CN103401587B - 一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置及方法，该装置包括数据采样电路、控制模块、电力载波传输模块、线路驱动器、供电单元和电源模块；电压互感器输入端和电流互感器输入端均连接至用电系统，电压互感器输出端和电流互感器输出端分别连接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接多路采样电路输入端，多路采样电路输出端连接控制模块的输入端，控制模块输出端与电力载波传输模块输入端连接，电力载波传输模块经线路驱动器连接至电力线。本发明能在低成本的情况下基于电力载波通讯技术对用电系统的能耗实时监控，同时，由于传输主要为短距离且数据量小，不会受到“通道干扰大”和“信息量小”两个电力载波通讯弱点的影响。

Description

一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置及方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置及方法。

背景技术

随着电器产品数量的迅速增长，能耗引起的资源和环境问题越来越受到社会的广泛关注，为此国际能源署提出了一系列节能计划，得到世界各国的积极响应，并签署协议承诺逐年降低能耗，各国相继推行了《公共建筑节能管理条例》、“白标机制”等强制性法规。

当前，90%的大型公共机构安装的建筑自动化系统，都不能有效地对耗能系统进行监控，尤其是空调等一大类灵敏负荷进行自动调节，从而实现节能，其关键在于终端用电检测与控制装置以及相应的优化控制方法尚缺。因此，研发一系列终端用电负荷检测与综合优化装置是社会节能技术要求的必然结果。目前国内的数据采集装置已可显示各用电器功率，但并不能有效的传输数据，故仍无法完成对用电器能耗浪费的实时监控。

电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，其最大特点是无须重新架线，现在，它已成为电力系统应用最为广泛的通信手段。目前的应用领域主要集中在家庭智能化，公用设施智能化（比如远程抄表系统，路灯远程监控系统等）以及工业智能化（比如各类设备的数据采集）。在技术上，电力载波通讯不再是点对点通讯的范畴，而是突出开放式网络结构的概念，使得每个控制节点（受控设备）组成一个网络进行集中控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置，包括数据采样电路、控制模块、电力载波传输模块、线路驱动器、供电单元和电源模块；

所述数据采样电路包括电压互感器、电流互感器、带通滤波器和多路采样电路，电压互感器的输入端和电流互感器的输入端均连接至用电系统，电压互感器输出端和电流互感器输出端分别连接带通滤波器的两个输入端，带通滤波器的输出端连接多路采样电路输入端，多路采样电路输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端与电力载波传输模块的输入端连接，电力载波传输模块的输出端经线路驱动器连接至电力线，供电单元的输出端连接控制模块，电源模块的输出端连接电力载波传输模块。

所述控制模块与电力载波传输模块之间通过UART方式进行数据通信。

所述控制模块连接参考电压输入电路。

所述供电单元用于为控制模块和参考电压输入电路供电。

所述电力载波传输模块连接有差分信号输入电路和过零检测电路。

采用所述的基于电力载波通讯技术的数据采集装置进行数据采集的方法，包括以下步骤：

步骤1：数据采样电路采集用电系统的电压信号和电流信号；

步骤2：对采集到的电压信号和电流信号进行滤波处理，并传输至控制模块；

步骤3：控制模块对电压信号和电流信号进行A/D转换；

步骤4：控制模块通过UART方式将A/D转换后的电压信号数字量和电流信号数字量以串行方式输出至电力载波传输模块；

步骤5：电力载波传输模块将接收到的信号调制成符合载波频率的信号；

步骤6：通过线路驱动器传输至电力线。

有益效果：

本发明的装置及方法能在低成本的情况下基于电力载波通讯技术对用电系统的能耗实时监控，同时，由于传输主要为短距离且数据量小，不会受到“通道干扰大”和“信息量小”两个电力载波通讯弱点的影响。由于电力载波传输模块选择ADE8155，可以保证载波信号衰减100db情况下，数据仍可以保证正常接收，电力载波传输模块具有动态路由，载波节点自发现及自动网络配置等可靠性强的特点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的基于电力载波通讯技术的数据采集装置的结构框图；

图2为本发明具体实施方式的数据采样电路结构示意图；

图3为本发明具体实施方式的一相信号的采样电路；

图4为本发明具体实施方式的供电单元与控制模块电路连接原理图；

图5为本发明具体实施方式的dsPIC30F6010A的晶振电路原理图；

图6为本发明具体实施方式的dsPIC30F6010A的复位电路原理图；

图7为本发明具体实施方式的过零检测电路原理图；

图8为本发明具体实施方式的基于电力载波通讯技术的数据采集方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，本实施方式的基于电力载波通讯技术的数据采集装置，包括数据采样电路、控制模块、电力载波传输模块和线路驱动器；数据采样电路的输入端连接用电系统，数据采样电路的一个输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端与电力载波传输模块的输入端连接，电力载波传输模块的输出端经线路驱动器连接至电力线。

数据采样电路如图2所示，数据采样电路包括电压互感器、电流互感器、带通滤波器和采样电路，电压互感器、电流互感器的变比均为220/5，以一相信号的采样电路为例，如图3所示，信号由采样电路的输入端口输入，然后进行采样，采样电路包括三个运算放大器，且型号均为LM324，采样电路输出信号到控制模块的模拟量输入端；多路采集时则将多路采样电路输出连接到控制器的AN0-AN15口，完成对信号的采集以便控制模块处理。电压互感器的输入端和电流互感器的输入端均连接至用电系统，电压互感器输出端和电流互感器输出端分别连接带通滤波器输入端，带通滤波器的输出端连接采样电路输入端，采样电路输出端连接控制模块的模拟量输入端。

控制模块连接供电单元和参考电压输入电路，该供电单元用于为控制模块和参考电压输入电路供电。控制模块还连接有复位电路和晶振电路。

控制模块选用型号为dsPIC30F6010A的DSP，供电单元采用MAX3420E模块，其电路连接如图4所示。将dsPIC30F6010A的AVSS,VSS,AVDD,VDD引脚进行相应连接，使芯片可以正常工作，将OSC1，OSC2脚连接晶振电路，其电路如图5所示，dsPIC30F6010A连接10MHz的晶振，并且通过CRY1、CRY2，24pF的电容连接到DGND，控制模块连接的复位电路如图6所示。

电力载波传输模块选用ADE8155窄带电力线通信从调制解调器IC。控制模块与电力载波传输模块之间通过UART（异步收发器）方式进行数据通信，dsPIC30F6010A的U1TX脚与ADE8155的UX脚连接，dsPIC30F6010A的U1RX与ADE8155的TX脚连接，使得控制模块与电力载波传输模块能够进行数据接收和发送。

电力载波传输模块分别连接差分信号输入电路、过零检测电路和电源模块，电力载波传输模块还连接有复位电路和晶振电路。ADE81551的XTAL1脚、XTAL0脚接晶振，ADE81551的AV_DD脚、V_DD接高电平，ADE81551的AGND脚、DGND脚分别与模拟地、数字地连接。电源模块采用ADP2300芯片，ADE81551的供电端口与ADP2300芯片相连。

过零检测电路即为交流电路中当波形从正半周向负半周转换时，经过零位时系统做出的检测。过零检测有两种方案：一是变压器隔离，二是光耦隔离。本装置采用光耦隔离方式，为使其正常检测信号，采集信息，如图7所示，过零检测电路接到ADE8155的ZX脚，主要是通过光耦的通断产生ZX脚所需的信号。

为实现ADE8155通过电力线正常发送数据，需要通过由变压器为主体的耦合电路，经过带通滤波器BPF的滤波作用，将差分信号输入电路产生的信号作用到PLC_RX+,PLC_RX-脚上。当ADE8155完成了对信号的采样，通过PLC_TX脚将数据经过电力线传输出去，TXEN为传输允许信号。这样完成对信号的处理、采样、通信和数据传输等操作。

采用上述的基于电力载波通讯技术的数据采集装置进行数据采集的方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤1：数据采样电路采集用电系统的电压信号和电流信号；

步骤2：对采集到的电压信号和电流信号进行滤波处理，并传输至控制模块；

步骤3：控制模块对电压信号和电流信号进行A/D转换；

步骤4：控制模块通过UART方式将A/D转换后的电压信号数字量和电流信号数字量以串行方式输出至电力载波传输模块；

步骤5：电力载波传输模块将接收到的信号调制成符合载波频率的信号；

步骤6：通过线路驱动器传输至电力线。

Claims (2)

1.一种基于电力载波通讯技术的数据采集装置，包括数据采样电路、控制模块、电力载波传输模块、线路驱动器、供电单元和电源模块；

所述数据采样电路包括电压互感器、电流互感器、带通滤波器和多路采样电路，电压互感器的输入端和电流互感器的输入端均连接至用电系统，电压互感器输出端和电流互感器输出端分别连接带通滤波器的两个输入端，带通滤波器的输出端连接多路采样电路输入端，多路采样电路输出端连接控制模块的输入端，控制模块的输出端与电力载波传输模块的输入端连接，供电单元的输出端连接控制模块，电源模块的输出端连接电力载波传输模块；

其特征在于：所述多路采样电路均包括三个运算放大器，第一个运算放大器是用来减小输入电阻的跟随电路，第二个运算放大器和第三个运算放大器是放大和缩小输入电压的反向比例电路，第一个运算放大器的输入端连接带通滤波器的输出端，第一个运算放大器的输出端连接第二个运算放大器的输入端，第二个运算放大器的输出端连接第三个运算放大器的输入端，第三个运算放大器的输出端作为采样电路的输出端连接到控制模块的模拟量输入端；

所述控制模块采用的是dsPIC30F6010A的DSP，控制模块连接参考电压输入电路和晶振电路；供电单元采用MAX3420E模块，用于为控制模块和参考电压输入电路供电；控制模块与电力载波传输模块之间通过UART方式进行数据通信；所述电力载波传输模块采用ADE8155窄带电力线通信从调制解调器IC，电力载波传输模块连接有差分信号输入电路和过零检测电路，电力载波传输模块的输出端经线路驱动器连接至电力线；电源模块采用ADP2300芯片。

2.采用权利要求1所述的基于电力载波通讯技术的数据采集装置进行数据采集的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：数据采样电路采集用电系统的电压信号和电流信号；

步骤2：对采集到的电压信号和电流信号进行滤波处理，并传输至控制模块；

步骤3：控制模块对电压信号和电流信号进行A/D转换；

步骤4：控制模块通过UART方式将A/D转换后的电压信号数字量和电流信号数字量以串行方式输出至电力载波传输模块；

步骤5：电力载波传输模块将接收到的信号调制成符合载波频率的信号；

步骤6：通过线路驱动器传输至电力线。