CN103457637A - 双频道电力线载波通信模块电路及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双频道电力线载波通信模块电路及其应用，该电路有两条并列载波信号通路，通路工作频道分别为f1和f2。信号接收时，载波信号被分别滤波，并由不同载波芯片进行解调信号，再一同送入单片机处理后经弱电接口电路输出；信号发送时，弱电接口的信号经单片机处理后送入两条并列载波信号通路，形成工作频道为f1和f2载波信号，再经f1、f2载波信号放大发送电路和强电接口电路，耦合进入电力线传输出去。本发明电路保证了大跨度频道下的出色信噪比，抗扰性能突出，显著提高了电力线载波通信的可靠性。在国家电网智能电表远程抄表系统、家居智能控制系统以及多通信方式并存的物联网系统中，本发明双频道电力线载波通信模块电路均能发挥积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其为一种双频道电力线载波通信模块电路及其具体应用。
背景技术
电力用户分布极为广泛，电网是除电信网、互联网和有线电视网之外的第四张物理网。
与其它通信传输形式(如总线485、无线、光纤等)相比较，电力线载波具有不需要重复布线，扩展容易，普及容易等特点，电力线载波通信控制也逐步进入了智能家居控制和物联网领域，成为了节省网络投资，实现快速组网的实用方式之一。
但是，由于电力线具有阻抗特性、衰减特性和负载噪声干扰特性等等，给电力线载波通信的可靠性带来不利影响。现有的电力线载波通信电路多采用单一调制方式，调幅，或是频道相距很近的调频方式，或是单频调相，一旦频道附近出现背景噪声，就会直接影响到实时通信，从而降低了电力线载波通信的可靠性。这也是电力线载波技术广泛应用所面临的一项重要难题。
同时，在现阶段，各种通信方式并存，各有其特色优势和不足，如何将多种通信方式有机结合，提高整体效果，也是迫待解决的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种双频道电力线载波通信模块电路，在电力线中同时并行传输两路载波信号，同时将两路的信号滤波独立开来，获得最佳的信噪比，提高电力线载波通信的可靠性。
本发明的另一个目的是，运用双频道电力线载波通信模块电路构建实用系统。
为实现上述目的，本发明双频道电力线载波通信模块电路的技术方案是，此种双频道电力线载波通信模块电路构成包括有，载波通信芯片及通信频道配置电路，单片机(MCU)，弱电接口电路、强电接口电路、信号接收滤波电路、载波信号放大发送电路，其特征在于：载波通信芯片为两个，第一载波通信芯片及通信频道配置电路形成的工作频道为f1，第二载波通信芯片及通信频道配置电路形成的工作频道为f2；第一载波通信芯片的模拟信号输入端连接f1接收滤波电路信号输出端，f1接收滤波电路信号输入端连接强电接口，第二载波通信芯片的模拟信号输入端连接f2接收滤波电路信号输出端，f2接收滤波电路信号输入端连接强电接口；第一载波通信芯片和第二载波通信芯片的模拟信号输出端与f1、f2载波信号放大发送电路信号输入端连接，f1、f2载波信号放大发送电路信号输出端连接强电接口电路，第一载波通信芯片和第二载波通信芯片的数字信号端连接单片机，单片机再连接弱电接口电路。
为实现上述另一个目的，本发明运用双频道电力线载波通信模块电路构建了以下三个应用系统。
应用系统之一是将双频道电力线载波通信模块电路应用于国家电网单相电能表和三相电能表数据抄收及智能控制系统，该系统处在同一个配电变压器之下，所有国网单相电能表的火线接至A或B或C相，地线接至N相，所有国网三相电能表的相线分别接到A、B、C相线，零线接至N相，国网集中器的A、B、C、N端分别接至各相线，在所有单相电能表中配有单相双频道载波通信模块、在所有三相电能表中配有三相双频道载波通信模块、在集中器中配有集中器双频道载波通信模块，所有双频道载波通信模块借助电力线路构成通信网路，实现电能表电能计量数据的实时采集、传输，同时从集中器发出的控制信号也能到达每一个电能表。
应用系统之二是将双频道电力线载波通信模块电路应用于家居智能控制系统，该系统构成包括三相供电线路、开关控制器、家居电器和智能互动终端，供电线路经开关控制器接入家居电器，所述开关控制器由电源开关及控制电路和双频道电力线载波通信模块电路构成，所述智能互动终端由显示触摸屏(电脑或手机等等)和双频道电力线载波通信模块电路构成，开关控制器和智能互动终端中的双频道电力线载波通信模块电路在三相供电线路中实现载波通信。
应用系统之三是将双频道电力线载波通信模块电路与其它通信方式组合，构建成一个综合通信系统，本通信系统构成包括有电力线路、载波信号转塑料光纤信号电路、载波信号转RS-485信号电路、载波信号转无线信号电路和智能互动终端，在载波信号转塑料光纤信号电路中、在载波信号转RS-485信号电路中、在载波信号转无线信号电路中，在智能互动终端中均包括有双频道电力线载波通信模块电路，所有双频道电力线载波通信模块电路均接至电力线路。
本发明的优点：通过两套独立的通信频道同时通信，实现通信互补，增强可靠性。通过更改外围通信频道配置硬件电路，本实施例的通信频率可以在23KHz-312KHz范围内多档选用。并且两频道接收滤波电路相互独立，在较大的频距时，获得最好的信噪比，明显好于传统的调频，单频调相，单频调幅等等方式，进一步提高自身通信的可靠性，在实际应用中，具有较强的抗干扰能力。
本发明双频道电力线载波模块电路能适应国家电网对电力线载波通信的要求。在国家电网集中器中配本发明双频道载波通信模块电路，即可仅用一个嵌入式处理器和两个ES0191载波通信芯片实现两个频道的独立通信。
本发明双频道电力线载波通信模块电路应用于现代家居智能控制系统和现代物联网系统，能明显降低系统的构建成本，提升系统构建速度。
附图说明
图1是本发明双频道电力线载波通信模块电路的原理框图。
图2是本发明实施例一：智能电能表的远程抄收及控制系统示意图。
图3是本发明双频道电力线载波通信模块集中器I型载波通信模块电路中单片机电路图。
图4是本发明双频道电力线载波通信模块电路中第一载波通信芯片及通信频道配置电路图。
图5是本发明双频道电力线载波通信模块电路中第二载波通信芯片及通信频道配置电路图。
图6是本发明双频道电力线载波通信模块电路中频道f1和频道f2接收滤波及信号放大发送电路图。
图7是集中器弱电接口电路图。
图8是集中器、三相表耦合及强电接口电路图。
图9是本发明双频道电力线载波通信模块单相表载波通信模块，三相表载波通信模块电路中单片机电路图。
图10是单相表载波通信模块及三相表载波通信模块弱电接口电路图。
图11是单相表载波通信模块强电接口电路图。
图12是本发明实施例二：双频道电力线载波通信模块电路应用于家居智能控制系统示意图。
图13是本发明实施例三：双频道电力线载波通信模块电路与其它通信方式(如塑料光纤通信、RS-485通信、无线通信)相互转换，有机结合组网应用示意图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是将双频道电力线载波通信模块电路应用于国家电网单相电能表和三相电能表数据抄收及智能控制。
本实施例双频道电力线载波通信模块电路原理框图如附图1所示。本实施例双频道电力线载波通信模块电路中的载波通信芯片型号均为ES0191。
当数据信号发送时：载波通信模块的单片机通过弱电接口电路与终端设备通信，获得将要发送的数据，然后单片机同时向两个载波芯片传递要传输的数据信号，载波芯片接收到数据后，根据配置的各自频道，将数据信号转换成该频道的载波信号，完成调制过程，传递给f1、f2信号放大发送电路，将载波信号进行放大，后经强电接口电路耦合到电力线上，完成发送数据信号过程。当载波信号接收时：电力线上的有效载波信号通过强电接口电路耦合，经过f1、f2接收滤波电路后，获得较为纯净的载波信号并送入两个载波芯片进行解调。载波芯片解调出数据信号后，传递给单片机，单片机收到两路数据信号后，进行智能判断，提取正确的数据，丢掉错误的数据或者后到的数据。
本实施例国家电网单相电能表和三相电能表数据抄收及智能控制系统构成及连接关系如附图2所示，在一个台变下，所有国网单相电能表的火线接至A或B或C相，地线接至N相，所有国网三相电能表的相线分别接到A、B、C相线，零线接至N相，国网集中器的A、B、C、N端分别接至各相线。在所有单相电能表中配有单相双频道载波通信模块、在所有三相电能表中配有三相双频道载波通信模块、在集中器中配有集中器双频道载波通信模块。所有双频道载波通信模块借助电力线路构成通信网路，实现电能表电能计量数据的实时采集、传输，同时从集中器发出的控制信号也能到达每一个电能表。
本实施例中，配在国网单相电能表中的单相双频道载波通信模块、配在国网三相电能表中的三相双频道载波通信模块以及配在集中器中的双频道载波通信模块有着基本相同的电路形式，除单片机电路、弱电接口电路、强电接口电路有所区别之外，其它电路基本相同。
本实施例中，集中器的双频道电力线载波通信模块电路构成如下，单片机电路(如附图3所示)、第一载波通信芯片ES0191及f1频道配置电路(如附图4所示)、第二载波通信芯片ES0191及f2频道配置电路(如附图5所示)、f1f2接收滤波电路和f1f2载波信号放大发送电路(如附图6所示)以及弱电接口电路(如附图7所示)和强电接口电路(如附图8所示)。
本实施例中，单相电能表和三相电能表的双频道电力线载波通信模块电路构成如下，单片机电路(如附图9所示)、第一载波通信芯片ES0191及f1频道配置电路(附图4所示)、第二载波通信芯片ES0191及f2频道配置电路(如附图5所示)、f1f2接收滤波电路和f1f2载波信号放大发送电路(如附图6所示)，弱电接口电路(如附图10所示)，用于单相电能表的双频道电力线载波电路的强电接口电路如附图11所示，用于三相电能表的双频道电力线载波电路的强电接口电路如附图8所示。
本实施例中，由于采用了双频道载波方式通信，频道跨度大，频道f1为120KHz，频道f2为270KHz，两频道可以独立通信，实现了双频道信息互补通信，最大限度地提高了通信的抗扰性能，增强了可靠性。同时再配合特定的路由算法，为可靠通信提供更强有力保障。
由于本实施例双频道载波通信方式明显提高了电力线载波通信的抗干扰性能，对于三相载波电力线通信，完全可以采用将三相收发电路整合到一起方式；同时将两个载波通信芯片的接收、发送巧妙地合并到一个耦合线圈内，将载波信号放大发送电路合二为一，这样可都使得整个电路更加简洁，可靠。
本实施例现场实际工作流程(参见附图2)如下：
1、系统上电后，集中器同时通过两个频道向下发出自动路由指令，系统中所配接的三相表，单相表依次根据自身的表号，轮流寻找自身附近可以可靠通信的单相表及三相表并上报集中器建立一个档案。
2、集中器获取到档案后，即可以根据各个节点信息抄到所需要的电表数据信息。
实施例二：
本实施例是将双频道电力线载波通信模块应用于家居智能控制系统，该家居智能控制系统构成及连接方式如附图12所示。该系统构成是在传统供用电系统中，增加开关控制器和电力线载波智能互动终端。
本实施例中，在传统空调器、电热水器、电饭煲等传统家居电器的前端各连接一个开关控制器，各相电源线经该开关控制器再接入各用电器。这些开关控制器主要由两部分电路构成，其一是电源开关及控制电路，其二是双频道电力线载波通信模块电路。在三相供电用电器(如空调器)的开关控制器中配有类似实施例一中三相电能表双频道电力线载波通信模块，在单相供电用电器(如电热水器、电饭煲、电视机等)的开关控制器中配有类似实施例一中单相电能表中双频道电力线载波通信模块，电力线载波(PLC)智能互动终端包括数据显示和参数设置功能(可以选用液晶平板电脑，手机等等方式)和双频道电力线载波通信模块电路。
各用电终端的前端所连接开关控制器中的双频道电力线载波通信模块与PLC智能互动终端中的双频道电力线载波通信模块之间经电力线实现各用电器实时数据传输到互动终端并显示，同时，用户在互动终端上对各用电终端参数的设置指令传输到各开关控制器，进而对各用电终端进行实时或程序控制。
PLC智能互动终端作为信息交汇平台，一方面可以将各用户的用电数据信息传输到集中器，最后汇总分析，进行能效管理和控制，另一方面作为高度智能的互动终端，可以以手机、电脑、IPAD等等作为控制互动载体，用户可以远程控制各种家用电器运作方式，实现家用电器的自动开启，关闭。
实施例三
本实施例是将双频道电力线载波通信模块电路与其它通信方式组合，构建成一个多信息载体的混合网，使得网络结构更加灵活多变，便于实际应用，满足物联网所需要的实用通信系统。
本实施例物联网实用通信系统如附图13所示。该通信系统以双频道电力线载波通信方式为信号传输的主要方式，并通过信号转换电路实现了以下信号模式的相互转换，即载波信号转成塑料光纤信号，载波信号转RS-485信号，载波信号转无线信号等，再将塑料光纤信号传送给塑料光纤通信设备或智能互动终端，将RS-485总线信号传送给RS-485通信设备，将无线信号传送给无线通信设备。
本实施例通信系统实现了不同的信息载体、不同的通信方式和通信设备混合组网，尤其适合于现代物联网。以双频道电力线载波通信方式作为本混合网络中其它通信方式的媒介形式，充分发挥了双频道电力线载波通信的特长，提升了该混合通信网络的可靠性，便利性，从而满足了更多种、更多变、更复杂的实际应用需求。
Claims (4)
1.一种双频道电力线载波通信模块电路，其构成包括有，载波通信芯片及通信频道配置电路，单片机(MCU)，弱电接口电路、强电接口电路、信号接收滤波电路、载波信号放大发送电路，其特征在于：载波通信芯片为两个，第一载波通信芯片及通信频道配置电路形成的工作频道为f1，第二载波通信芯片及通信频道配置电路形成的工作频道为f2；第一载波通信芯片的模拟信号输入端连接f1接收滤波电路信号输出端，f1接收滤波电路信号输入端连接强电接口，第二载波通信芯片的模拟信号输入端连接f2接收滤波电路信号输出端，f2接收滤波电路信号输入端连接强电接口；第一载波通信芯片和第二载波通信芯片的模拟信号输出端与f1、f2载波信号放大发送电路信号输入端连接，f1、f2载波信号放大发送电路信号输出端连接强电接口电路，第一载波通信芯片和第二载波通信芯片的数字信号端连接单片机，单片机再连接弱电接口电路。
2.一种双频道电力线载波通信模块电路的应用，其特征在于：双频道电力线载波通信模块电路应用于国家电网单相电能表和三相电能表数据抄收及智能控制系统，该系统处在同一个配电变压器之下，所有国网单相电能表的火线接至A或B或C相，地线接至N相，所有国网三相电能表的相线分别接到A、B、C相线，零线接至N相，国网集中器的A、B、C、N端分别接至各相线，在所有单相电能表中配有单相双频道载波通信模块、在所有三相电能表中配有三相双频道载波通信模块、在集中器中配有集中器双频道载波通信模块，所有双频道载波通信模块借助电力线路构成通信网路，实现电能表电能计量数据的实时采集、传输，同时从集中器发出的控制信号也能到达每一个电能表。
3.一种双频道电力线载波通信模块电路的应用，其特征在于：双频道电力线载波通信模块电路应用于家居智能控制系统，该系统构成包括三相供电线路、开关控制器、家居电器和智能互动终端，供电线路经开关控制器接入家居电器，所述开关控制器由电源开关及控制电路和双频道电力线载波通信模块电路构成，所述智能互动终端由显示触摸屏(电脑，手机等)和双频道电力线载波通信模块电路构成。开关控制器和智能互动终端中的双频道电力线载波通信模块电路在三相供电线路中实现载波通信。
4.一种双频道电力线载波通信模块电路的应用，其特征在于：双频道电力线载波通信模块电路与其它通信方式组合，构建成一个实用通信系统。本通信系统构成包括有电力线路、载波信号转塑料光纤信号电路、载波信号转RS-485信号电路、载波信号转无线信号电路和智能互动终端。在载波信号转塑料光纤信号电路中、在载波信号转RS-485信号电路中、在载波信号转无线信号电路中，在智能互动终端中均包括有双频道电力线载波通信模块电路，所有双频道电力线载波通信模块电路均接至电力线路。
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Address after: 22 Nanjing, Pukou, Liu Chau North Road, No. 210031 (willow Industrial Park) Patentee after: Jiangsu Xinyu Electric Power Technology Co. Ltd Address before: 22 Nanjing, Pukou, Liu Chau North Road, No. 210031 (willow Industrial Park) Patentee before: Nanjing Yuneng Instrument Co., Ltd. |
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