CN102104399A

CN102104399A - 电能表网关与白色信息家电电力线载波通信系统

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Publication number: CN102104399A
Application number: CN2011100082050A
Authority: CN
Inventors: 郭建国; 毛星原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-16
Filing date: 2011-01-16
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2031-01-16
Also published as: CN102104399B

Abstract

电能表网关与白色信息家电电力线载波通信系统，包括三相四线电力线、电能表网关和白色信息家电，所述电能表网关连接在三相四线电力线上，所述白色信息家电连接在所述电能表网关电力出线上，其特征是，所述电能表网关和所述白色信息家电通过电力线进行相互载波通讯，电能表网关为载波通讯的主机，白色信息家电为载波通讯的终端从机。

Description

电能表网关与白色信息家电电力线载波通信系统

技术领域

本发明涉及一种载波通信系统，具体涉及电能表网关主机与白色信息家电从机之间，可以进行电力载波数字通信实施控制，以及电能表网关与白色信息家电信息交互载波通信系统结构组成方式。

背景技术

当前已公知的电子电能表都是一种电能计量的电表，或配电变压器低压侧中电力载波集中器（主机）通过380VAC三相四线电力线与各个电力载波电能表（从机），进行电压耦合型电力线载波电能表集中抄表。当前还没有电能表作为网关（主机），通过电能表输出的电力线进入用户家中与用户家中的白色信息家电（从机），进行电力载波通信进行实施信息交互与控制。当前现有的电力线载波电能表集中抄表系统，其中，1为配电变压器、2为低压侧PLC集中器（主机）、3为PLC电能表，4为电力线耦合电容，参看附图1。

为了能使电子电能表通过电力线与家庭中白色信息家电进行电力线载波通信，并且将电子电能表作为电力线载波通信的网关（主机），而电子电能表出线下方接入的白色信息家电作为从机。也就是说，电力线载波通信电能表网关只能与下端供电的白色信息家电进行电力线载波通信，而电力线载波通信电能表网关上端输入的380VAC电力线主干没有电力载波通信装置与载波信号。电力载波通信主机与从机的载波耦合器件，都是采用并联方式耦合在电力线上，所形成的载波调制的信号进行通信，简写为：PLC(Power line carrier)；电力载波通信主机与从机的载波耦合器件，都是采用串联方式耦合在电力线上，所形成的载波调制的信号进行通信，称为非对称电力线载波通信，简写为：APLC(Asymmetric Power line carrier)。

发明内容

为了使现有的电子电能表能与白色信息家电进行电力线载波数字通信，本发明提供一种电力线载波通信电能表网关为主机，白色信息家电为从机的电力线载波通信系统装置。

所述电能表网关与白色信息家电电力线载波通信，可以采用DPSK、FSK、S-FSK电力载波通信的调制信号。

所述电能表网关主要包括智能网关电路、智能电能量计量电路两大部分，并分为PLC电能表网关与APLC电能表网关两种形式；电能表网关通过输出的电力线进入用电用户，并与用户白色信息家电负载连接进行电力线载波通信，以及可以管理白色信息家电的系统装置。

本发明在电子电能表内设置有RS-485与APLC或PLC智能通信网关电路，从而组成电力线载波通信电能表网关可以跟白色信息家电进行数字通信的系统装置，白色信息家电可以是电力线载波通信的智能空调、智能电热水器、智能冰箱、智能断路器等。

所述PLC电能表网关与PLC白色信息家电进行电力载波通讯，为了防止PLC电能表网关载波调制的电压信号，泄露到配电变压器低压侧电力线上，在PLC电能表网关内或在电力线输入端的中线与相线中串联高频阻波器，形成PLC电能表网关电力出线的中线与相线中的高频载波调制电压信号，与PLC白色信息家电进行通信。PLC电能表网关电力输入线的中线与相线中串联高频阻波器，使PLC电能表网关电力线输入端只有50H z交流电压输入，高频载波调制电压信号无法从PLC电能表网关电力线输入端输出。PLC电能表网关输出电力线链接的白色信息家电进行电力线载波通讯系统框图，参看附图2，其中，1.1、1.2、1.n为PLC电能表网关；2.1、2.2、2.n为PLC白色信息家电；3.1、3.2、3.n为高频阻波器。

PLC电能表网关内部电路结构与PLC白色信息家电链接系统是由：1.0为PLC电能表网关；1-1为RS-485与PLC通信的智能通信网关电路；1-2为电能量计量智能电路；1-3为并联的载波信号耦合器件；1-4为稳压电路、1-5为耦合电容C组成PLC电能表网关。而1.0为PLC电能表网关；2.0为PLC白色信息家电；3.0为高频阻波器；4.0为PLC智能断路显示器组成PLC电能表网关与PLC白色信息家电链接系统及装置，参看附图3。

所述PLC电能表网关中1-1为RS-485与PLC通信的智能通信网关电路是由微处理电路1、电力线载波通信电路、RS-485电路组成；1-2为电能量计量智能电路是由微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路所组成；1-4为稳压电路是提供稳定的电路电源；1-3为并联的载波信号耦合器件是通过耦合电感的次级线圈与1-5电容C串联，在并联在电能表网关接线端子4（中线）与接线端子2（相线）；接线端子4（中线）与接线端子2（相线）也是PLC电能表网关的电力线出线的接线端子；接线端子3（中线）与接线端子1（相线）是PLC电能表网关的电力线进线的接线端子。

高频阻波器3.0是由电感线圈与电容组成，电感线圈串联在相线中，电容并联在电力线输入一侧的相线与中线中；高频阻波器3.0可以独立安装在PLC电能表网关外的电力线输入端，也可以设计在PLC电能表网关内电力线输入端。

所述APLC电能表网关与APLC白色信息家电进行电力载波通讯，在APLC电能表网关内的中线中串联载波信号耦合器件1-3，形成APLC电能表网关输出的中线与相线中的高频载波调制信号与APLC白色信息家电进行通信。APLC电能表网关内的中线中串联载波信号耦合器件1-3，而1-5电容C是并联在载波信号耦合器件1-3次级线圈电力进线中线接线端3与相线接线端2之间，使APLC电能表网关电力线输入端的50H z交流电压，基本无阻抗的通过载波信号耦合器件1-3；而载波信号耦合器件1-3与电容C，所形成的高频载波调制信号与在电力出线的中线与相线之间的接线端子2、接线端子4，组成电力出线一侧有载波调制信号电压差，而电力进线的中线与相线之间的接线端子1、接线端子3之间连接1-5电容C，形成高频载波信号短路，使的电力进线一侧的中线与相线之间没有高频载波调制信号。

所述的APLC电能表网关输出电力线链接的白色信息家电进行电力线载波通讯系统框图，参看附图4，其中，1.1、1.2、1.n为APLC电能表网关；2.1、2.2、2.n为APLC白色信息家电。

所述的APLC电能表网关内部电路结构与APLC白色信息家电链接系统是由：1.0为APLC电能表网关；1-1为RS-485与APLC通信的智能通信网关电路；1-2为电能量计量智能电路；1-3为串联的载波信号耦合器件；1-4为稳压电路；1-5为电容C组成APLC电能表网关。而1.0为APLC电能表网关；2.0为APLC白色信息家电； 4.0为APLC智能断路显示器组成APLC电能表网关与APLC白色信息家电链接系统及装置，参看附图5。

所述APLC电能表网关中1-1为RS-485与APLC通信的智能通信网关电路是由微处理电路1、电力线载波通信电路、RS-485电路组成；1-2为电能量计量智能电路是由微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路所组成；1-4为稳压电路是提供稳定的电路电源；1-3为串联的载波信号耦合器件是通过耦合电感的次级线圈串联在中线，在通过1-5电容C连接在电能表网关接线端子3（中线）与接线端子2（相线）；接线端子2（相线）与接线端子4（中线）是APLC电能表网关的电力线出线的接线端子；接线端子1（相线）与接线端子3（中线）是APLC电能表网关的电力线进线的接线端子。

附图说明

图1A现有的电力线载波通信电能表集中抄表系统框图；

图1B现有的电力线载波通信电能表载波通信原理图；

图2 PLC电能表网关与PLC白色信息家电进行通信的系统框图；

图3 PLC电能表网关电路原理框图；

图4 APLC电能表网关与APLC白色信息家电进行通信的系统框图；

图5 APLC电能表网关电路原理框图；

图6 PLC电能表网关电路原理图；

图7 APLC电能表网关电路原理图;

图8 PLC白色信息家电电力载波通信原理图；

图9 APLC白色信息家电电力载波通信原理图。

具体实施方式

实施例1：参照附图2所示，一种PLC电能表网关与PLC白色信息家电电力线载波通信系统中，设有PLC电能表网关1.1、1.2、1.n；PLC白色信息家电2.1、2.2、2.n；高频阻波器3.1、3.2、3.n。

所述PLC电能表网关，参看图3所示，图中1-1为RS-485与PLC通信的智能通信网关电路是由微处理电路1、电力线载波通信电路、RS-485电路组成；1-2为电能量计量智能电路是由微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路所组成；1-4为稳压电路是提供稳定的电路电源；1-3为并联的载波信号耦合器件是通过耦合电感的次级线圈与1-5电容C串联，在并联在电能表网关接线端子4（中线）与接线端子2（相线）；接线端子4（中线）与接线端子2（相线）也是PLC电能表网关的电力线出线的接线端子；接线端子3（中线）与接线端子1（相线）是PLC电能表网关的电力线进线的接线端子。

所述的PLC电能表网关电路原理，参照附图6所示，共4大电路部分：第一电路部分为RS-485与PLC通信的智能通信网关电路；是由微处理电路IC1、调制解调芯片IC2、RS-485电路IC3、光耦合器IC4、载波耦合电感器L1，以及外围器件所组成。RS-485与PLC通信的智能通信网关主要功能是微处理电路IC1通过现场总线RS-485与PLC通信的桥接，并管理PLC白色信息家电的检测、控制，也进行电能量计量智能电路的检测、电能量数据的传送，所以微处理电路IC1是PLC电能表网关电路中的主微处理器。

主微处理电路IC1是通过I2C总线链接与从微处理器IA1进行通信，主微处理电路IC1的P0.0、P1.7、P1.6、RST、INT1、SDA、SCL、P0.7对应链接调制解调芯片IC2的RXD_TXD、SYNC、R/T、RESET、WDI、SDA、SCL、PFO；主微处理电路IC1的PSK_OUT口链接载波信号输出放大电路，载波信号输出放大电路由三极管T1、T2、T3、T4；二极管D1、D2、D3、D4；电阻R4、R5；电容C7、C8所组成：主微处理电路IC1的SIGin口链接载波信号输入电路，载波信号输入电路由电阻R1；电容C3、C4、C5；电感L3；二极管D6、D7所组成：中线与相线并联载波耦合器件由电感L1、L2；电容C1、C2；限压二极管D1所组成，其中电感L1线圈1端与2端组成初级线圈，3端与4端组成次级线圈，次级线圈串联电容C2与中线与相线并联：主微处理电路IC1的串行通信口TXD、RXD与收发控制口P0.6，对应链接光耦合器IC4的4、1、6端口；光耦合器IC4的11、10、7端口对应链接RS-485电路IC3的1、4、2与3端口，电阻R9-R14是外围器件；RS-485电路IC3的A、B端口与电阻15、R16；限压二极管D8；接口插座JK1组成RS-485接口端；Z1为滤波器，Z2-Z4为晶振。

第二电路部分为电能量计量智能电路；是由微处理电路IA1、晶振ZA1、存储器IA2、温度传感器IA3、复位电路IA4、显示电路IA5、红外收发电路与外围器件所组成；微处理电路IA1的I2C接口端，对应链接存储器IA2、温度传感器IA3、显示电路IA5，以及主微处理电路IC1的I2C接口端，电阻RA2-RA10是上拉电阻。微处理电路IA1的T1口链接光耦合器IB3电量脉冲输出14端，而电量计量正、反向判断信号输出12端，链接微处理电路IA1的P0.1口。红外收发电路由三极管TA1、TA2；电阻RA11-RA15；红外发射管FD；红外接收管JD所组成，并对应链接微处理电路IA1的P0.6、TXD、RXD端口。

第三电路部分为电能计量电路；是由锰铜分压电阻RB1、电能计量芯片IB1、复位电路IB2、光耦合器IB3、稳压器IB4、压敏电阻MOV、稳压二极管DB1、发光二极管DB3、二极管DB2、晶振ZB1，以及外围电阻、电容所组成。电能计量芯片IB1可以采用当前美国ADI公司（或我国生产相对应的芯片）的ADE7755芯片；电能计量电路中电阻RB1、RB2、RB3，电容CB1、CB2、CB3组成电流采样电路，电阻RB1为锰铜合金分流器（阻值约几百μΩ），当用户负载用电时电力相线电流经过电阻RB1，电阻RB1有电压降电压，该电压降电压经过RB2、RB3连接到IB1 电能计量芯片ADE7755的5端与6端，电容CB1、CB2为滤波电容，电容CB3为相位差修正电容，需要修正时连接器J6可以开路或短路；电能计量电路中RB4—RB15串联组成分压电路，电阻RB4一端接到电力中线，分压电路是将220VAC电压进行分压降到几百毫伏，其中RB9—RB13电阻对应有分压电压值修正连接器J1—J5，连接器J1—J5可以分别进行开路或短路进行修正分压电压值，电阻RB15与RB16的一端通过电感LB1连接到电力相线，电阻RB15与RB16的另一端连接IB1 电能计量芯片ADE7755的8端与7端；IB2 复位电路采用MAX809，MAX809复位RST端连接IB1 电能计量芯片ADE7755的RST端；IB1 电能计量芯片ADE7755的13、14、14、16端是芯片内部放大器增益与分频选择端，可以通过连接器J7—J10选择高电平或低电平；IB1 电能计量芯片ADE7755的22端是电能频率转换的输出端，频率输出脉冲通过RB19、发光二极管DB3连接到多路光耦合器IB3中B1光耦合器1端，B1光耦合器与B2光耦合器的2端与3端是串联，B2光耦合器的4端连接DGND，B1光耦合器输出16端与15端连接JK2，JK2为脉冲输出外接口，B2光耦合器的输出14与12端连接IA1 微处理器计数T1口与P0.1口；IB1电能计量芯片ADE7755的20端是判断电阻RB1上的电流是正向还是反向的输出端，ADE7755的20端通过RB20连接到多路光耦合器IB3中B3光耦合器5端，B3光耦合器6端连接DGND，B3光耦合器输出12端连接IA1 微处理器计数P0.1口；ADE7755的17、18端连接晶体振荡器ZB1。电能计量电路使用的稳压电路是由压敏电阻MOV、电阻RB22、电容CB12、稳压二极管DB1、整流二极管DB2、滤波电容CB13、CB14、IB4 稳压器芯片、滤波电容CB15、CB16、CB17、电感LB1所组成，稳压电路是一个悬浮型稳压电路。

第四电路部分为稳压电路；是由ID1 稳压器芯片、ID2 稳压器芯片、ZD1 整流器、ZD2整流器，以及外围器件组成。稳压电路1是由电阻RD2、RD3、RD4；电容CD1-CD4、变压器LB2的副边线圈2、整流器ZD1所组成；稳压电路1主要是第一、二电路部分电路使用的稳压电路。稳压电路2是由、电容CD5、CD7、CD8；变压器LB2的副边线圈3、整流器ZD2所组成；稳压电路2主要是RS-485通信电路使用的隔离稳压电路。

实施例2：参照附图4所示，一种APLC电能表网关与APLC白色信息家电电力线载波通信系统及装置，设有APLC电能表网关1.1、1.2、1.n；APLC白色信息家电2.1、2.2、2.n。

所述APLC电能表网关内电路原理图，参照附图7所示，由微处理电路1、电力线载波通信电路、RS-485电路组成RS-485与APLC通信的智能通信网关电路1-1；由微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路所组成电能量计量智能电路1-2；1-4为稳压电路是提供稳定的电路电源；1-3为串联的载波信号耦合器件是通过耦合电感的次级线圈串联在中线，在通过1-5电容C连接在电能表网关接线端子3（中线）与接线端子2（相线）；接线端子2（相线）与接线端子4（中线）是APLC电能表网关的电力线出线的接线端子；接线端子1（相线）与接线端子3（中线）是APLC电能表网关的电力线进线的接线端子。

所述的APLC电能表网关电路原理，参照附图7所示，共4大电路部分：APLC电能表网关电路原理与PLC电能表网关电路原理不同之处是，第一电路部分中，APLC电能表网关电路中载波信号耦合器件的耦合电感L1的次级线圈串联在中线，电容C2是链接在中线与相线之间；而PLC电能表网关电路中载波信号耦合器件的耦合电感L1的次级线圈与电容C2串联，在并联在中线与相线之间；APLC电能表网关电路原理与PLC电能表网关电路原理其它电路部分都相同。所以，APLC电能表网关与APLC白色信息家电电力线载波通信系统及装置中不需要高频阻抗器，而PLC电能表网关与PLC白色信息家电电力线载波通信系统及装置中是需要高频阻抗器3.1、3.2、3n。

实施例3：参照附图8所示，PLC白色信息家电是由微处理器IC1、调制解调芯片IC2、载波耦合电感器L1、红外收发电路与外围器件，以及白色信息家电控制电路所组成。微处理电路IC1的P0.0、P1.7、P1.6、RST、INT1、SDA、SCL、P0.7对应链接调制解调芯片IC2的RXD_TXD、SYNC、R/T、RESET、WDI、SDA、SCL、PFO；微处理电路IC1的PSK_OUT口链接载波信号输出放大电路，载波信号输出放大电路由三极管T1、T2、T3、T4；二极管D1、D2、D3、D4；电阻R4、R5；电容C7、C8所组成：微处理电路IC1的SIGin口链接载波信号输入电路，载波信号输入电路由电阻R1；电容C3、C4、C5；电感L3；二极管D6、D7所组成：中线与相线并联载波耦合器件由电感L1、L2；电容C1、C2；限压二极管D1所组成，其中电感L1线圈1端与2端组成初级线圈，3端与4端组成次级线圈，次级线圈串联电容C2与中线与相线并联。红外收发电路由三极管TA1、TA2；电阻R9-RA13；红外发射管FD；红外接收管JD所组成，并对应链接微处理电路IA1的P0.5、TXD、RXD端口。微处理电路IC1的P0.4、P0.6口链接白色信息家电中红外遥控收发电路中I/O。

实施例4：参照附图9所示，APLC白色信息家电与PLC白色信息家电的电路原理基本相同，所不同的是电路中载波信号耦合器件的耦合电感L1的次级线圈串联在中线，电容C2是链接在中线与相线之间，形成载波调制电流信号；而PLC白色信息家电电路中载波信号耦合器件的耦合电感L1的次级线圈与电容C2串联，在并联在中线与相线之间，形成载波调制电压信号。

Claims

1.电能表网关与白色信息家电电力线载波通信系统，包括三相四线电力线、电能表网关和白色信息家电，所述电能表网关连接在三相四线电力线上，所述白色信息家电连接在所述电能表网关电力出线上，其特征是，所述电能表网关和所述白色信息家电通过电力线进行相互载波通讯，电能表网关为载波通讯的主机，白色信息家电为载波通讯的终端从机。

2.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关内与白色信息家电电路内分别设有载波信号耦合器件，耦合器件中耦合电感（L1）次级线圈第三端（3）与电容（C2）的一端连接，电容（C2）的另一端与相线连接，电感（L1）次级线圈第四端（4）与中线连接，在电能表网关的电力线输入端或电能表网关内进线端安装有高频阻波器。

3.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关内与白色信息家电电路内分别设有载波信号耦合器件，耦合器件中耦合电感（L1）的次级线圈串联在中线上，电能表网关内的电容（C2）的一端链接次级线圈第三端（3），另一端链接在相线上；白色信息家电电路内的电容（C2）的一端链接次级线圈第四端（4），电容（C2）的另一端链接在相线。

4.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关内设有智能通信网关电路，所述电能表网关通过 RS-485总线相互连接，所述智能通信网关电路通过RS-485总线及电力线直接与白色信息家电进行载波通信。

5.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关电路是多微处理器系统，由智能通信网关电路、电能量计量智能电路、电能计量电路和电源稳压电路组成，其中智能通信网关电路中调制解调芯片采用PL210X系列、MSM7512、LM1893或AMIS-49587；电能量计量智能电路与电能计量电路，采用一体化的专用PL32XX系列芯片；智能通信网关电路与能量计量智能电路中微处理器分别选择P89PLC9XX系列芯片或其它8位MCU。

6.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电力载波通讯的方式为：采用中线串联隔离型高频电感器耦合方式进行非对称电力载波通讯或采用相线串联隔离型高频电感器耦合方式进行非对称电力载波通讯。

7.根据权利要求3所述的APLC电能表网关，其特征是，所述电能表网关内的载波信号耦合器件设在电能表网关电力出线一侧。

8.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述白色信息家电由微处理器IC1、调制解调芯片IC2、载波耦合电感器L1、红外收发电路与外围器件，以及白色信息家电控制电路组成。

9.根据权利要求5所述的PLC电能表网关与APLC电能表网关，其特征是，所述电能表网关中还包括电能计量电路。

10.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关是三相四线制的电能表网关或单相两线制电能表网关。