CN102111188B

CN102111188B - 非对称电力线载波通信系统

Info

Publication number: CN102111188B
Application number: CN 201110051183
Authority: CN
Inventors: 郭建国; 毛星原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: CN102111188A

Abstract

一种非对称电力线载波通信系统，包括：电力相线、中线和若干电能表网关，每个所述电能表网关的两根电力线进线分别与电力相线和中线连接，每个所述电能表网关的出线端分别连接用能设备或断路器，在电能表网关中设有第一电感L1，第一电感L1的次级线圈设在相线和中线之一的、电能表网关进线端和出线端之间，在用能设备或断路器进线端和出线端之间设有第二电感L2，第二电感L2的次级线圈设在和第一电感L1对应的线路上，第一电容C1并联第一电感L1首端的中线与相线之间，第二电容C2相对应并联在第二电感L2尾端的中线与相线之间。

Description

非对称电力线载波通信系统

技术领域

本发明涉及一种电能表网关面向家庭用户或单位用能电器设备，组成新型的非对称电力载波通信体系。具体涉及非对称电力载波通信的电能表网关与非对称电力载波通信的白色信息家电之间，可以进行非对称电力载波数字通信，实施控制及信息交互，以及智能型载波通讯电路芯片。非对称电力载波通讯，简写为：APLC(Asymmetric Power line carrier)。

背景技术

当前已公知的电力线载波通信系统，主要由变压器低压侧380VAC三相四线电力线上，联接电力载波集中器主机与多个电力载波电能表从机，并且集中器主机与电能表从机都是采用并联方式将隔离载波电压信号耦合在电力线中线与相线之间，组成电力线载波通信电能表抄表系统。当前现有的电力线载波通信电能表集中抄表系统，参看附图1。

载波通信主机与载波通信从机都是采用并联方式，将隔离载波电压信号耦合在电力线中线与相线之间，进行电力线载波通信，简写为：PLC(Power line carrier)。

附图1中电力线载波通信电能表抄表系统中PLC集中器主机安装在变压器低压侧附近出线端，而多个PLC电能表从机安装在低压侧远端电力线中线与相线之间。其中PLC集中器主机的载波信号耦合在隔离电感L次级线圈上，经3个电容C，分别链接相线A、B、C与中线N，而每个PLC电能表从机的载波信号耦合隔离电感Ln次级线圈上，经电容C，分别链接相线A、B、C与中线N。PLC集中器主机与PLC电能表从机之间，通过电力线相线与中线之间耦合载波电压信号进行半双工电力线载波通信。也就是说，PLC集中器主机通过点名方式在多个PLC电能表从机中，选择要进行通信的PLC电能表从机进行主、从机之间通信的方式。所以，当前采用的PLC电力载波电能表抄表系统中只能有1个主机，由主机分时与所选择的从机两者之间进行通信，此时变压器低压侧电力线相线A、B、C与中线N之间有主、从机通信载波电压信号。其它从机只能等待主机的点名选择，才能与主机进行通信，未选择的从机不能主动在电力线上耦合载波电压信号与主机通信，否则会干扰正在被选择的从机与主机进行通信。

当前在电力线相线A、B、C与中线N中，还没有多个电能表网关（主机）的设置，并通过电能表网关输出的电力线，进入用户家中与用户家中多白色信息家电（从机）进行电力载波通信。

为了解决多个电能表网关（主机）通过电力线与家庭中多个白色信息家电（从机）进行电力线载波通信，而且使电力线相线A、B、C与中线N中多个电能表网关（主机），能同时与各自相对应白色信息家电（从机）进行电力线载波通信。

发明内容

为了使变压器低压侧电力线相线A、B、C与中线N之间，安装多个电能表网关（主机）与多个白色信息家电（从机），进行电力线载波通信，本发明提供一种非对称电力线载波通信体系，形成多个电能表网关（主机）与多个白色信息家电（从机）进行非对称电力线载波通信，并解决了多个电能表网关（主机）在同时载波通信时，相互不产生通信干扰的系统体系。

本发明是在中国 200410103051.3号发明专利申请：“一种非对称电力载波通讯装置”的基础上，实现一种非对称电力线载波通信电能表网关与白色信息家电从机进行电力线载波通信的装置。

实现本发明目的技术方案是：一种非对称电力线载波通信系统，包括：电力相线、中线和若干电能表网关，每个所述电能表网关的两根电力线进线分别与电力相线和中线连接，每个所述电能表网关的出线端分别连接用能设备或断路器，在电能表网关中设有第一电感L1，第一电感L1的次级线圈设在相线和中线之一的、电能表网关进线端和出线端之间，在用能设备或断路器进线端和出线端之间设有第二电感L2，第二电感L2的次级线圈设在和第一电感L1对应的线路上，第一电容C1并联第一电感L1首端的中线与相线之间，第二电容C2相对应并联在第二电感L2尾端的中线与相线之间；电能表网关作为电力载波通信主机，用能设备或断路器作为电力载波通信从机，电能表网关中第一电感L1次级线圈在电力线中线或相线中产生的载波电压信号，经第一电容C1在出线端中线与相线之间形成第一载波电压信号Vab；用能设备或断路器中第二电感L2-次级线圈在电力线中线或相线中产生的载波电压信号，经第二电容C2在各自进线端中线与相线之间形成第二载波电压信号Vba。

本发明采用非对称电力线载波通信电路设计在电能表内，使电能表完成电能计量基本功能的同时，形成非对称电力线载波通信电能表网关。而非对称电力线载波通信电能表网关可以跟白色信息家电进行非对称电力线载波通信，白色信息家电可以是非对称电力线载波通信的网络空调、网络电热水器、网络冰箱等用能设备，以及非对称电力线载波通信断路器及开关。非对称电力线载波通信电能表网关主机与用能设备从机之间通信示意图，参看附图2 。

非对称电力载波通讯是指：电力系统10kV（20 kV）配电变压器低压侧三相四线制（A相、B相、C相、N相）中，接入的非对称电力线载波通信电能表网关（主机）出线端，是采用在N相（中线）串联隔离型高频互感器结构，而非对称电力线载波通信用能设备（从机）进线端，也采用N相（中线）串联隔离型高频互感器结构，并通过隔离型高频互感器次级线圈在N相产生串联载波信号，载波信号可以是FSK、S-FSK、BPSK调制信号，形成主机的出线端与从机的进线端之间的电力线，进行非对称电力线载波通讯；而且主机的电力线进线端与从机的电力线出线端之外的电力线上无通信载波电压信号，这是非对称电力载波通讯的主要特征。

本实施例非对称电力线载波通信电能表网关电路部分由第二微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路、第一微处理电路1、电力载波通信电路、RS-485电路、稳压电路组成，参看图3所示。而第一微处理电路1、电力载波通信电路与各个非对称电力线载波通信用能设备中微处理电路、电力载波通信电路可以集成一个电力线智能载波通信电路芯片。

本实施例非对称电力线载波通信系统，电源供电也可以采用直流电源，并在直流电力线上进行非对称电力线载波通信系统，参看附图4所示。

本发明采用非对称电力线载波通信原理，使在电力线相线A、B、C与中线N中多个电能表网关（主机）能非对称、单方向在电能表出线端，同时与各自相对应白色信息家电（从机）进行电力线载波通信，而多个电能表网关（主机）进线端无电力线载波信号，使多个电能表网关（主机）之间的电力线主干上无干扰载波电压信号。

附图说明

图1 现有PLC电力线载波通信电能表集中抄表系统简图；

图2 APLC电能表网关与APLC用能设备之间通信原理图；

图3 APLC电能表网关与APLC用能设备之间联接结构图；

图4 DC-PLC网关与DC-PLC终端设备之间通信原理图；

图5 智能S-FSK载波通信芯片电路结构图;

图6 智能FSK载波通信芯片电路结构图。

具体实施方式

实施例1，参照附图2所示，本发明实施例一种非对称电力线载波通信系统包括：若干APLC电能表网关1.0a、1.0b……1.0n、第一电感L1、第一电容C1；APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n、第二电感L2、第二电容C2，以及变压器电力相线与中线所组成。APLC电能表网关1.0a、1.0b……1.0n作为电力载波通信主机，APLC用能设备或断路器2.0作为电力载波通信从机。其中APLC电能表网关1.0与APLC用能设备或断路器2.0中第一电感L1与第二电感L2都是串联在电力线N相（中线）中，而第一电容C1并联在电力进线端第一电感L1中线与相线之间，第二电容C2相对应并联在第二电感L2出线端中线与相线之间。APLC电能表网关1.0a、1.0b……1.0n中第一电感L1次级线圈产生的载波电压信号，经第一电容C1在出线端中线与相线之间形成Vab载波电压信号，而APLC电能表网关1.0a、1.0b……1.0n的电力进线端中线与相线因有第一电容C1，使的载波调制信号短路，在进线端中线与相线之间无法形成载波电压信号。所以APLC电能表网关1.0a、1.0b……1.0n只能非对称、单方向在出线端中线与相线形成Vab载波电压信号与APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n进行通信。APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n中第二电感L2次级线圈产生的载波电压信号，经第二电容C2在各自进线端中线与相线之间形成Vba载波电压信号，而各自APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n的电力出线端中线与相线，因各自有第二电容C2短路载波调制信号，使APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n的电力出线端中线与相线之间，无法形成载波电压信号。所以APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n只能非对称、单方向在进线端中线与相线形成Vba载波电压信号与APLC电能表网关1.0进行通信。

实施例2，参照附图3所示，本发明进一步优化说明。

电能表网关1.0主要由第二微处理电路2、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路、第一微处理电路1与电力载波通信电路、RS-485电路、稳压电路、电阻R、第一电感L1、第一电容C1所组成。其中第一电感L11.2是电力载波隔离高频电感器，高频电感器的次级线圈串联在电力线接线端子3、接线端子4之间的N相中，第一电容C11.3并联在电力线接线端子2、接线端子3之间N相与L相（L相：可以是A相或B相或C相）之间。APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n中，高频电感器2.2a、2.2b……2.2n的次级线圈串联在电力线N相中，第二电容C2分别对应并联在电力线出线端N相与L相之间，而电力线出线端N相与L相，在与相对应的APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n控制电路与稳压电路相连。非对称电力线载波通信电能表网关1.0与APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n中，第一微处理电路1与电力载波通信电路1.1以及微处理电路与电力载波通信电路2.1a、2.1b……2.1n分别是专门集成的智能载波通信电路芯片。

实施例3，参照附图4所示，本发明进一步优化说明。非对称电力线载波通信DC-PLC网关1.0与DC-PLC终端设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n，也可以采用直流供电，组成DC-PLC网关主机与DC-PLC终端设备非对称电力线载波通信，工作原理与实施例1相同。

实施例4，参照附图5所示，非对称电力线载波通信电能表网关1.0与APLC用能设备或断路器2.0a、2.0b……2.0n中，第一微处理电路1与电力载波通信电路1.1、微处理电路与电力载波通信电路2.1分别是专门集成的S-FSK智能载波通信电路芯片。

S-FSK智能载波通信电路芯片主要特征是：是由一个微处理器80C51 CPU、S-FSK调制器、S-FSK解调器、时钟与控制器所组成。其中微处理器80C51 CPU具有外接串行接口UART（TXD、RDX）、I2C接口（SDA、SCL）、SPI接口(MOIS、MISO、SS、CLK)、定时器(T0、T1)、振荡器接口(XIN-2、XOUT-2)、I/O口（P0.2-P0.7）。

S-FSK调制器是由发送数字正弦合成器、D/A转换器、低频滤波器、放大器组成，发送数字正弦合成器的输入端在芯片内连接微处理器80C51 CPU的PORT0口，放大器输出调制信号的接口（TX_OUT）。

S-FSK解调器是由解调器、A/D转换器、增益控制器、防混淆滤波器、REF参考电压电路所组成，解调器输出端在芯片内连接微处理器80C51 CPU的PORT0口；时钟与控制器是交流电50Hz过零同步检测与时钟发生器；输入调制信号接口（RX_IN）连接防混淆滤波器输入端; REF参考电压电路是进行ASK解调方式所需要的参考电压。

S-FSK智能载波通信电路芯片外围引脚有：串行接口UART（TXD、RDX）、I2C接口（SDA、SCL）、SPI接口(MOIS、MISO、SS、CLK)、定时器(T0、T1)、振荡器接口(XIN-2、XOUT-2)、I/O接口（P0.2-P0.7）、放大器输出调制信号的接口（TX_OUT）、低噪声运算放大器输出端（RX_OUT）、参考电压稳定输出（REF_OUT）、50/60赫兹过零输入端（50Hz_IN）、S-FSK调制解调器晶振接口（XIN-1、XOUT-1）、80C51 CPU晶振接口（XIN-12、XOUT-2）、数字地（VssD）、模拟地（VssA）、数字电源3.3V(VddD)、模拟电源3.3V(VddA)。

实施例5，参照附图6所示，非对称电力线载波通信电能表网关1.0与APLC用能设备或断路器用能设备2.0a、2.0b……2.0n中，第一微处理电路1与电力载波通信电路1.1、微处理电路与电力载波通信电路2.1，也可以采用FSK智能载波通信电路芯片。

FSK智能载波通信电路芯片主要特征是：是由一个微处理器80C51 CPU、FSK调制器、FSK解调器、时钟发生器、稳压与控制器所组成。其中微处理器80C51 CPU具有外接串行接口UART（TXD、RDX）、I2C接口（SDA、SCL）、SPI接口(MOIS、MISO、SS、CLK)、定时器(T0、T1)、振荡器接口(XIN-2、XOUT-2)、I/O口（P0.2-P0.7）。

FSK调制器是由发送数字正弦合成器、D/A转换器、低频滤波器、放大器组成，发送数字正弦合成器的输入端在芯片内连接微处理器80C51 CPU的PORT0口，放大器输出调制信号的接口（TX_OUT）。

FSK解调器是由解调器、A/D转换器、增益控制器、防混淆滤波器所组成，解调器输出端在芯片内连接微处理器80C51 CPU的PORT0口；输入调制信号接口（RX_IN）连接防混淆滤波器输入端。

稳压与控制器是由整流桥Q1、三极管T1-T3、二极管D1、稳压管D2、稳压器W1、电阻R1-R6所组成。

FSK智能载波通信电路芯片外围引脚有：串行接口UART（TXD、RDX）、I2C接口（SDA、SCL）、SPI接口(MOIS、MISO、SS、CLK)、定时器(T0、T1)、振荡器接口(XIN-2、XOUT-2)、I/O接口（P0.2-P0.7）、放大器输出调制信号的接口（TX_OUT）、低噪声运算放大器输出端（RX_OUT）、FSK调制解调器晶振接口（XIN-1、XOUT-1）、80C51 CPU晶振接口（XIN-12、XOUT-2）、数字地（VssD）、模拟地（VssA）、数字电源3.3V(VddD)、模拟电源3.3V(VddA)、直流电源输入端（DC1_IN、DC2_IN）、电源3.3V输出（VDD_OUT）、电源5V输出（VCC_OUT）、负载电阻接口（Rin）、调制信号输入接口（TX_IN）、模拟参考地AOG。

Claims

1.一种非对称电力线载波通信系统，包括：电力相线、中线和若干电能表网关（1.0），其特征是，每个所述电能表网关（1.0）的两根电力线进线分别与电力相线和中线连接，每个所述电能表网关（1.0）的出线端分别连接用能设备或断路器（2.0），在电能表网关（1.0）中设有第一互感器L1，第一互感器L1的次级线圈设在相线和中线之一的、电能表网关（1.0）进线端和出线端之间，在用能设备或断路器（2.0）进线端和出线端之间设有第二互感器L2，第二互感器L2的次级线圈设在和第一互感器L1对应的线路上，第一电容C1并联在第一互感器L1首端的中线与相线之间，第二电容C2相对应并联在第二互感器L2尾端的中线与相线之间；电能表网关（1.0）作为电力载波通信主机，用能设备或断路器（2.0）作为电力载波通信从机，电能表网关（1.0）中第一互感器L1次级线圈在电力线中线或相线中产生的载波电压信号，经第一电容C1在出线端中线与相线之间形成第一载波电压信号Vab；用能设备或断路器（2.0）中第二互感器L2次级线圈在电力线中线或相线中产生的载波电压信号，经第二电容C2在各自进线端中线与相线之间形成第二载波电压信号Vba。

2.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述第一互感器L1是电力载波隔离高频互感器。

3.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述载波电压信号为FSK或S-FSK或BPSK载波电压信号。

4.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述电力线供电方式是交流供电方式或直流供电方式。

5.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，每个所述电能表网关（1.0）连接一个以上的用能设备或断路器（2.0），各用能设备或断路器（2.0）相互之间并联。

6.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，电能表网关（1.0）中，第一微处理电路（1）与电力载波通信电路（1.1）集成为第一智能载波通信电路芯片，用能设备或断路器（2.0）中，微处理电路与电力载波通信电路（2.1）集成为第二智能载波通信电路芯片。

7.根据权利要求1所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述电能表网关（1.0）还包括第二微处理电路（2）、电能计量电路、红外通信电路、LCD显示电路、第一微处理电路与电力载波通信电路（1.1）、RS-485电路、稳压电路和电阻R。

8.根据权利要求6所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述第一和第二智能载波通信电路芯片为S-FSK智能载波通信电路芯片，该芯片由一个微处理器80C51 CPU、S-FSK调制器、S-FSK解调器、时钟与控制器组成。

9.根据权利要求6所述的非对称电力线载波通信系统，其特征是，所述第一和第二智能载波通信电路芯片为FSK智能载波通信电路芯片，该芯片由一个微处理器80C51 CPU、FSK调制器、FSK解调器、时钟发生器、稳压与控制器组成。