本發(fā)明的電源管理模塊包括變壓器、低壓差線性穩(wěn)壓器、電池電壓檢測電路、升壓電路和市電檢測電路，變壓器作為電源管理模塊的一信號輸入端接市電的火線和零點(diǎn)，變壓器的另一端接市電檢測電路的信號輸入端，市電檢測電路的信號輸出端接主控制器三，電池電壓檢測電路作為電源管理模塊的另一信號輸入端接電池，電池電壓檢測電路的信號輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端，電池通過升壓電路升壓后為各模塊供電。戶內(nèi)單元檢測電池電壓，低于4V報(bào)警，報(bào)警方法在IXD顯示和蜂鳴器響。
[0069]電源管理模塊采用互鎖自切換/分時(shí)分區(qū)供電技術(shù)，當(dāng)有市電時(shí)，通過變壓器轉(zhuǎn)換后的12V1通過二極管Dl使D2反向截止關(guān)閉電池供電，系統(tǒng)由市電供電。當(dāng)市電掉電后12V1?4為零，Dl導(dǎo)通，D2截止，系統(tǒng)由電池供電。同時(shí)市電檢測電路提供給MCU檢測信號VIN_INT為“1”，MCU收到該信號同步進(jìn)入低功耗模式，當(dāng)有按鍵操作且需要發(fā)送時(shí)MCU輸出高有效信號3215_ON/OFF打開MP3215 BOOST電路，產(chǎn)生12V5給載波供電，以實(shí)現(xiàn)載波通訊。低漏電流LDO TLV70450產(chǎn)生5V給MCU+鍵盤+存儲+IXD使用5V供電；
[0070]當(dāng)12V1掉電后DlP反向穩(wěn)壓7.5V，三極管QlP導(dǎo)通VIN_INT由OV變?yōu)?V，產(chǎn)生掉電信號，該信號發(fā)給MCU，MCU收到VIN_INT信號后由全速模式切換到低速休眠模式，同時(shí)將3215_0N/0FF信號置為低電平關(guān)閉只在按鍵有按下動作時(shí)切換回全速模式。以降低功耗，提高電池效率。會打開三極管Q3P管腳2使其導(dǎo)通管腳I為低電平，MOS管管腳3與管腳2產(chǎn)生6V壓降，管腳3與管腳I導(dǎo)通，電池給MP3215提供電壓產(chǎn)生12V5。
[0071]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是它包括集中器、主表和戶內(nèi)單元； 集中器包括主控制器一和與之連接的外設(shè)模塊一、載波模塊一，所述的載波模塊一的兩端分別接火線進(jìn)線端和零線進(jìn)線端，所述的載波模塊一與火線進(jìn)線端之間接入耦合電容Cl，所述的火線進(jìn)線端即主表的繼電器輸入端，集中器通過耦合電容Cl接火線進(jìn)線端來對主表進(jìn)行抄表； 主表包括主控制器二和與之連接的計(jì)量模塊、外設(shè)模塊二、載波模塊二，所述的載波模塊二的兩端分別串接載波電容C2、C3后接在繼電器的兩端，該繼電器的兩端分別接火線進(jìn)線端和火線出線端，對家用電器的用電量進(jìn)線計(jì)量，該家用電器的兩端分別接火線和零線的出線端； 戶內(nèi)單元包括主控制器三和與之連接的外設(shè)模塊三、載波模塊三，所述的載波模塊三的兩端分別接火線出線端和零線出線端，所述的載波模塊三與火線出線端之間接入耦合電容C4，所述的火線出線端即主表的繼電器輸出端，載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，進(jìn)行購電和電量查詢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是所述的耦合電容Cl為220nF，耦合電容C2為220nF，耦合電容C3為lOOnF，耦合電容C4為10nF0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是所述的戶內(nèi)單元中，外設(shè)模塊三包括鍵盤、電源管理模塊、電池、背光電路、IXD顯示器、蜂鳴器和存儲模塊； 所述的鍵盤為供用戶使用的輸入設(shè)備，其信號輸出端與主控制器三的對應(yīng)信號輸入端相連； 所述的電源管理模塊的輸入端作為電信號采集端接電能表的火線、零線出線端，電源管理模塊的輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端； 所述的電池提供備用電源； 所述的主控制器三與存儲模塊雙向連接，主控制器三的各信號輸出端分別連接背光電路、IXD顯示器和蜂鳴器的對應(yīng)信號輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是所述的載波模塊三能夠通過四個(gè)頻點(diǎn)以BPSK方式與主表進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電池供電時(shí)，載波模塊三接收到主控制器三的低功耗請求，根據(jù)當(dāng)前鏈路上的信噪比來選擇以信噪比最高的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中; 載波數(shù)據(jù)接收部分包括以下步驟: (1)、載波模塊三通過耦合電容C4接火線輸出端與主表通信，獲取當(dāng)前接收數(shù)據(jù)時(shí)所使用的頻點(diǎn)、各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率、噪聲信號的接收功率、誤碼率，以及有效信號的電壓增益； (2)、載波模塊三根據(jù)各頻點(diǎn)的有效信號的接收功率和噪聲信號的接收功率，通過如下公式計(jì)算得出各頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比，并記錄； 接收信號強(qiáng)度=有效信號的接收功率/16X0.1953/e0.mV信噪比=1X 1gltl (有效信號的接收功率/噪聲信號的接收功率/2)，dB。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是戶內(nèi)單元中，載波模塊三采用動態(tài)功耗調(diào)節(jié)方法，包括載波數(shù)據(jù)接收部分和載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分，其中; 載波數(shù)據(jù)發(fā)送部分包括以下步驟: (1)、在主控制器中預(yù)設(shè)載波模塊三的四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率、接收信號強(qiáng)度和信噪比的最高閾值和最低閾值； (2)、載波模塊三查詢四個(gè)頻點(diǎn)的誤碼率:如果存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果不存在誤碼率小于最低閾值的頻點(diǎn)， 則進(jìn)一步判斷是否存在誤碼率小于最高閾值且大于最低閾值的頻點(diǎn)，如果存在，則獲取對應(yīng)頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(4)，如果不存在； 則獲取四個(gè)頻點(diǎn)中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并增加發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送； (3)、載波模塊三對誤碼率小于最低閾值的各頻點(diǎn)，查詢對應(yīng)頻點(diǎn)的接收信號強(qiáng)度和信噪比；如果存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并降低當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送； 如果不存在接收信號強(qiáng)度和信噪比均大于其對應(yīng)的最高閾值的頻點(diǎn)，則直接獲取其中發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送； (4)、載波模塊三對誤碼率在最低閾值和最高閾值之間的頻點(diǎn)，獲取其中當(dāng)前發(fā)送功率最低的頻點(diǎn)作為最優(yōu)頻點(diǎn)，并保持當(dāng)前發(fā)送功率進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是所述的電源管理模塊采用降低靜態(tài)功耗的方法:當(dāng)欠費(fèi)時(shí)主表繼電器斷開，電源管理模塊切換到電池供電，若30s沒有鍵盤操作則LED顯示器關(guān)閉所有外設(shè)進(jìn)入休眠狀態(tài)，降低靜態(tài)功耗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于低功耗載波通信方式的STS分體式電能表，其特征是電源管理模塊包括變壓器、低壓差線性穩(wěn)壓器、電池電壓檢測電路、升壓電路和市電檢測電路，變壓器作為電源管理模塊的一信號輸入端接市電的火線和零點(diǎn)，變壓器的另一端接市電檢測電路的信號輸入端，市電檢測電路的信號輸出端接主控制器三，電池電壓檢測電路作為電源管理模塊的另一信號輸入端接電池，電池電壓檢測電路的信號輸出端接主控制器三的對應(yīng)信號輸入端，電池通過升壓電路升壓后為各模塊供電。
【文檔編號】H04B3/54GK104464103SQ201410755395
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】張祥甫, 魏華義, 楊金土, 包海泉 申請人:江蘇林洋電子股份有限公司