CN102347786A - 应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置，涉及电力线载波通信技术。本测试装置的结构是：电力线、保护器和电路切换开关依次连接，电路切换开关的四个分接头分别与载波信号转换模块中的第一、二、三、四载波模块连接；第一、二、三、四载波模块通过RS232接口分别与MCU31并行连接；供电电源、键盘、液晶显示和通信接口分别与MCU连接。本发明能实现各类载波方案的电力线载波数据的现场参数提取与解析；通过数据处理模块的程序设置满足所有通讯功能的现场测试，适用于对低压载波集中抄表系统的现场检测与调试，为载波技术方案的确立提供依据。

Description

应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术，尤其涉及一种应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置。

背景技术

中国电力线的分布极为复杂，用电环境也各不相同，电力线的通信环境十分恶劣。一方面，电力线上存在多种干扰，如脉冲、白噪声等，这些干扰具有很强的突变性，可随着时间和空间的变化而随时改变。这些复杂的因素给电力线载波通信造成了巨大障碍，也为技术人员的开发增加了困难。另外，由于目前中国电力线通信技术以及硬件资源的局限，实现这些干扰的分析与研究也是十分困难的，很多已有的技术方案事先未针对各种干扰进行大量分析与现场试验就投入使用，造成了电力线通信性能的不可靠性。另一方面，由于系统设备中各种复杂的逻辑控制电路存在信号交叉传输，转换节点繁杂等情况，电力线载波通讯极易出现故障，因此，在设计技术开发方案前，应做详尽和详实的现场测试。上述复杂状况不仅给客户的应用带来极大的不便，也限制了电力线通信技术的发展。

应用于电力低压集中抄表系统的载波通信芯片，由于不同的生产厂家有各自不同的载波调制频点，且通信协议各不相同，运维调试工作目前由各个生产厂家进行。随着近年来低压载波集中抄表终端和智能载波电能表的全面推广应用，通信协议和型式的统一为现场测试技术的发展带来了先机。因此，迫切需要一种能够对电力线通信情况进行全面诊断与检测的、便捷、通用、高效的电力线通信测试装置。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置。

本发明的目的是这样实现的：

1、电力线窄带载波现场测试装置（简称测试装置）

本测试装置包括依次连接的电力线、切换模块、载波信号转换模块和数据处理模块；

切换模块由保护器和电路切换开关组成；

载波信号转换模块由第一、二、三、四载波模块组成；

数据处理模块由MCU、供电电源、键盘、液晶显示和通信接口组成；

其连接关系是：

电力线、保护器和电路切换开关依次连接，电路切换开关的四个分接头分别与载波信号转换模块中的第一、二、三、四载波模块连接，通过电路切换开关实现对载波通信电路的切换，构成载波通信的电力线传输通道；

第一、二、三、四载波模块通过RS232接口分别与MCU31并行连接，实现转换后的载波信号的接收和发送；

供电电源、键盘、液晶显示和通信接口分别与MCU连接，实现供电、对被测对象参数的设置、数据的分析处理、信息的显示及提供外接设备的通信接口。

工作原理： 

通过电路切换开关实现对载波通信电路的切换，根据现场使用的载波方案来选择载波模块；载波模块实现电力线上的载波信号与信号处理模块能识别的数字电平信号的转换，建立数据处理模块中的检测软件与被测对象的通信信道；

数据处理模块通过通用程序发送被测集中器或抄读器的载波通信命令，接收被测载波表的通信数据；整个装置构成了对采用任意全载波方案的低压集中抄表系统的主动发送设备，实现载波通信功能，利用低压电力线为通信介质与终端设备（载波电能表）建立可靠的数据连接，以半双工的通信方式对终端进行抄控操作。同时，作为电力线载波信号和可识别通讯数据的转换通道，本装置可直观地对实时运行的采集系统中低压电力线上的被测对象（载波集中器、载波电能表）之间的通信状况进行监测。

数据处理模块还可以通过预先设定的程序进行虚拟数据包的收发测试，通过接收数据与发送数据的比较，完成电力线载波现场点对点通信质量的测试。

键盘输入完成对现场测试环境参数的设置，液晶显示可直观显示经解析后的通讯数据，通信接口可作为外接设备的信号输入端。

2、基于电力线窄带载波现场测试装置的测试方法（简称测试方法）

本测试方法包括下列步骤：

第1、将两台载波现场测试装置分别连接在电力线（220V低压电力线路）的两个被测节点（200～1000m）上，将其中一台定义为发送端，将另一台定义为接收端；

第2、选择一种载波方案，在发送端通过预先设定的程序发送特定的数据包，在接收端通过对接收数据包的解析来检测现场点对点载波通信质量，包括通信成功率、误包率、信号衰减度和信噪比；

第3、分别选择另外三种载波方案，按照第2步骤进行现场点对点载波通信质量的检测；

第4、通过四种方案测试数据的比较，确定最优方案，为载波集中器及载波电能表的选型提供参考依据。

本发明具有下列优点和积极效果：

①能实现载波通信电路的切换，易于扩展，覆盖目前国内主要窄带载波模块种类，能实现各类载波方案的电力线载波数据的现场参数提取与解析；

②无需携带计算机，通过数据处理模块的程序设置满足所有通讯功能的现场测试，适用于对低压载波集中抄表系统的现场检测与调试；

③可通过本装置的组合使用对现场环境进行测试，提供现场通信环境和各种方案的技术参数，为载波技术方案的确立提供依据。

附图说明

图1是本装置的结构框图；

图中：

00—电力线（220V低压电力线路）；

10—切换模块，

    11—保护器，12—电路切换开关；

20—载波信号转换模块，

21—第一载波模块，22—第二载波模块，

23—第三载波模块，24—第四载波模块；

30—数据处理模块，

31—MCU，     32—供电电源，    33—键盘，

34—液晶显示，35—通信接口。

图2是本发明的现场通信环境测试示意图；

图中：

A1—第一载波现场测试装置，A2—第二载波现场测试装置；

B—载波集中器；

C1—第一载波电能表，Cn—第n载波电能表。

图3是本测试方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、测试装置

1、总体

如图1，本测试装置包括依次连接的电力线00、切换模块10、载波信号转换模块20和数据处理模块30；

切换模块10由保护器11和电路切换开关12组成；

载波信号转换模块20由第一、二、三、四载波模块21、22、23、24组成；

数据处理模块30由MCU31、供电电源32、键盘33、液晶显示34和通信接口35组成；

其连接关系是：

电力线00、保护器11和电路切换开关12依次连接，电路切换开关12的四个分接头分别与载波信号转换模块20中的第一、二、三、四载波模块21、22、23、24连接，通过电路切换开关12实现对载波通信电路的切换，构成载波通信的电力线传输通道；

第一、二、三、四载波模块21、22、23、24通过RS232接口分别与MCU31并行连接，实现转换后的载波信号的接收和发送；

供电电源32、键盘33、液晶显示34和通信接口35分别与MCU31连接，实现供电、对被测对象参数的设置、数据的分析处理、信息的显示及提供外接设备的通信接口。

2、功能块

1）保护器11

保护器11是一种常用产品，如不可恢复型的有熔断器，可恢复型的有压敏电阻等。

其功能是使本测试装置的弱电回路不被损坏。

2）电路切换开关12

电路切换开关12是一种电气多路切换开关，选用四路即可。

3）第一、二、三、四载波信号转换模块21、22、23、24

载波信号转换模块实现电力线上的载波信号与数据处理模块能识别的数字电平信号的转换，建立数据处理模块中的检测软件与被测对象的通信信道。

第一、二、三、四载波信号转换模块21、22、23、24可采用市场成熟产品。

其使用的载波芯片的中心频率点分别为421kHz、270kHz、132kHz、120kHz；该模块中除载波芯片外，集成了电源转换电路、耦合电路、载波发送电路、存储电路和指示电路等。其中，耦合电路将电力线载波信号耦合至载波芯片；接收的电平信号经载波芯片调制解调后，通过载波发送电路进行信号放大输出至电力线；电源转换电路提供各种工作电源，指示电路指示电源、通讯等状态。载波芯片与外围电路均集成为载波专用模块。

4）MCU31

MCU31采用Atmel公司生产的AT91SAM9260，该芯片内嵌ARM核心，可通过预先设定的程序，完成人机接口和通讯功能。

5）供电电源32、键盘33、液晶显示34和通信接口35均为常用产品

供电电源32为MCU 31提供独立电源，采用性能可靠的开关电源或线性电源，市场上有成熟产品。

液晶显示34采用LCD驱动板驱动液晶显示器，可选用市场成熟产品。

通信接口35可扩充RS-232接口、外接示波器接口（载波信号输出）等，保留接口芯片位置，根据产品实际需求选用。

二、测试方法

1、关于第1步骤

如图2，将两台载波现场测试装置分别连接在电力线（220V低压电力线路）的两个被测节点（200～1000m）上，即将第一载波现场测试装置A1和第二载波现场测试装置A2分别接入，A1作为模拟载波集中器B的信号发送端，A2作为模拟载波电能表C1（或Cn）的信号接收端；

2、关于第2步骤

如图3，第2步骤中的工作流程包括下列步骤：

①开始000；

②选择载波方案100：通过手动操作电路切换开关12来选通载波模块，确定测试的载波方案；（以选通第一载波模块为例）

③基本参数输入200：通过手工输入确定一台测试装置为发送端，另一台测试装置为接收端，录入被测两点的基本信息，设定通信成功率目标值；

④测试参数配置300：软件默认以最高标准作为缺省值配置发送数据包相关参数，包括长度、个数、速率、次数和发送间隔，以及发送数据的信号强度标准值，用户可根据需要进行人工配置；

⑤收发测试及数据处理400：进行发送和接收数据，完成后根据发送端的原始数据与接收端的接收数据来计算现场通信环境参数，包括通信成功率、误包率、信号衰减度和信噪比；

⑥通信成功率判断500：判断计算得出的通信成功率是否达到目标设定值，若未达到，则通过步进调整测试参数800跳转到步骤④，若仍未达到，再次进入循环；若达到目标设定值，则进入下一步骤；

⑦测试数据保存600：在通信成功率达到目标设定值时，软件将输入的基本参数、测试数据参数和通信环境参数保存至存储器，并给予唯一标识，便于查询管理；

⑧结束700。

Claims (5)

1.一种应用于低压集中抄表系统的电力线窄带载波现场测试装置，其特征在于：

本测试装置包括依次连接的电力线（00）、切换模块（10）、载波信号转换模块（20）和数据处理模块（30）；

切换模块（10）由保护器（11）和电路切换开关（12）组成；

载波信号转换模块（20）由第一、二、三、四载波模块（21、22、23、24）组成；

数据处理模块（30）由MCU（31）、供电电源（32）、键盘（33）、液晶显示（34）和通信接口（35）组成；

其连接关系是：

电力线（00）、保护器（1）和电路切换开关（12）依次连接，电路切换开关（12）的四个分接头分别与载波信号转换模块（20）中的第一、二、三、四载波模块（21、22、23、24）连接，通过电路切换开关（12）实现对载波通信电路的切换，构成载波通信的电力线传输通道；

第一、二、三、四载波模块（21、22、23、24）通过RS232接口分别与MCU（31）并行连接，实现转换后的载波信号的接收和发送；

供电电源（32）、键盘（33）、液晶显示（34）和通信接口（35）分别与MCU（31）连接，实现供电、对被测对象参数的设置、数据的分析处理、信息的显示及提供外接设备的通信接口。

2.按权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

第一、二、三、四载波信号转换模块(21、22、23、24)使用的载波芯片的中心频率点分别为421kHz、270kHz、132kHz、120kHz。

3.按权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

MCU(31)选用Atmel公司生产的AT91SAM9260，该芯片内嵌ARM核心，通过预先设定的程序，完成人机接口和通讯功能。

4.按权利要求1所述测试装置的测试方法，其特征在于包括下列步骤：

第1、将两台载波现场测试装置分别连接在电力线的两个被测节点上，将其中一台定义为发送端，将另一台定义为接收端；

第2、选择一种载波方案，在发送端通过预先设定的程序发送特定的数据包，在接收端通过对接收数据包的解析来检测现场点对点载波通信质量，包括通信成功率、误包率、信号衰减度和信噪比；

第3、分别选择另外三种载波方案，按照步骤②进行现场点对点载波通信质量的检测；

第4、通过四种方案测试数据的比较，确定最优方案，为载波集中器及载波电能表的选型提供参考依据。

5.按权利要求4所述的测试方法，其特征在于第2步骤：

①开始(000)；

②选择载波方案(100)：通过手动操作电路切换开关(12)来选通载波模块，确定测试的载波方案；以选通第一载波模块为例，

③基本参数输入(200)：通过手工输入确定一台测试装置为发送端，另一台测试装置为接受端，录入被测两点的基本信息，设定通信成功率目标值；

④测试参数配置(300)：软件默认以最高标准作为缺省值配置发送数据包相关参数，包括长度、个数、速率、次数和发送间隔，以及发送数据的信号强度标准值，用户可根据需要进行人工配置；

⑤收发测试及数据处理(400)：进行发送和接收数据，完成后根据发送端的原始数据与接收端的接收数据来计算现场通信环境参数，包括通信成功率、误包率、信号衰减度和信噪比；

⑥通信成功率判断(500)：判断计算得出的通信成功率是否达到目标设定值，若未达到，则通过步进调整测试参数(800)跳转到步骤④，若仍未达到，再次进入循环；若达到目标设定值，则进入下一步骤；

⑦测试数据保存(600)：在通信成功率达到目标设定值时，软件将输入的基本参数、测试数据参数和通信环境参数保存至存储器，并给予唯一标识，便于查询管理；

⑧结束(700)。

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