一種全頻帶電力線載波通信裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種全頻帶電力線載波通信裝置，包括BPLC處理器、BPLC收發(fā)電路和BPLC耦合電路；BPLC是指寬帶電力線載波通信；本系統(tǒng)還包括窄帶載波發(fā)送電路、窄帶載波接收電路、窄帶信號耦合電路以及過零電路；窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路均設置在窄帶信號耦合電路與BPLC處理器之間；窄帶信號耦合電路與電力線連接；窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路與BPLC處理器的引腳相連；過零電路的輸入端接電力線，過零電路的輸出端接BPLC處理器的IO端口。該全頻帶電力線載波通信裝置能顯著提高抄表的成功率，且抄表效率高。
【專利說明】
一種全頻帶電力線載波通信裝置
技術領域
[0001]本實用新型特別涉及一種全頻帶電力線載波通信裝置，用于計量表的數(shù)據(jù)抄錄。
【背景技術】
[0002]國內從1996年開始，有部分廠家開始研究電力線載波通信用于電力線抄表，到2006年開發(fā)，關注電力線載波通信的公司迅速增多，但是大部分為使用通用單片機，在單片機內部實現(xiàn)電力線載波的調制和解調，這種方式開發(fā)出的載波通信方式稱之為窄帶載波，因為其通信帶寬從3K-50KHZ不等，帶寬較窄，且通信速率從50bps-5.4kbps不等，但是因為其受電網(wǎng)的干擾比較大，點對點成功率不高，特別是在電網(wǎng)用電高峰期，基本無法抄收數(shù)據(jù)，所以居民用戶的電表抄讀都選擇在每天的凌晨O點開始。
[0003]隨著國家建設堅強智能電網(wǎng)的號召，這種通信方式由于通信速率低，無法承載更大的數(shù)據(jù)收發(fā)，市場需要一種更快速度，更高成功率的通信技術，國際的高通、mstar，國內的華為海思相繼推薦了基于國際標準Homeplug的寬帶電力線載波通信芯片，其通信的頻率范圍為2MHz-30MHz，最高通信速率能達到IGbps，已經(jīng)廣泛應用于家庭上網(wǎng)的電力貓上，因為寬帶載波通信頻率高，信號在電力線上衰減快，同時在電力線為地埋線時，通信距離非常短，只適合在家庭內部使用。為了將該技術應用到電力線載波抄表上，將寬帶載波的通信速率降低到10Mbps，在極端的環(huán)境下，通信速率可以降低到3Mbps，在點對點通信距離上得到了一定的提升，但是在某些環(huán)境比較差的配電臺區(qū)，特別是全地埋線的情況下，通信成功率非常低，同樣無法滿足全部情況的抄表需求。
[0004]因此，有必要設計一種新的用于抄表的電力線載波通信裝置。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種全頻帶電力線載波通信裝置，該全頻帶電力線載波通信裝置易于實施，能顯著提高抄表的成功率。
[0006]實用新型的技術解決方案如下:
[0007]一種全頻帶電力線載波通信裝置，包括BPLC處理器、BPLC收發(fā)電路和BPLC耦合電路;BPLC是指寬帶電力線載波通信;BPLC收發(fā)電路的一側與BPLC處理器的寬帶收發(fā)端口相連，BPLC收發(fā)電路的另一側通過BPLC耦合電路與電力線連接；
[0008]還包括窄帶載波發(fā)送電路、窄帶載波接收電路、窄帶信號耦合電路以及過零電路；
[0009]窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路均設置在窄帶信號耦合電路與BPLC處理器之間；窄帶信號耦合電路與電力線連接;窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路與BPLC處理器的引腳相連;BPLC處理器的引腳包括1引腳和DAC引腳，1引腳為普通的通用1引腳，1引腳可以作為使能信號輸出端，DAC引腳是指數(shù)字轉模擬信號引腳，即BPLC處理器內部集成的DAC的輸出端，通過DAC弓丨腳能模擬正弦波的輸出；
[0010]過零電路的輸入端接電力線，過零電路的輸出端接BPLC處理器的1端口。
[0011]由BPLC處理器產生窄帶載波調制信號發(fā)送給窄帶載波發(fā)送電路，并對窄帶載波接收電路接收的窄帶載波信號先在窄帶載波的接收電路(MC3361)中進行鑒頻，再輸入到BPLC處理器進行解調，從而實現(xiàn)窄帶載波通信。
[0012]BPLC收發(fā)電路中的發(fā)送電路采用通用PA芯片，接收電路采用電阻、電容和電感組成的多級濾波電路。
[0013]PA芯片采用ISL1571型芯片。
[0014]窄帶載波的接收電路采用MC3361芯片(負責接收調頻信號的鑒頻)。
[0015]BPLC處理器采用寬帶電力線載波芯片高通的QCA7000型芯片。
[0016]BPLC耦合電路中的耦合變壓器的收發(fā)線圈分開，原邊匝數(shù):發(fā)送線圈匝數(shù):接收線圈匝數(shù)之比為4:1:5。
[0017]由寬帶載波處理器產生兩種不同頻率的正弦波信號:MO(如138kHz)和Ml(如126kHz)，兩個信號頻率差為不超過15KHz，每次發(fā)送MO或Ml的時間設為τ，這個時間是指MO或Ml持續(xù)的時間，(τ < 10微秒)，通過過零電路獲取到220V正弦交流電的過零點，在過零點前后時間t(t < 4毫秒)里進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，每個過零點發(fā)送Ibit有效數(shù)據(jù)(有效數(shù)據(jù)是指一個O或I)。
[0018]基于該寬帶載波處理器，通過通用1腳外接窄帶載波通信的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送電路采用分立元器件搭接，接收電路采用通用的FSK鑒頻芯片，同時增加寬帶載波芯片的信號親合電路；
[0019]寬帶載波發(fā)送電路采用外置PA方式，PA芯片采用ISL1571，接收電路為電阻、電容和電感組成的多級濾波電路。
[0020]本通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)抄讀時，先采用寬帶載波方式進行配電臺區(qū)的電表抄表，一輪抄完后，統(tǒng)計未成功抄表的電表，抄表命令下發(fā)后一定時間未返回數(shù)據(jù)或返回數(shù)據(jù)錯誤即為未成功抄表，再采用窄帶載波通信方式進行補抄，直到成功率為100%。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0022]本實用新型的全頻帶電力線載波通信裝置，結合了窄帶載波通信距離遠、信號衰減慢點對點通信距離的優(yōu)點，同時也結合了寬帶載波通信的速率快等優(yōu)點，能完美解決全部臺區(qū)的抄表需求，顯著提高抄表的成功率，試驗表明能使全部臺區(qū)半小時抄表成功率達至|J100%，能滿足用電信息采集系統(tǒng)的成功率和高效率的需求。
[0023]另外，本方案的實施成本低，在原有寬帶載波芯片的基礎上增加窄帶通信電路，而且通過原有寬帶載波芯片模擬窄帶載波通信的調制和解調，易于實施，構思巧妙，而效果特別突出，是本實用新型的關鍵點所在。
[0024]寬帶電力線載波處理器內置了寬帶載波的調制和解調器，采用ARM9內核，采用(FDM的調制方式，通信頻率2-12MHZ，物理層最大通信速率達10Mbps，該寬帶載波通信芯片外加的寬帶載波收發(fā)電路、信號耦合電路保持不變，實現(xiàn)寬帶電力線載波通信。
[0025]本實用新型實現(xiàn)了寬帶載波通信和窄帶載波通信的互補，相比窄帶載波，極大提升了通信速率，滿足智能電網(wǎng)需求，相比寬帶載波，極大提升了點對點通信距離，特別是地埋線下的通信距離。
[0026]本方案中涉及到的調整和解調等操作均為芯片內部硬件完成，屬于現(xiàn)有成熟技術，不涉及程序和方法。
【附圖說明】
[0027]圖1為全頻帶電力線載波通信裝置的總體架構圖；
[0028]圖2為窄帶載波信號發(fā)送電路圖；
[0029]圖3為窄帶載波接收電路圖；
[0030]圖4為窄帶載波耦合電路圖；
[0031 ]圖5為窄帶載波過零電路圖；
[0032]圖6為寬帶載波信號收發(fā)和耦合電路。
【具體實施方式】
[0033]為了便于理解本實用新型，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本文實用新型做更全面、細致地描述，但本實用新型的保護范圍并不限于一下具體實施例。
[0034]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本實用新型的保護范圍。
[0035]實施例:
[0036]如圖1，一種全頻帶電力線載波通信裝置，包括BPLC處理器、BPLC收發(fā)電路和BPLC耦合電路;BPLC是指寬帶電力線載波通信;BPLC收發(fā)電路的一側與BPLC處理器的寬帶收發(fā)端口相連，BPLC收發(fā)電路的另一側通過BPLC耦合電路與電力線連接；
[0037]全頻帶電力線載波通信裝置還包括窄帶載波發(fā)送電路、窄帶載波接收電路、窄帶信號耦合電路以及過零電路；
[0038]窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路均設置在窄帶信號耦合電路與BPLC處理器之間；窄帶信號耦合電路與電力線連接;窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路與BPLC處理器的引腳相連;BPLC處理器的引腳包括1引腳和DAC引腳，1引腳為普通的通用1引腳，1引腳可以作為使能信號輸出端，DAC引腳是指數(shù)字轉模擬信號引腳，即BPLC處理器內部集成的DAC的輸出端，通過DAC弓丨腳能模擬正弦波的輸出；
[0039]過零電路的輸入端接電力線，過零電路的輸出端接BPLC處理器的1端口。
[0040]由BPLC處理器產生窄帶載波調制信號發(fā)送給窄帶載波發(fā)送電路，并對窄帶載波接收電路接收的窄帶載波信號先在窄帶載波的接收電路(MC3361)中進行鑒頻，再輸入到BPLC處理器進行解調，從而實現(xiàn)窄帶載波通信。
[0041]BPLC收發(fā)電路中的發(fā)送電路采用通用PA芯片，接收電路采用電阻、電容和電感組成的多級濾波電路。
[0042]PA芯片采用ISL1571型芯片。
[0043]窄帶載波的接收電路采用MC3361芯片(負責接收調頻信號的鑒頻)。
[0044]BPLC處理器采用寬帶電力線載波芯片高通的QCA7000型芯片。
[0045]BPLC耦合電路中的耦合變壓器的收發(fā)線圈分開，原邊匝數(shù):發(fā)送線圈匝數(shù):接收線圈匝數(shù)之比為4:1:5。
[0046]由寬帶載波處理器產生兩種不同頻率的正弦波信號:MO(如138kHz)和Ml(如126kHz)，兩個信號頻率差為不超過15KHz，每次發(fā)送MO或Ml的時間設為τ，這個時間是指MO或Ml持續(xù)的時間，(τ < 10微秒)，通過過零電路獲取到220V正弦交流電的過零點，在過零點前后時間t(t < 4毫秒)里進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，每個過零點發(fā)送Ibit有效數(shù)據(jù)(有效數(shù)據(jù)是指一個O或I)。
[0047]圖2中，TX_EN為發(fā)送使能信號，DAC_0UT為載波輸出信號，TX_0UT為經(jīng)放大后的載波輸出信號，其中TX_0UT，DAC_0UT為寬帶載波處理器輸出信號，TX_0UT為輸出到耦合電路的載波信號。圖3的窄帶載波信號發(fā)送電路采用分立元器件搭建，電路將處理器是輸出的信號經(jīng)過多級放大和濾波后，再通過耦合變壓器將信號發(fā)射出去。
[0048]針對圖3，通過耦合變壓器耦合來的載波信號，由MC3361進行鑒頻后，到RISE3902芯片進行解調，再送入寬帶載波芯片處理。
[0049]圖4中，窄帶載波信號耦合電路由安規(guī)電容，耦合變壓器組成，安規(guī)電容將50Hz的交流電進行隔離。從電網(wǎng)中接收到的載波信號通過安規(guī)電容，從耦合變壓器原邊耦合到副邊，然后進入MC3361進行解調。
[0050]圖5為窄帶載波過零電路圖，過零電路由降壓電子和光耦組成，利用光耦的通斷產生方波信號，輸入到寬帶載波芯片1腳進行檢測。其中ZERO為輸入到寬帶載波處理器的過零信號，寬帶載波芯片根據(jù)該信號的電平來進行窄帶載波信號的收發(fā)。
[0051]如圖6，寬帶載波信號收發(fā)和耦合電路由安規(guī)電容、耦合變壓器，多級濾波電路組成，安規(guī)電容濾除掉50Hz的交流電，由BPLC處理器發(fā)送出來的載波信號通過耦合變壓器耦合到強電線路上，電力線上接收到的寬帶載波芯片通過安規(guī)電容后，通過耦合變壓器后，經(jīng)過多級濾波后輸入到寬帶載波處理芯片內部解調。
[0052]寬帶載波芯片電路，寬帶載波芯片內嵌ARM9內核，外部需要接程序FLASH，晶體和復位電路等。
[0053]應用效果說明:
[0054]目前在臺區(qū)線路比較好的情況下，純窄帶載波的日抄表成功率能達到98%以上！寬帶載波能做到3小時抄表成功率100%，但是對存在地埋線的臺區(qū)，日抄表成功率可能低
JlJ 40% ο
[0055]通過實施本方案，在多個配電臺區(qū)進行試點，均能做到半個小時抄表成功率100%，同時滿足100%遠程費控。
【主權項】
1.一種全頻帶電力線載波通信裝置，包括BPLC處理器、BPLC收發(fā)電路和BPLC耦合電路；BPLC是指寬帶電力線載波通信;BPLC收發(fā)電路的一側與BPLC處理器的寬帶收發(fā)端口相連，BPLC收發(fā)電路的另一側通過BPLC耦合電路與電力線連接； 其特征在于，還包括窄帶載波發(fā)送電路、窄帶載波接收電路、窄帶信號耦合電路以及過零電路； 窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路均設置在窄帶信號耦合電路與BPLC處理器之間；窄帶信號耦合電路與電力線連接;窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路與BPLC處理器的引腳相連;BPLC處理器的引腳包括1引腳和DAC引腳； 過零電路的輸入端接電力線，過零電路的輸出端接BPLC處理器的1端口。2.根據(jù)權利要求1所述的全頻帶電力線載波通信裝置，其特征在于，BPLC收發(fā)電路中的發(fā)送電路采用通用PA芯片，接收電路采用電阻、電容和電感組成的多級濾波電路。3.根據(jù)權利要求1所述的全頻帶電力線載波通信裝置，其特征在于，PA芯片采用ISL1571型芯片。4.根據(jù)權利要求3所述的全頻帶電力線載波通信裝置，其特征在于，窄帶載波的接收電路采用MC3361芯片。5.根據(jù)權利要求1所述的全頻帶電力線載波通信裝置，其特征在于，BPLC處理器采用寬帶電力線載波芯片高通的QCA7000型芯片。6.根據(jù)權利要求1-5任一項所述的全頻帶電力線載波通信裝置，其特征在于，BPLC耦合電路中的耦合變壓器的收發(fā)線圈分開，原邊匝數(shù):發(fā)送線圈匝數(shù):接收線圈匝數(shù)之比為4:1:5。
【文檔編號】H04B3/56GK205490538SQ201620206311
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】邱仁峰, 劉利方, 熊凱州, 易模
【申請人】長沙瑞斯康通信技術有限公司