CN103281094B - 基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，包括：耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路、载波芯片、发射电路；其中信号依次经过耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路进入载波芯片调制解调后，再经过发射电路以及耦合电路发出。本发明解决了现有载波技术信息不能主动上传，组网不能实时性，通讯速度慢、调制模式单一、通讯不可靠、安装调试周期长等问题。

Description

基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块

技术领域

本发明所属电力线载波通信领域，具体涉及一种基于混合调制(MMSK)模式的电力线载波通信的即插即用模块，主要应用于电网智能抄表，智能照明控制、智能家居控制等领域。

背景技术

智能电网的不断推行，电力载波通讯是智能电网的首选，主要用于智能化抄表系统，现有载波技术只能被动完成响应集中器和智能电表指令，需要大量的人员进行现场采集资料，录入，建档方能与控制中心组网，而不能实时动态与控制中心组网。只能做到半智能化，不能做到主动信息上传，另外现有载波通讯方式调制模式单一、通讯速度低、不稳定、不能动态组网等特性。因此，现有技术还不能满足智能电网的要求，需要研究发明新的技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有载波技术抗干扰能力低，速度慢，调制模式单一，不具备动态组网；与控制中心组网繁琐，安装调试环节多，时间长，收集数据易出错，调试工作量大等缺陷而提供的一种减少施工环节，实现智能电表主动数据上报，它将使调试工作量减小，同时降低人工成本，提高了施工的安全性和集抄系统的稳定性，真正做到智能电表的全智能化。

本发明的技术方案是这样实现的：

基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，包括：耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路、载波芯片、发射电路；其中信号依次经过耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路进入载波芯片调制解调后，再经过发射电路以及耦合电路发出。

优选的，所述接口电路包括中周L2、L3；三极管N1、N2；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R22；电容C2、C3、C4、C12、C25、C8、C9、C11、C13；二极管D1、D2；电感L1；其中输入信号通过电阻R1与电容C5接三极管N1的基极，R1与C5连接节点通过电容C3接地；C3的两端分别并联电容C2、电感L1、二极管D1、二极管D2；电容C5与三极管N1的基极相连的节点通过电阻R3接地；三极管N1的发射极通过电阻R4接地，R4的两端并联电容C12；三极管N1的集电极接中周L2的1脚，中周L2的3脚通过电容C6与1脚相连，2脚接电源，7脚与8脚相连并接地，4脚与三极管N2的基极相连，5脚悬空，6脚通过电容C8接地，且6脚还通过电阻R5接出；三极管N2的发射极通过电阻R6接地，R6的两端并联电容C13，集电极与中周L3的1脚相连；中周L3的3脚通过电容C9与1脚相连，2脚与中周L2的2脚连接，且两者连接的节点通过电阻R22接电源；R22与电源连接的节点通过电阻R2与三极管N1的基极连接；R2与电源连接的节点通过电容C4接地；R22与中周L3的2脚相连的节点通过电容C25接地；中周L3的4脚接信号输出端，5脚悬空，6脚通过电阻R7以及R5与中周L2的6脚相连；且电阻R7与6脚相连的节点通过电容C11接地。

优选的，耦合电路包括电感L4、L6，双向瞬态电压抑制器VP1，耦合线圈T1，电容C21；其中耦合线圈T1的1脚连接电感L4，且1脚连接于电力载波的输入端，5脚上串联电感L6以及电容C21；双向瞬态电压抑制器VP1连接于5脚上并接地，2脚悬空。

优选的，发射电路包括三极管N5、P1、P2、N6；电容C15、C20、C19、C21；二极管D5、D6、D7、D8；电阻R11、R12；电感L4、L6；耦合线圈T1，双向瞬态电压抑制器VP1；其中三极管P1的基极依次通过电阻R11、电容C15、电容C19以及电阻R12接三极管N5的基极；三极管N5的基极通过二极管D8与发射极连接；三极管P1的基极通过二极管D5与发射极连接，且发射极接电源；三极管P1的集电极与三极管N5的集电极相连，且相连的节点分别与三极管N6以及三极管P2的基极连接；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接；三极管N6的集电极通过二极管D6与发射极连接；三极管P2的集电极通过二极管D7与发射极连接，三极管P2的集电极与三极管N5的发射极连接且接地；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接的节点依次通过电容C20与电感L4与耦合线圈T1的1脚相连；耦合线圈T1的1脚接信号输入，2脚悬空，3脚接地，5脚依次通过电感L6与电容C21接输出，且5脚还通过双向瞬态电压抑制器VP1接地。

本发明可以实时与主站控制中心通讯，基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块主动上报数据，解决了现有载波技术信息不能主动上传，组网不能实时性，通讯速度慢、调制模式单一、通讯不可靠、安装调试周期长等问题。因此可以广泛应用于电网智能抄表，智能照明控制、智能家居控制等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块的原理框图；

图2为本发明接口电路的电路图；图3为本发明耦合电路的电路图；

图4为本发明发射电路的电路图；

图5为本发明载波芯片的电子线路框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见附图1，基于混合调制(MMSK)模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，包括：耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路、载波芯片、发射电路；其中信号依次经过耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路进入载波芯片调制解调后，再经过发射电路以及耦合电路发出。

其具体的过程如下，耦合电路从电力线上耦合到信号后经过滤波电路处理后，再经过3级带通增益控制放大电路进行处理，再发送至载波芯片；同时判断工频过零同步电路的时间同步，作为是否采集外接数据的条件；满足时则从接口电路获取信号，然后载波芯片经过内部的处理后再传送至发射电路，发射电路最后经过耦合电路耦合至电力线上。

请参见图2；优选的，所述接口电路包括中周L2、L3；三极管N1、N2；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R22；电容C2、C3、C4、C12、C25、C8、C9、C11、C13；二极管D1、D2；电感L1；其中输入信号通过电阻R1与电容C5接三极管N1的基极，R1与C5连接节点通过电容C3接地；C3的两端分别并联电容C2、电感L1、二极管D1、二极管D2；电容C5与三极管N1的基极相连的节点通过电阻R3接地；三极管N1的发射极通过电阻R4接地，R4的两端并联电容C12；三极管N1的集电极接中周L2的1脚，中周L2的3脚通过电容C6与1脚相连，2脚接电源，7脚与8脚相连并接地，4脚与三极管N2的基极相连，5脚悬空，6脚通过电容C8接地，且6脚还通过电阻R5接出；三极管N2的发射极通过电阻R6接地，R6的两端并联电容C13，集电极与中周L3的1脚相连；中周L3的3脚通过电容C9与1脚相连，2脚与中周L2的2脚连接，且两者连接的节点通过电阻R22接电源；R22与电源连接的节点通过电阻R2与三极管N1的基极连接；R2与电源连接的节点通过电容C4接地；R22与中周L3的2脚相连的节点通过电容C25接地；中周L3的4脚接信号输出端，5脚悬空，6脚通过电阻R7以及R5与中周L2的6脚相连；且电阻R7与6脚相连的节点通过电容C11接地。

本发明采用的接口电路采用一级并联谐振选频电路，选频增益可达60db；采用两级选频增益放大，放大选频增益可达80db，每级信号物理隔离，不存在基带干扰；因此采用本电路选频更好，抗干扰强，放大效果好，且为载波芯片的模糊算法提供良好的信号源。

请参见图3；优选的，耦合电路包括电感L4、L6，双向瞬态电压抑制器VP1，耦合线圈T1，电容C21；其中耦合线圈T1的1脚连接电感L4，且1脚连接于电力载波的输入端，5脚上串联电感L6以及电容C21；双向瞬态电压抑制器VP1连接于5脚上并接地，2脚悬空。本发明耦合电路具有高的耦合系数，高导磁率；绕线采用同名端同向并配合选频参数绕制，信号传输无损失；且其所选用的原材料为非晶合金复合材料绕线，保证微幅信号能顺利传输。

本发明过零同步电路将强电和弱电隔离，相互不干扰；且可以自身电路取电，无需另外的供电电路，因此可以大大降低成本；采用本电路同步精度高，相互之间的误差在5us之间，可以为多路径通讯提供可靠依据。

请参见图4，优选的，发射电路包括三极管N5、P1、P2、N6；电容C15、C20、C19、C21；二极管D5、D6、D7、D8；电阻R11、R12；电感L4、L6；耦合线圈T1，双向瞬态电压抑制器VP1；其中三极管P1的基极依次通过电阻R11、电容C15、电容C19以及电阻R12接三极管N5的基极；三极管N5的基极通过二极管D8与发射极连接；三极管P1的基极通过二极管D5与发射极连接，且发射极接电源；三极管P1的集电极与三极管N5的集电极相连，且相连的节点分别与三极管N6以及三极管P2的基极连接；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接；三极管N6的集电极通过二极管D6与发射极连接；三极管P2的集电极通过二极管D7与发射极连接，三极管P2的集电极与三极管N5的发射极连接且接地；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接的节点依次通过电容C20与电感L4与耦合线圈T1的1脚相连；耦合线圈T1的1脚接信号输入，2脚悬空，3脚接地，5脚依次通过电感L6与电容C21接输出，且5脚还通过双向瞬态电压抑制器VP1接地。本发明发射电路采用OTL功放射极变压器输出，带载能力强，不会随线路阻抗变化影响供电电路；且电路转换效率高，可以保证有限的发送功率，发送距离远，信号传输可靠。

请参见图5，优选的，载波芯片包括两级四阶滤波放大电路，ADC电路(AnalogtoDigitalConverter,模拟数字转换器)、数据处理DSP(DigitalSignalProcessor数字信号处理器)电路、信道采集DSP电路、混合模式解调器、混合模式调制器、DAC(Digital-to-AnalogConverter数字模拟转换器)电路、增益控制、过零同步处理器、多路径组网协议、协议处理器、串行接口、OSC(OpenSourceCommerce振荡器)电路、SRAM(StaticRandomAccessMemory静态随机处理器)处理器、I/O(Input/Output输入输出)接口、FLASH(程序存储器)；其中电力载波信号经过两级四阶滤波放大电路，且通过增益控制对两级四阶滤波放大电路的信号进行处理，再经过ADC电路然后分成两路一路经过数据处理DSP电路，一路经过信道采集DSP电路后汇集再经过混合模式解调器，再经由协议处理器后经过串行接口发出；其中经过数据处理DSP电路的信号还经过混合模式调制器再经过DAC电路发出；另一路电力载波信号通过过零同步处理器同步处理，再经过信道采集DSP电路进行汇集；其中混合模式调制器与串行接口之间互为信号传输；经由混合模式解调器的信号还将经过多路径组网协议，多路径组网协议与信道采集DSP电路之间互为信号传输；另外接的OSC电路、SRAM处理器、I/O接口、FLASH通过总线与信道采集DSP电路电连接。

经过3级带通增益控制放大电路放大后的信号进入载波芯片，信号通过芯片内部的2级四阶带通放大电路放大后进入ADC采样，采样的数据送入两路DSP处理器，一路负责处理信号处理，另一路负责监测电力线路的实时状况，通过两路的分别处理确定解调模式，解调后再通过一路DSP采样电力线路状况，确认最佳的调制方式，实现混合调制模式不断切换，在信号接收是采用工频过零同步信号实现初同步后，再采用内部同步处理电路实现微同步。确认调制模式后进入多路径组网协议站进行组网，最后送入发送电路发送。

基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块通过硬件接口相连于智能电表或其他设备，智能载波电表或其他设备上电后，混合调制模式电力载波通信的即插即用模块将该设备的通讯地址、安装地址、用户名和其他信息读出，即插即用模块将该信息发送到220V电力线上；在远端的通讯机也具有即插即用模块，该模块负责将发送来的载波信号还原，并通过公网方式(GPRS)传输到主站管理中心，主站中心将该信息自动生成相应的资料，整个过程不用人为参与，完成整个设备的即装即用，实现整个过程的全智能化。

其具体信号处理过程为，基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块接收到信号后，通过耦合电路进行信号耦合，该信号滤波电路滤波，滤波后的信号再经过3级带通增益控制放大电路放大，放大的信号进入载波芯片，信号通过芯片内部的2级四阶带通放大电路放大后进入ADC采样，采样的数据送入两路DSP处理器，一路负责处理信号处理，另一路负责监测电力线路的实时状况，通过两路的分别处理确定解调模式，解调后再通过一路DSP采样电力线路状况，确认调制模式，确认模式后进入多路径组网协议站进行组网，最后通过发射电路发送至耦合电路，耦合后的信号再输入到电力线传输出去。

本发明可以实时与主站控制中心通讯，基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块主动上报数据，解决了现有载波技术信息不能主动上传，组网不能实时性，通讯速度慢、调制模式单一、通讯不可靠、安装调试周期长等问题。因此可以广泛应用于电网智能抄表，智能照明控制、智能家居控制等领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，包括：耦合电路、滤波电路、3级带通增益控制放大电路、接口电路、工频过零同步电路、载波芯片、发射电路；耦合电路从电力线上耦合到信号后经过滤波电路处理后，再经过3级带通增益控制放大电路进行处理，再发送至载波芯片；同时判断工频过零同步电路的时间同步，作为是否采集外接数据的条件；满足时则从接口电路获取信号，然后载波芯片经过内部的处理后再传送至发射电路，发射电路经过耦合电路耦合至电力线上；工频过零同步电路的一端连接电力线，另一端连接载波芯片。

2.如权利要求1所述的基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，所述接口电路包括中周L2、L3；三极管N1、N2；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R22；

电容C2、C3、C4、C12、C25、C8、C9、C11、C13；二极管D1、D2；电感L1；其中输入信号通过电阻R1与电容C5接三极管N1的基极，R1与C5连接节点通过电容C3接地；C3的两端分别并联电容C2、电感L1、二极管D1、二极管D2；电容C5与三极管N1的基极相连的节点通过电阻R3接地；三极管N1的发射极通过电阻R4接地，R4的两端并联电容C12；三极管N1的集电极接中周L2的1脚，中周L2的3脚通过电容C6与1脚相连，2脚接电源，7脚与8脚相连并接地，4脚与三极管N2的基极相连，5脚悬空，6脚通过电容C8接地，且6脚还通过电阻R5接出；三极管N2的发射极通过电阻R6接地，R6的两端并联电容C13，集电极与中周L3的1脚相连；中周L3的3脚通过电容C9与1脚相连，2脚与中周L2的2脚连接，且两者连接的节点通过电阻R22接电源；R22与电源连接的节点通过电阻R2与三极管N1的基极连接；R2与电源连接的节点通过电容C4接地；R22与中周L3的2脚相连的节点通过电容C25接地；中周L3的4脚接信号输出端，5脚悬空，6脚通过电阻R7以及R5与中周L2的6脚相连；且电阻R7与6脚相连的节点通过电容C11接地。

3.如权利要求1所述的基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，耦合电路包括电感L4、L6，双向瞬态电压抑制器VP1，耦合线圈T1，电容C21；其中耦合线圈T1的1脚连接电感L4，且1脚连接于电力载波的输入端，5脚上串联电感L6以及电容C21；双向瞬态电压抑制器VP1连接于5脚上并接地，2脚悬空。

4.如权利要求1所述的基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，发射电路包括三极管N5、P1、P2、N6；电容C15、C20、C19、C21；二极管D5、D6、D7、D8；电阻R11、R12；电感L4、L6；耦合线圈T1，双向瞬态电压抑制器VP1；

其中三极管P1的基极依次通过电阻R11、电容C15、电容C19以及电阻R12接三极管N5的基极；三极管N5的基极通过二极管D8与发射极连接；三极管P1的基极通过二极管D5与发射极连接，且发射极接电源；三极管P1的集电极与三极管N5的集电极相连，且相连的节点分别与三极管N6以及三极管P2的基极连接；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接；三极管N6的集电极通过二极管D6与发射极连接；三极管P2的集电极通过二极管D7与发射极连接，三极管P2的集电极与三极管N5的发射极连接且接地；三极管N6的发射极与三极管P2的发射极连接的节点依次通过电容C20与电感L4与耦合线圈T1的1脚相连；耦合线圈T1的1脚接信号输入，2脚悬空，3脚接地，5脚依次通过电感L6与电容C21接输出，且5脚还通过双向瞬态电压抑制器VP1接地。

5.如权利要求1所述的基于混合调制模式电力载波通信的即插即用模块，其特征在于，载波芯片电路包括两级四阶滤波放大电路，ADC电路、数据处理DSP电路、信道采集DSP电路、混合模式解调器、混合模式调制器、DAC电路、增益控制、过零同步处理器、多路径组网协议、协议处理器、串行接口、OSC电路、SRAM处理器、I/O接口、FLASH；其中电力载波信号经过两级四阶滤波放大电路，且通过增益控制对两级四阶滤波放大电路的信号进行处理，再经过ADC电路然后分成两路一路经过数据处理DSP电路，一路经过信道采集DSP电路后汇集再经过混合模式解调器，再经由协议处理器后经过串行接口发出；其中经过数据处理DSP电路的信号还经过混合模式调制器再经过DAC电路发出；另一路电力载波信号通过过零同步处理器同步处理，再经过信道采集DSP电路进行汇集；其中混合模式调制器与串行接口之间互为信号传输；经由混合模式解调器的信号还将经过多路径组网协议，多路径组网协议与信道采集DSP电路之间互为信号传输；另外接的OSC电路、SRAM处理器、I/O接口、FLASH通过总线与信道采集DSP电路电连接。