CN104506375A - 电力线宽带载波通信模块组网测试系统 - Google Patents

Abstract

电力线宽带载波通信模块组网测试系统，包括：三相电源；与所述三相电源的A相相连的A相组网单元，与所述三相电源的B相相连的B相组网单元，与所述三相电源的C相相连的C相组网单元，所述每一相上的组网单元通过屏蔽电缆互连；分三线与所述三相电源相连的集中器；与所述集中器相连的处理单元。本发明的组网单元设置多个载波模块，一个载波模块与一个单片机相连，可以方便更换载波模块，而且更换任何载波模块都不会影响系统设置；单片机内可写入电表、路灯控制或智能家居等客户程序，作多种应用的组网测试。

Description

电力线宽带载波通信模块组网测试系统

技术领域

本发明属于电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种电力线宽带载波通信模块组网测试系统。

背景技术

近年来，随着高通创锐讯和华为海思相继推出应用于能源管理和家庭自动化的电力线宽带载波芯片，电力线宽带载波技术以更稳定、更高速的优势逐渐取代窄带电力线载波技术，进入电能表自动抄表系统、路灯控制和智能家居领域。然而，针对电力线宽带载波通信模块的组网测试平台并没有一个成熟的方案可以模拟出各种复杂现场环境以及实现灵活多变的路由方式，用来检验不同载波方案的路由算法和组网能力极限。

目前最接近的解决方案是公开号为103700244A的中国发明专利申请公开的一种电力线载波抄表组网测试系统，其为由一个集中器、载波衰减器和多个电能表组成的单相电力载波组网实验平台，集中器入线单元包括总入线插排、总开关、隔离变压器、第一载波衰减器、集中器和用于集中器入线单元内各线路连接的第一接线排，载波电能表单元包括载波衰减器、载波电能表和用于载波电能表单元内各线路连接的接线排；集中器入线单元与各载波电能表单元之间测试连接线分别通过第一接线排、接线排进行连接；该测试系统采用以一个集中器入线单元为主体、多只载波电能表单元的设置，实现单相电力线载波组网的实验研究；通过背面板接线箱中接线排接线、或者通过前面板上接线插孔，实现测试所需的网络拓扑连接，从而满足电力线载波抄表组网测试的需求。但是该测试系统采用电能表组网，体积大、屏蔽难、成本高，无法满足大规模组网要求，而且也限制了应用范围，只能作抄表应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力线宽带载波模块的组网测试系统，可模拟各种现场环境及路由方式，检验不同宽带载波方案的路由算法和组网能力极限。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

电力线宽带载波通信模块组网测试系统，包括：三相电源；与所述三相电源的A相相连的A相组网单元，与所述三相电源的B相相连的B相组网单元，与所述三相电源的C相相连的C相组网单元，所述每一相上的组网单元通过屏蔽电缆互连；分三线与所述三相电源相连的集中器；与所述集中器相连的处理单元。

本发明进一步的技术方案为：所述组网单元包括电路基板、设置于所述电路基板上的载波信号衰减器、电源模块及数个载波模块，所述电路基板设置于金属外壳内，所述载波信号衰减器分别连接于屏蔽电缆的进线和出线上，所述电源模块连接于所述和屏蔽电缆进线相连的载波信号衰减器上，所述电源模块与所述载波模块依次相连，所述每一载波模块与一设置于电路基板上的单片机相连。

本发明进一步的技术方案为：所述组网单元还包括载波信号耦合器、切换开关及射频连接口，所述载波信号耦合器连接于所述两个载波信号衰减器之间的屏蔽电缆上，所述载波信号耦合器的另一端与切换开关相连，所述切换开关与各载波模块相连，所述切换开关同时经另一个载波信号耦合器与射频连接口相连。

本发明进一步的技术方案为：所述载波模块通过型号为XS4的2X6脚双排插座与单片机相连。

本发明进一步的技术方案为：所述载波模块通过型号为XS2的2x4脚的双排插座与切换开关相连。

本发明进一步的技术方案为：所述每一相的组网单元通过同轴馈线互联，连接相邻组网单元的同轴馈线连接于组网单元的射频连接口上，同轴馈线设置有可调衰减器。

本发明进一步的技术方案为：还包括与所述处理单元及组网单元相连的任意波发生器，所述任意波发生器与所述组网单元的射频连接口相连。

本发明进一步的技术方案为：所述可调衰减器为程控可调衰减器或手动可调衰减器，所述处理单元通过同轴馈线和所述可调衰减器相连。

本发明进一步的技术方案为：所述载波信号衰减器为低通滤波电路，其通过连接器J3与屏蔽电缆相连，J3的1脚与环形电感L22相连，环形电感L22另一端与耦合器相连，1脚同时与X电容C1相连，X电容C1与环形电感L21相连，J3的2脚接机壳，J3的3脚与环形电感L21相连，环形电感L21另一端与耦合器相连，环形电感L21另一端同时与Y电容C171相连，Y电容C171另一端与Y电容C172相连，Y电容C171另一端同时接机壳，Y电容C172另一端与环形电感L22相连。

本发明进一步的技术方案为：所述载波信号耦合器包括两个4.7nF的Y电容C217、C218，Y电容C217一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连，Y电容C218一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连

由以上技术方案可知，本发明的组网单元分别与三相电源三相线相连，每一相上的相组网单元通过屏蔽电缆互连，或者通过屏蔽射频线串接可调衰减器后相连，实现灵活组网；组网单元电路基板上可插接多个可更换的载波模块，每个载波模块与一个单片机相连，载波模块的物理地址从单片机读入，可以方便更换载波模块，而且更换任何载波模块都不会影响系统设置，单片机内可写入电表、路灯控制或智能家居等客户程序，作多种应用的组网测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为本发明实施例的结构框图；

图2为本发明组网单元的结构框图；

图3为本发明实施例单片机的电路示意图；

图4为本发明实施例提供的2x4脚的XS2双排插座的电路示意图；

图5为本发明实施例提供的2x6脚的XS4双排插座的电路示意图；

图6为本发明实施例的载波信号衰减器的电路图；

图7为本发明实施例的载波信号耦合器的电路图；

图8为本发明实施例组网单元接口的示意图；

图9为采用同轴馈线连接组网单元的示意图。

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的三相低压电力线宽带载波通信模块的组网测试系统包括三相电源1、集中器2、处理单元3、A相组网单元4、B相组网单元5、C相组网单元6。其中，三相电源1采用的是一台单相转三相的线性变频电源，三相电源1通过屏蔽电缆分别与A相组网单元4、B相组网单元5、C相组网单元6相连。集中器为2为低压宽带电力线载波通信单元，该低压宽带电力线载波通信单元为市场上销售的产品，其符合国标Q-GDW 1379.4-2013电力用户用电信息采集系统检验技术规范第4部分(通信单元检验技术规范)中终端用通信单元的要求。本发明的集中器2作为组网主节点，通过屏蔽电缆分开三相分别与A相组网单元4、B相组网单元5及C相组网单元6相连，三个组网单元再与其它组网单元级联组网。本发明的组网单元可以按三相分开三个测试架(未图示)摆放以方便管理。集中器2与处理单元3之间通过数据传输线相连，所采用的数据传输线可以是双绞线、同轴电缆、光纤等网线，本发明的处理单元3为计算机。

本发明在每一相线上都可设置多组组网单元，组网单元的结构均相同，每一相组网单元之间通过屏蔽电缆相连。参照图2所示，组网单元2包括载波信号衰减器2-1、电源模块2-2、数个载波模块2-3、电路基板2-4、载波信号耦合器2-5、切换开关2-6、射频连接口2-7及金属外壳(未图示)，其中，载波信号衰减器2-1、电源模块2-2、载波模块2-3、载波信号耦合器2-5、切换开关2-6及射频连接口2-7均设置于电路基板2-4上。电路基板2-4设置于金属外壳内，金属外壳接交流电源的地线，并与测试架相连，以阻断节点间空间耦合。在组网单元屏蔽电缆的进线和出线上均连接有一个载波信号衰减器2-1，载波信号衰减器为载波信号通过屏蔽电缆在两个相邻节点(组网单元)间传输时提供适当的、固定的衰减率，阻止载波信号通过传导及辐射跨级耦合。两个载波信号衰减器2-1之间通过屏蔽电缆相连，其中，与屏蔽电缆的进线相连的载波信号衰减器2-1还与电源模块2-2相连，电源模块2-2与各载波模块 2-2相连，本实施例的电源模块为12V/15W的AC/DC电源模块，其通过12V直流电源线与各载波模块依次串联，为各载波模块提供直流电源。

本实施例的载波模块2-2通过排针排母(连接件)与电路基板2-4相连，各载波模块2-2之间通过电路基板上的信号线相连。本实施例中，电路基板2-4上设置了12个载波模块2-2以及与载波模块数量对应的单片机(未图示)，每个载波模块连接电路基板上的一个单片机，本实施例单片机的型号为R5F21284(图3)，载波模块上电后读入单片机地址作为自身地址。载波模块通过排针排母与电路基板相连，可以方便更换载波模块，而且更换任何载波模块都不会影响系统设置；若单片机写入电能表DL/T645接口协议，则可作抄表应用，单片机还可写入路灯控制或智能家居等客户程序，作多种应用的组网测试。如图4和图5所示，本实施例的排母插座采用2x4脚的XS2双排插座和2x6脚的XS4双排插座，载波模块通过排针排母XS2和XS4与电路基板相连，排针排母的各管脚按Q-GDW 1355-2013单相智能电能表型式规范附录F中关于通信载波模块管脚定义要求来定义，其中XS2为高压插座，XS4为低压插座，载波模块通过XS4与单片机相连，通过XS2与切换开关相连。

载波信号耦合器2-5连接于两个载波信号衰减器2-1之间的屏蔽电缆上，载波信号耦合器2-5的另一端与切换开关2-6相连，切换开关2-6通过信号线与各载波模块2-2相连，切换开关2-6同时通过信号线经另一个载波信号耦合器2-5与射频连接口2-7相连。每一相组网单元间的互连方式可以是通过屏蔽电缆和/或同轴馈线相连，由切换开关2-7控制采用哪种方式实现组网单元间的互连以传播载波信号，可实现混合组网方式。

本发明的载波信号衰减器为低通滤波电路，如图6所示，载波信号衰减器包括两个的环形电感L21、L22和一个X电容C1、两个Y电容C171、C172，本实施例中载波信号衰减器通过连接器J3与屏蔽电缆相连，J3的1脚与环形电感L22相连，环形电感L22另一端与耦合器相连，1脚同时与X电容C1相连，X电容C1与环形电感L21相连，J3的2脚接机壳，J3的3脚与环形电感L21相连，环形电感L21另一端与耦合器相连，环形电感L21另一端同时与Y电容C171相连，Y电容C171另一端与Y电容C172相连，Y电容C171另一端同时接机壳，Y电容C172另一端与环形电感L22相连。本实施例的环形电感的谐振频 率需高于30MHZ，电感量需足够保障对1MHZ信号有大于50dB左右衰减，一般选15-25uH左右，使得载波信号衰减器可以在1-30MHz频段内为载波信号提供40-50dB的衰减，环形电感的电流值最好选5A以上，以保证每一相可以接500-1000只左右的载波模块。

如图7所示，载波信号耦合器包括两个4.7nF的Y电容C217、C218，Y电容C217一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连，Y电容C218一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连，双刀双掷切换开关与XS2车座相连，载波信号耦合器在1-30MHz频段内可做到插损小于1dB。

如图8所示，本实施例的组网单元设置有SMA天线座(射频连接口)及交流屏蔽三插电源线和一个交流三插插座，可通过三插插座及电源线进行级联，同时通过SMA天线座可方便与该节点上下左右的相邻节点相连，实现自由拓扑组网。

本发明的组网单元设置有屏蔽电缆连接口和射频连接口，在级联组网单元时可选择屏蔽电缆或同轴馈线进行互连，采用屏蔽电缆互连时，则供电和载波信号的传输都通过屏蔽电缆实现，此时电路基板上可以不设置载波信号耦合器及切换开关和射频连接口；采用同轴馈线互连时，通过切换开关切换信号通路，使载波信号走同轴馈线通道，屏蔽电缆仅用于供电，参照图9，采用同轴馈线进行载波信号传输时，连接相邻组网单元的同轴馈线连接于组网单元的射频连接口上，同轴馈线上需串接手动或程控可调衰减器，处理单元3和程控可调衰减器相连，通过控制总线控制程控可调衰减器通断或调节衰减值大小来实现计算机自适应组网，以及通过调节衰减值大小来控制各节点间的路由中继方向，采用手动可调衰减器可以实现手动组网，采用程控衰减器则可实现计算机程控组网。另外，设置与处理单元及组网单元相连的任意波发生器，可注入任意幅度的干扰信号，以模拟各种特殊的现场应用环境。处理单元与集中器相连，读取每个节点的路由信息、操作各节点复位或上下线、读电量及其他信息、测试吞吐量等，并记录下所有实时数据。对收集到的数据进行分析整理，从而建立出不同的模型，用于控制测试系统。计算机可采用LABVIEW或其他GUI工具运行友好的、图形化的人机界面软件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于，包括：

三相电源；

与所述三相电源的A相相连的A相组网单元，与所述三相电源的B相相连的B相组网单元，与所述三相电源的C相相连的C相组网单元，所述每一相上的组网单元通过屏蔽电缆互连；

分三线与所述三相电源相连的集中器；

与所述集中器相连的处理单元。

2.如权利要求1所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述组网单元包括电路基板、设置于所述电路基板上的载波信号衰减器、电源模块及数个载波模块，所述电路基板设置于金属外壳内，所述载波信号衰减器分别连接于屏蔽电缆的进线和出线上，所述电源模块连接于所述和屏蔽电缆进线相连的载波信号衰减器上，所述电源模块与所述载波模块依次相连，所述每一载波模块与一设置于电路基板上的单片机相连。

3.如权利要求2所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述组网单元还包括载波信号耦合器、切换开关及射频连接口，所述载波信号耦合器连接于所述两个载波信号衰减器之间的屏蔽电缆上，所述载波信号耦合器的另一端与切换开关相连，所述切换开关与各载波模块相连，所述切换开关同时经另一个载波信号耦合器与射频连接口相连。

4.如权利要求2或3所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述载波模块通过型号为XS4的2X6脚双排插座与单片机相连。

5.如权利要求2或3或4所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述载波模块通过型号为XS2的2x4脚的双排插座与切换开关相连。

6.如权利要求3所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述每一相的组网单元通过同轴馈线互连，连接相邻组网单元的同轴馈线连接于组网单元的射频连接口上，同轴馈线设置有可调衰减器。

7.如权利要求6所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：还包括与所述处理单元及组网单元相连的任意波发生器，所述任意波发生器与所述组网单元的射频连接口相连。

8.如权利要求6所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述可调衰减器为程控可调衰减器或手动可调衰减器，所述处理单元通过同轴馈线和所述可调衰减器相连。

9.如权利要求3所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：载波信号衰减器为低通滤波电路，其通过连接器J3与屏蔽电缆相连，J3的1脚与环形电感L22相连，环形电感L22另一端与耦合器相连，1脚同时与X电容C1相连，X电容C1与环形电感L21相连，J3的2脚接机壳，J3的3脚与环形电感L21相连，环形电感L21另一端与耦合器相连，环形电感L21另一端同时与Y电容C171相连，Y电容C171另一端与Y电容C172相连，Y电容C171另一端同时接机壳，Y电容C172另一端与环形电感L22相连。

10.如权利要求3所述的电力线宽带载波通信模块组网测试系统，其特征在于：所述载波信号耦合器包括两个4.7nF的Y电容C217、C218，Y电容C217一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连，Y电容C218一端与载波信号衰减器相连，另一端与切换开关相连。