CN104104456A - 一种低压集抄通信检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压集抄通信检测装置，包括模拟电路和数字电路，模拟电路包括工频隔离信号耦合、带通滤波、载波信号功率检测、程控本振、AD采样、集中器模块、模拟表模块、功率控制模块；数字电路包括系统数据存储、嵌入式计算机软硬件系统、按键、显示模块、非载波通信端口。本发明低压集抄通信检测装置，是现场便携式工具，轻便，使用简便，有效的对专变采集终端、集中器、采集器和电能表等多种采集设备进行通讯功能、通讯能力、现场电力线电磁环境的测量，现场解决采集终端系统的本地通信问题。

Description

一种低压集抄通信检测装置

技术领域

本发明涉及电力载波通信技术领域，特别是一种低压集抄通信检测装置。

背景技术

随着集抄系统使用的不断推广，使用过程中诸多问题逐渐暴露，主要表现为抄收可靠性不高，通信速度慢等等。这些问题很大程度是由于电力线的非通信专用性、开放性导致的，大量用电设备的接入同时引入了各种特征的噪声信号，并且具有一定的随机性，从而导致阻抗、衰减的时变性，使电力载波通信的不确定性增加、可靠性下降。采集终端设备在现场运行中发生通信故障后，由于现场维护人员专业技能水平有限并且缺乏专业维护工具，通常很难在现场确定故障原因，需要拆除后送修，费时费力。有些通信故障因现场电磁环境因素引起，送修后无法复现现场情况。难以定位故障进行处理，特别是载波通信方面的故障，现场人员对它几乎是束手无策，既无法确定载波模块的通信能力，也无法知道是否因现场的电磁环境对载波通信产生影响，往往更换载波模块后问题依然存在。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种低压集抄通信检测装置，是现场便携式工具，轻便，使用简便，有效的对专变采集终端、集中器、采集器和电能表等多种采集设备进行通讯功能、通讯能力、现场电力线电磁环境的测量，现场解决采集终端系统的本地通信问题。具体的技术方案如下：

低压集抄通信检测装置，包括模拟电路和数字电路，模拟电路包括工频隔离信号耦合、带通滤波、载波信号功率检测、程控本振、AD采样、集中器模块、模拟表模块、功率控制模块；数字电路包括系统数据存储、嵌入式计算机软硬件系统、按键、显示模块、非载波通信端口；集中器模块连接市电，同时与功率控制模块和嵌入式计算机软硬件系统分别电连接；模拟表模块分别与市电和功率控制模块电连接；功率控制模块与嵌入式计算机软硬件系统电连接；工频隔离信号耦合同时与市电和带通滤波电连接；载波信号功率检测与带通滤波电连接，同时与程控本振和AD采样连接；程控本振和AD采样分别与嵌入式计算机软硬件系统电连接；嵌入式计算机软硬件系统分别与系统数据存储、专变状态测试、按键显示模块和非载波通信端口电连接。

优选的，非载波通信端口包括485、232和红外通信端口。

优选的，载波信号功率检测包括混频单元、对数放大单元、中频滤波单元；程控本振产生的本振信号传输给混频单元，混频后的信号经中频滤波后得到中频信号送对数放大器，在送后续AD采样单元。

优选的，载波信号功率检测主体芯片为AD608芯片，信号经过前级采样、滤波、衰减后送入混频器射频输入端口，程控本振产生相应的本振信号送入混频器件输入端口；混频信号送入10.7M窄带滤波器，滤波后的中频信号送对数放大器，对放大后的信号进行功率检测，功率检测信号经过整流滤波后送AD进行检测。

优选的，功率控制模块包括数字部分和模拟部分，数字部分包括DAC7611；模拟部分包括运放和射级跟随放大器；DAC7611输出电压送运放放大，经过放大的电压信号送入射级跟随放大器的基极。

优选的，嵌入式计算机硬件系统采用AT91ASM7S256芯片，其中D22的3脚为工频电压检测输入，用于电力线工频电压检测；D22的4脚和5脚分别为485B和485A的电压检测输入脚，用于检测485通信信号之间的电压，从而可初步判断485通信状态是否正常；D22的6脚为载波信号强度电压输入，用于载波信号强度检测，由AD608输出；D22的36脚(SCK1)，43脚(SDA1)为TWI两线串行通信接口，用于对AT24C64的控制，存储系统校准参数；11脚(TXD)，14脚(RXD)为串行接口，通过功能转换芯片MAX485后转换为485信号，用于485通信检测；30脚(DRXD)和31脚(DTXD)为串行接口，用于连接到载波路由模块和载波表模块，进行载波信号收发；35脚(RXD0)和34脚(TXD0)为另一组串行接口，通过电平转换芯片MAX232转换为标准232电平，用于232接口通信功能测试；20脚(9835CS)、31脚(9835SD)和32脚(9835CK)为SPI接口，用于控制AD9835产生LO信号；A0～A3，D0～D7，WR，RD信号为外部地址、数据、控制总线信号，同可编程逻辑器件(CPLD，M4A5-128/64)配合产生控制显示屏(LCD)、按键扫描、锁存控制信号。

优选的，低压集抄通信检测装置的主要参数为：载波频率范围：50kHz～500kHz；载波电平衰减范围：120dBuV～60dBuV；接收频率范围：50kHz～500kHz；接收电平范围：噪声电平+10dBuV～130dBuV；中频带宽：≤7.5kHz；专变终端开关量检测：遥信、遥控开关量端子状态检测。

本发明通过低压集抄通信检测装置是现场便携式工具，轻便，使用简便，在满足采集终端设备的通信功能性检测的同时，还能够有效的检测电力线的噪声情况、载波模块的实际发射功率、载波频率是否偏差等，为采集终端的系统建设和设备调整提供依据；有效的对专变采集终端、集中器、采集器和电能表等多种采集设备进行通讯功能、通讯能力、现场电力线电磁环境的测量，现场解决采集终端系统的本地通信问题。

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为低压集抄通信检测装置原理模块示意图；

图2为低压集抄通信检测装置电路示意图；

图3为载波信号功率检测电路图；

图4为低压集抄通信检测装置电路图。

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做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。

如图1所示，低压集抄通信检测装置包括集中器通信测试单元、智能电表通信测试单元、专变开关量测试单元、采集器通信测试单元、辅助功能测试单元、嵌入式ARM处理器、人机交互单元。嵌入式ARM处理器分别与集中器通信测试单元、智能电表通信测试单元、专变开关量测试单元、采集器通信测试单元、辅助功能测试单元和人机交互单元电连接。

低压集抄通信检测装置具有检测专变采集终端、集中器、采集器和电能表等设备的本地通信能力和实际通信性能的功能，还可以对现场的电磁环境进行检测，提供更换模块、调整通信频率、增加中继等依据。载波通信性能的测试主要针对载波发送能力和载波接收能力进行测量和考核。485、232、红外等通信主要针对功能性检测，可以给出给出485实际电压。

本发明中低压集抄通信检测装置的主要参数为：

载波频率范围：50kHz～500kHz；载波电平衰减范围：120dBuV～60dBuV；接收频率范围：50kHz～500kHz；接收电平范围：噪声电平+10dBuV～130dBuV；中频带宽：≤7.5kHz；专变终端开关量检测：遥信、遥控开关量端子状态检测。

集中器通信测试单元用于集中器本地上行端口测试和集中器下行端口测试。集中器本地上行端口测试主要用于维护集中器本地上行端口，启动集中器抄表动作，进行集中器数据维护等。嵌入式计算机软硬件系统通过用户选定的通信端口发送测量点数据抄读报文给测试集中器本地上行口，测试集中器本地上行口再反馈相应至嵌入式计算机软硬件系统，嵌入式计算机软硬件系统判断收到的响应是否正确，从而判断测试集中器本地上行口通信功能是否正常。测试集中器本地上行口包括红外口、232口。

集中器下行端口测试，主要用来测试集中器下行抄表通道的通信功能状态，包括载波通道的发射功率电平、接收灵敏度、本地电网噪声电平等参数和485通道是否正常等，测试结果以图形化的方式显示，直观清晰，辅助用户分析通信失败的可能原因。

出于对集中器数据安全的考虑，集中器通信测试单元的测试模式分为投运模式和实验室模式。其中，投运模式是指现场实际投入运行的集中器，在投运模式下针对集中器的操作主要为读取集中器原有测量点的数据，不牵扯到测量点数据的增删，不改变集中器工作状态，不影响集中器数据的安全；实验室模式指非投运的集中器，针对集中器的操作包含新增测量点信息、读取测量点的数据、删除测量点信息等，通过选择模拟表测试，可以测试集中器的载波模块接收灵敏度参数。

采集器通信测试单元用于测试采集器载波模块的发射功率电平、接收灵敏度、本地电网噪声电平等参数。设备内部的集中器模块可以在不需要外接集中器的情况下主动下发抄表报文，完成载波通信过程，同时检测通信参数是否正常。

智能电表通信测试单元用于测试电表485接口的通信功能是否正常，同时测试电能表载波模块的发射功率电平、接收灵敏度、本地电网噪声电平等参数。测试电表485接口的通信功能是否正常时，通过内部集成的集中器模块启动抄表过程，分析电表上报报文是否正常。测试电能表载波模块的发射功率电平、接收灵敏度、本地电网噪声电平等参数时，设备内部的集中器模块通过载波信道主动下发抄表报文，完成载波通信过程，同时检测通信参数是否正常，从而确定电能表载波信道状态是否正常。

专变开关量测试单元用于判断专变终端的遥控、遥信、告警和门控等状态是否损坏或异常，同时测试专变终端本地维护端口是否正常。

辅助功能测试单元包括电力线噪声现场监测功能，用于分析载波信道的噪声功率和频谱分布情况，实时监测电力线的噪声频谱，可图形化显示，实现便携式频谱仪功能。通过内部本振的扫描动态检测输入噪声的功率，将采样的噪声功率信息以图形模式显示在屏幕上，用户可以实时分析噪声对载波通信过程的影响，分析噪声源为随机噪声或者固定噪声，分析噪声产生的时间特性和噪声功率主要分布的频谱段等信息。

人机互换单元用于显示、输入参数等，便于用户与低压集抄通信检测装置之间的沟通互换。

下面将详细介绍本发明低压集抄通信检测装置的电路。如图2所示，低压集抄通信检测装置的电路包括模拟电路和数字电路。模拟电路主要包括工频隔离信号耦合、带通滤波、载波信号功率检测、程控本振、AD采样、集中器模块、模拟表模块、功率控制模块。集中器模块连接市电，同时与功率控制模块和嵌入式计算机软硬件系统分别电连接。模拟表模块分别与市电和功率控制模块电连接；功率控制模块与嵌入式计算机软硬件系统电连接。工频隔离信号耦合同时与市电和带通滤波电连接；载波信号功率检测与带通滤波电连接，同时与程控本振和AD采样连接；程控本振和AD采样分别与嵌入式计算机软硬件系统电连接。模拟电路部分主要完成信号的隔离、滤波、采样等调理过程，以及载波信号的生成和接收功能。

数字电路主要包括系统数据存储、嵌入式计算机软硬件系统、按键、显示模块、非载波通信端口(232、485、红外等)；嵌入式计算机软硬件系统分别与系统数据存储、专变状态测试、按键显示模块和非载波通信端口电连接。非载波通信端口包括485、232和红外通信端口。数字电路部分主要实现人机界面功能，根据规约产生特定的数字信号用来控制集中器、采集器、电能表等集抄设备，用以启动测试过程。

工频隔离信号耦合用于实现高压工频的隔离，避免工频损坏设备以及对测试信号的干扰，同时利用工频频率与需要测试的载波信号的频差，实现工频信号隔离和测试信号的耦合。带通滤波用于衰减测试信号带外的干扰信号，减小干扰信号对测试动态范围的影响，避免后端载波功率检测单元饱和。载波信号功率检测是核心单元，由混频、对数放大、中频滤波等子单元构成，实现载波功率检测。程控本振用于产生混频单元需要的本振信号，混频后的信号经中频滤波后得到纯净的中频信号送后续AD采样单元。

载波信号功率检测采用上变频、高中频方案，选用10.7M中频，可有效避免镜像频率和信号谐波对测量的影响，同时由于选用中频方案还可以降低前级带通滤波器的设计难度。图3为载波信号功率检测电路图，如图3所示，主体芯片为AD608芯片，信号经过前级采样、滤波、衰减后送入混频器射频(RF)输入端口，系统根据不同的载波频率设置相应的本振信号(LO)送入混频器件LO输入端口。混频信号送入10.7M窄带滤波器，滤波后的中频信号(IF)送对数放大器，对放大后的信号进行功率检测，功率检测信号经过整流滤波后送AD进行检测。

程控本振单元的信号发生芯片为AD9835，程控本振单元用于产生混频器所需要的LO信号，根据系统的测试频率范围要求50k～500k，以及选用的10.7M中频，LO产生电路需要产生10.75M～11.2M的LO信号。程控本振单元满足电力线电磁噪声的动态检测需求，且具有快速设置和快速稳定的能力。

非载波通信端口包括485、232和红外通信端口。232、红外等主要用来调试集中器的本地上行端口，启动实验过程。485主要用来调试485表等设备。

功率控制模块由数字部分和模拟部分组成。数字部分主要由DAC7611构成，为了能够实现60dB的功率调节范围，60dB转换为线性等于B1000倍，考虑到DA的非线性、量化误差等影响，优选12位DA用于电压调节，其调节动态范围达到4096倍。模拟部分主要由运放和射级跟随放大器构成；DA输出电压送运放放大，并提供电流驱动能力，通过RP2调节放大量。经过放大的电压信号通过R8送入由2N3019构成的射级跟随放大器的基极，利用射级跟随放大器的大电流驱动能力特征，进一步提高电流驱动能力。

嵌入式计算机硬件系统采用AT91ASM7S256作为主控制芯片，芯片内置RAM和FLASH，避免了大量引脚的外围电路的使用，可以有效的降低系统复杂度，有利于提高系统可靠性。该芯片集成功能众多的外设电路，可以提供多路AD，UART，SPI，IIC等，可以用于系统设计中的信号采样、232通信、485通信、红外通信、串行存储芯片(AT24C64)访问、DDS芯片(AD9835)控制、载波功率控制模块电路(DAC7611)控制等。如图4所示，D22的3脚为工频电压检测输入，用于电力线工频电压检测。D22的4脚和5脚分别为485B和485A的电压检测输入脚，用于检测485通信信号之间的电压，从而可初步判断485通信状态是否正常；D22的6脚为载波信号强度电压输入，用于载波信号强度检测，由AD608输出；D22的36脚(SCK1)，43脚(SDA1)为TWI两线串行通信接口，用于对AT24C64的控制，存储系统校准参数；11脚(TXD)，14脚(RXD)为串行接口，通过功能转换芯片MAX485后转换为485信号，用于485通信检测；30脚(DRXD)和31脚(DTXD)为串行接口，用于连接到载波路由模块和载波表模块，进行载波信号收发；35脚(RXD0)和34脚(TXD0)为另一组串行接口，通过电平转换芯片MAX232转换为标准232电平，用于232接口通信功能测试；20脚(9835CS)、31脚(9835SD)和32脚(9835CK)为SPI接口，用于控制AD9835产生LO信号；其它A0～A3，D0～D7，WR，RD信号为外部地址、数据、控制总线信号，同可编程逻辑器件(CPLD，M4A5-128/64)配合产生控制显示屏(LCD)、按键扫描、锁存控制信号等功能。

本发明的低压集抄通信检测装置是现场便携式工具，轻便，使用简便，在满足采集终端设备的通信功能性检测的同时，还能够有效的检测电力线的噪声情况、载波模块的实际发射功率、载波频率是否偏差等，为采集终端的系统建设和设备调整提供依据；有效的对专变采集终端、集中器、采集器和电能表等多种采集设备进行通讯功能、通讯能力、现场电力线电磁环境的测量，现场解决采集终端系统的本地通信问题。

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 (7)

1.一种低压集抄通信检测装置，包括模拟电路和数字电路，其特征在于，模拟电路包括工频隔离信号耦合、带通滤波、载波信号功率检测、程控本振、AD采样、集中器模块、模拟表模块、功率控制模块；

数字电路包括系统数据存储模块、嵌入式计算机软硬件系统、按键、显示模块、非载波通信端口；集中器连接市电，同时分别与功率控制模块和嵌入式计算机软硬件系统电连接；模拟表模块分别与市电和功率控制模块电连接；功率控制模块与嵌入式计算机软硬件系统电连接；工频隔离信号耦合同时与市电和带通滤波电连接；载波信号功率检测与带通滤波电连接，同时与程控本振和AD采样连接；程控本振和AD采样分别与嵌入式计算机软硬件系统电连接；嵌入式计算机软硬件系统分别与系统数据存储、专变状态测试、按键显示模块和非载波通信端口电连接。

2.根据权利要求1所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，非载波通信端口包括485、232和红外通信端口。

3.根据权利要求1所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，载波信号功率检测包括混频单元、对数放大单元、中频滤波单元；程控本振产生的本振信号传输给混频单元，混频后的信号经中频滤波后得到中频信号送对数放大器，在送后续AD采样单元。

4.根据权利要求3所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，载波信号功率检测主体芯片为AD608芯片，信号经过前级采样、滤波、衰减后送入混频器射频输入端口，程控本振产生相应的本振信号送入混频器件输入端口；混频信号送入10.7M窄带滤波器，滤波后的中频信号送对数放大器，对放大后的信号进行功率检测，功率检测信号经过整流滤波后送AD进行检测。

5.根据权利要求1所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，功率控制模块包括数字部分和模拟部分，数字部分包括DAC7611；模拟部分包括运放和射级跟随放大器；DAC7611输出电压送运放放大，经过放大的电压信号送入射级跟随放大器的基极。

6.根据权利要求1所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，嵌入式计算机硬件系统采用AT91ASM7S256芯片，其中D22的3脚为工频电压检测输入，用于电力线工频电压检测；D22的4脚和5脚分别为485B和485A的电压检测输入脚，用于检测485通信信号之间的电压，从而可初步判断485通信状态是否正常；D22的6脚为载波信号强度电压输入，用于载波信号强度检测，由AD608输出；D22的36脚(SCK1)，43脚(SDA1)为TWI两线串行通信接口，用于对AT24C64的控制，存储系统校准参数；11脚(TXD)，14脚(RXD)为串行接口，通过功能转换芯片MAX485后转换为485信号，用于485通信检测；30脚(DRXD)和31脚(DTXD)为串行接口，用于连接到载波路由模块和载波表模块，进行载波信号收发；35脚(RXD0)和34脚(TXD0)为另一组串行接口，通过电平转换芯片MAX232转换为标准232电平，用于232接口通信功能测试；20脚(9835CS)、31脚(9835SD)和32脚(9835CK)为SPI接口，用于控制AD9835产生LO信号；A0～A3，D0～D7，WR，RD信号为外部地址、数据、控制总线信号，同可编程逻辑器件(CPLD，M4A5-128/64)配合产生控制显示屏(LCD)、按键扫描、锁存控制信号。

7.根据权利要求1所述低压集抄通信检测装置，其特征在于，低压集抄通信检测装置的主要参数为：

载波频率范围：50kHz～500kHz；载波电平衰减范围：120dBuV～60dBuV；接收频率范围：50kHz～500kHz；接收电平范围：噪声电平+10dBuV～130dBuV；中频带宽：≤7.5kHz；专变终端开关量检测：遥信、遥控开关量端子状态检测。