CN105322981B - 一种双模异构通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模异构通信装置，其包括有市电端、过零检测单元、载波通信单元、无线通信单元和主控单元。该双模异构通信装置中，通过载波通信单元或无线通信单元与电力线上的其他双模异构通信装置进行电力线载波通信或无线通信，使得本发明同时具备了电力线载波通信和无线通信的功能，当电力线上存在干扰或者传输距离过远时，可以充分发挥无线通信的优势，从而更好地保证了数据传输的准确性、可靠性。

Description

一种双模异构通信装置

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种双模异构通信装置。

背景技术

近年来，根据国家电网公司的《电力用户用电信息采集系统》系列标准，国内电力用户电能采集和管理工作进入了重要的发展时期，并推动了智能电网的快速发展。智能电网建设的重要标志是电力用户用电信息采集系统，近几年得到了快速的发展，当前电力用户用电信息采集系统的通信技术主要为电力线载波通信技术。

电力线载波(Power Line Carrier，PLC)，是指利用供电线路作为通信介质进行数据传输的一种通信技术。为保证通信的可靠性，可用的通信速率较低，PLC能够实现台区及线路相序识别；由于电力线负载(阻抗)时变性强，线路干扰严重，PLC难以保证数据传输的可靠性、准确性和及时性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种数据传输的可靠性、准确性好的双模异构通信装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种双模异构通信装置，其包括：市电端、过零检测单元、载波通信单元、无线通信单元和主控单元；所述市电端，连接于电力线，用于接入所述电力线上的具有工频信号和第一载波信号的混合信号或向所述电力线输出第二载波信号；所述过零检测单元，其输入端连接于所述市电端，用于检测所述工频信号的过零点，并在所述工频信号到达过零点时输出脉冲信号；所述载波通信单元，其输入端连接于所述市电端，用于接收所述市电端的第一载波信号并解调后输出第一基带信号至所述主控单元，或用于接收所述主控单元的第二基带信号并调制后输出第二载波信号至所述市电端；所述无线通信单元，用于将从所述主控单元接收的第一数字信号转换为第一射频信号并发送出去，或用于将其接收的第二射频信号转换为第二数字信号并发送至所述主控单元；所述主控单元，分别连接于所述过零检测单元、载波通信单元和无线通信单元，所述主控单元用于当其接收到所述过零检测单元的脉冲信号时，从所述载波通信单元获取第一基带信号和/或向载波通信单元发送第二基带信号，以及用于从所述无线通信单元获取第二数字信号和/或向所述无线通信单元发送第一数字信号。

优选地，所述无线通信单元为微功率无线通信单元。

优选地，所述载波通信单元包括：隔离耦合单元，其前端连接于所述市电端，用于隔离所述工频信号并传输所述第一载波信号；载波接收单元，其输入端连接于所述隔离耦合单元的后端且输出端连接于所述主控单元，其用于接收所述第一载波信号且将该第一载波信号解调后输出第一基带信号；载波发射单元，其输入端连接于所述主控单元且输出端连接于所述隔离耦合单元的后端，用于将其接收的所述第二基带信号调制为第二载波信号，并传输至所述隔离耦合单元。

优选地，所述隔离耦合单元和载波接收单元之间的线路上设有依次连接的第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述载波发射单元的输出端连接于所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的连接点。

优选地，所述载波接收单元包括有解调器U103，所述解调器U103的OSC1引脚用于接入所述主控单元发出的本振信号，其MIX IN引脚用于接入所述第一载波信号，其AUD MUL引脚用于将其解调后的第一基带信号输出至所述主控单元。

优选地，所述过零检测单元包括有一光耦U101，所述市电端的工频信号经过整流后加载于所述光耦U101的前端，所述光耦U101后端正极接高电位，其负极连接于所述主控单元，所述光耦U101用于当市电端的工频信号到达过零点时产生跳变且由其负极输出所述脉冲信号至主控单元。

优选地，所述市电端连接三相电力线。

优选地，所述隔离耦合单元与载波接收单元之间的线路上设有一三相切换单元，所述隔离耦合单元包括有三个耦合变压器，三个所述耦合变压器的前端分别连接于三条相线，所述三相切换单元的控制端与主控单元相连，所述三相切换单元用于执行所述主控单元发出的控制指令而将三个耦合变压器的后端择一地连接于所述载波接收单元，并且由所述过零检测单元检测与该载波接收单元相对应的相线的工频信号的过零点。

优选地，所述三相切换单元包括有继电器K100和继电器K101，所述主控单元通过驱动一NPN管Q103及一NPN管Q104而分别控制继电器K100和继电器K101的线圈通断电，所述继电器K100的两个不动端分别连接于耦合变压器T100和耦合变压器T101的后端，所述继电器K100的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的两个不动端分别连接于继电器K100的动端和耦合变压器T102的后端，所述继电器K101的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的动端连接于所述载波接收单元。

优选地，所述过零检测单元包括有三个光耦，所述市电端的每相的工频信号经过整流后加载于一个光耦的前端，每个光耦的后端正极接高电位，其负极连接于所述主控单元，所述光耦用于当其前端的工频信号到达过零点时产生跳变且由其负极输出所述脉冲信号至主控单元。

本发明公开的双模异构通信装置中，通过载波通信单元或无线通信单元与电力线上的其他双模异构通信装置进行电力线载波通信或无线通信，使得本发明同时具备了电力线载波通信和无线通信的功能，当电力线上存在干扰或者传输距离过远时，可以充分发挥无线通信的优势，从而更好地保证了数据传输的准确性、可靠性。

附图说明

图1为本发明双模异构通信装置第一实施例中双模异构通信装置的原理框图。

图2为本发明双模异构通信装置第二实施例中双模异构通信装置的原理框图。

图3为本发明双模异构通信装置第二实施例中隔离耦合单元和载波发射单元的电路图。

图4为本发明双模异构通信装置第二实施例中载波接收单元的电路图。

图5为本发明双模异构通信装置第二实施例中过零检测单元的电路图。

图6为本发明双模异构通信装置第二实施例中无线通信单元的电路图。

图7为本发明双模异构通信装置第二实施例中主控单元的电路图。

图8为本发明双模异构通信装置第三实施例中双模异构通信装置的原理框图。

图9为本发明双模异构通信装置第三实施例中三相切换单元的电路图。

图10为本发明双模异构通信装置第三实施例中过零检测单元的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1：

本实施例公开的双模异构通信装置，如图1所示，包括：市电端1、过零检测单元4、载波通信单元2、无线通信单元5和主控单元3；其中：

市电端1，连接于电力线，用于接入电力线上的具有工频信号和第一载波信号的混合信号或向电力线输出第二载波信号；

过零检测单元4，其输入端连接于市电端1，用于检测工频信号的过零点，并在工频信号到达过零点时输出脉冲信号；

载波通信单元2，其输入端连接于市电端1，用于接收市电端1的第一载波信号并解调后输出第一基带信号至主控单元3，或用于接收主控单元3的第二基带信号并调制后输出第二载波信号至市电端1；

无线通信单元5，用于将从主控单元3接收的第一数字信号转换为第一射频信号并发送出去，或用于将其接收的第二射频信号转换为第二数字信号并发送至主控单元3；优选地，无线通信单元5为微功率无线通信单元；

主控单元3，分别连接于过零检测单元4、载波通信单元2和无线通信单元5，主控单元用于当其接收到过零检测单元的脉冲信号时，从载波通信单元2获取第一基带信号和/或向载波通信单元2发送第二基带信号，以及用于从无线通信单元5获取第二数字信号和/或向无线通信单元5发送第一数字信号。

具体地，当过零检测单元检测到市电端的工频信号到达过零点，主控单元1接收到过零检测单元4发送的脉冲信号时，控制载波通信单元2接收市电端1的第一载波信号并解调为第一基带信号，主控单元3将该第一基带信号处理后输出第一数字信号至无线通信单元5，无线通信单元5将该第一数字信号转换为第一射频信号，进而通过无线方式发送出去；另一方面，当无线通信单元5接收到第二射频信号时，并转化为第二数字信号发送至主控单元3，主控单元3结果处理后，发送第二基带信号至载波通信单元2，载波通信单元2调制后输出第二载波信号至市电端1，实现电力线载波与无线的双模通信。

本发明公开的双模异构通信装置中，通过载波通信单元2或无线通信单元5与电力线上的其他双模异构通信装置进行电力线载波通信或无线通信，使得本发明同时具备了电力线载波通信和无线通信的功能，当电力线上存在干扰或者传输距离过远时，可以充分发挥无线通信的优势，从而更好地保证了数据传输的准确性、可靠性。

实施例2：

本实施例公开了一种双模异构通信装置，结合图2和图3所示，其包括有：市电端10、隔离耦合单元11、载波接收单元12、载波发射单元13、过零检测单元14、无线通信单元15及主控单元16；其中，实施例1中的载波通信单元具体细化为隔离耦合单元11、载波接收单元12和载波发射单元13等。

隔离耦合单元11，其前端连接于市电端10，用于隔离工频信号并传输第一载波信号，该隔离耦合单元11包括有耦合变压器T100；

载波接收单元12，其输入端连接于所述隔离耦合单元11的后端且输出端连接于所述主控单元16，其用于接收所述第一载波信号且将该第一载波信号解调后输出第一基带信号；

载波发射单元13，其输入端连接于所述主控单元16且输出端连接于所述隔离耦合单元11的后端，用于将其接收的所述第二基带信号调制为第二载波信号，并传输至所述隔离耦合单元11。

本实施例中的双模异构通信装置，其接收数据时，电力线上的信号依次经过隔离耦合单元11和载波接收单元12而传输至主控单元16；其发送数据时，主控单元16发出的信号依次经过载波发射单元13和隔离耦合单元11而传输至电力线，再传输至电力线上的其他双模异构通信装置，进而实现电力线载波传输。在此基础之上，该双模异构通信装置设有无线通信单元15，所以可通过无线通信单元15与其他双模异构通信装置建立无线连接且实现交互通信。该双模异构通信装置同时具备了电力线载波通信和无线通信的功能，尤其当电力线上存在干扰或者传输距离过远时，可以充分发挥无线通信的优势，从而更好地保证了数据传输的准确性、可靠性。应当说明的是，上述无线通信是指微功率无线通信，是利用空间传播的高频电磁波来进行数据传输的一种通信技术，微功率无线技术具有传输可靠性高，不受用电负荷及电力线干扰的影响，具有MESH网络特征，支持全路由优化，能够保障实时通信；同时，其传输速率较快，可达10Kbps；此外，其支持无线手持设备接入，调试简便，操控性好。基于上述优点可以看出，微功率无线通信适合在电力用户用电信息采集系统中得以推广应用。

为了限定载波信号的频率范围，所述隔离耦合单元11和载波接收单元12之间的线路上设有依次连接的第一带通滤波器17和第二带通滤波器18，所述载波发射单元13的输出端连接于第一带通滤波器17和第二带通滤波器18的连接点。

本实施例中，所述市电端10连接单相电力线。请参照图2至图4，所述载波接收单元12包括有解调器U103，所述解调器U103的OSC1引脚用于接入主控单元16发出的本振信号，其MIX IN引脚用于接入第一载波信号，其AUD MUL引脚用于将其解调后的第一基带信号输出至主控单元16。其中，市电端10处的第一载波信号经1:1的耦合变压器T100耦合输出，再经两个带通滤波器滤波后，形成RFSK信号，经解调器U103混频、滤波、鉴频，输出RSSI值和SSC方波信号给主控单元16。

载波发射单元13包括有放大器U102，其中，从主控单元16的21脚输出的SSC方波信号，直接驱动放大器U102，使得放大器U102功率管工作在开关状态，电容C105、电感L104、电感L101、和电容C121组成带通滤波器而滤除谐波分量，输出正弦波至耦合变压器T100。

请参照图5，所述过零检测单元14包括有一光耦U101，所述市电端10的的工频信号经过整流后加载于光耦U101的前端，所述光耦U101后端正极接高电位，其负极连接于主控单元16，所述光耦U101用于当市电端10的工频信号到达过零点时产生跳变且由其负极输出脉冲信号至主控单元16。该过零检测单元14为主控单元16提供收、发信号的基点，即当电力线上的工频信号到达过零点时才发射载波或者接收信号。

结合图6和图7所示，所述无线通信单元15包括有射频收发芯片U202，所述射频收发芯片U202是RF-102W型芯片，所述主控单元16包括有单片机U104，所述单片机U104是RL78/G13型单片机。其中，外部射频信号经天线传输至射频收发芯片U202，再经射频收发芯片U202内部电路转换为数字量信号，送给单片机U104，单片机U104处理之后，再由射频收发芯片U202进行转换，由射频收发芯片U202的第5脚输出射频信号至天线。

实施例3：

本实施例中的双模异构通信装置，请参照图8，包括有：市电端20、隔离耦合单元21、载波接收单元22、载波发射单元23、过零检测单元24、无线通信单元25、主控单元26、第一带通滤波器27和第二带通滤波器28；其中，实施例1中的载波通信单元具体细化为隔离耦合单元21、载波接收单元22、载波发射单元23、第一带通滤波器27和第二带通滤波器28等。

本实施例与实施例2的不同之处在于，所述市电端20连接三相电力线，所述隔离耦合单元21与载波接收单元22之间的线路上设有一三相切换单元29，所述隔离耦合单元21包括有三个耦合变压器(T100、T101、T102)，三个耦合变压器(T100、T101、T102)的前端分别连接于三条相线，所述三相切换单元29的控制端与主控单元26相连，所述三相切换单元29用于执行主控单元26发出的控制指令而将三个耦合变压器(T100、T101、T102)的后端择一地连接于载波接收单元22，并且由过零检测单元24检测与该载波接收单元22相对应的相线的过零点。

作为一种优选方式，结合图8和图9所示，所述三相切换单元29包括有继电器K100和继电器K101，所述主控单元26通过驱动一NPN管Q103及一NPN管Q104而分别控制继电器K100和继电器K101的线圈通断电，所述继电器K100的两个不动端分别连接于耦合变压器T100和耦合变压器T101的后端，所述继电器K100的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的两个不动端分别连接于继电器K100的动端和耦合变压器T102的后端，所述继电器K101的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的动端连接于载波接收单元22。

其中，主控单元26向NPN管Q103和NPN管Q104输出的驱动信号(PHASE_A、PHASE_B)与继电器K101动端信号(KEND)的数字逻辑关系如下表所示：

PHASE_A	1	0	0
				PHASE_B	X	1	0
KEND	VC	VB	VA

表中，VA、VB和VC分别是三条相线上的电压信号，可见，通过对NPN管Q103和NPN管Q104的逻辑控制，可以使三条相线上的电压信号择一地传输至载波接收单元22。

请参照图10，所述过零检测单元24包括有三个光耦(U102、U103、U104)，所述市电端20的每相的工频信号经过整流后加载于一个光耦的前端，每个光耦的后端正极接高电位，其负极连接于主控单元26，所述光耦用于当其前端的工频信号到达过零点时产生跳变且由其负极输出脉冲信号至主控单元26。该过零检测单元14为主控单元16提供收、发信号的基点，当主控单元26选择某一相线作为载波线路时，过零检测单元14仅采集该相线上的脉冲信号。

本发明公开的双模异构通信装置可以是单相双模节点、三相双模节点或集中器，电力线上的双模异构通信装置之间既可以进行电力线载波通信，也可以进行无线通信，本发明是以微功率无线通信为主，其具体通信方式可由集中器控制，使得本发明同时具备了电力线载波通信和无线通信的功能，当电力线上存在干扰或者传输距离过远时，可以充分发挥无线通信的优势，从而更好地保证了数据传输的准确性、可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种双模异构通信装置，其特征在于，包括：市电端、过零检测单元、载波通信单元、无线通信单元和主控单元；

所述市电端，连接于电力线，用于接入所述电力线上的具有工频信号和第一载波信号的混合信号或向所述电力线输出第二载波信号；

所述过零检测单元，其输入端连接于所述市电端，用于检测所述工频信号的过零点，并在所述工频信号到达过零点时输出脉冲信号；

所述载波通信单元，其输入端连接于所述市电端，用于接收所述市电端的第一载波信号并解调后输出第一基带信号至所述主控单元，或用于接收所述主控单元的第二基带信号并调制后输出第二载波信号至所述市电端；

所述无线通信单元，用于将从所述主控单元接收的第一数字信号转换为第一射频信号并发送出去，或用于将其接收的第二射频信号转换为第二数字信号并发送至所述主控单元；

所述主控单元，分别连接于所述过零检测单元、载波通信单元和无线通信单元，所述主控单元用于当其接收到所述过零检测单元的脉冲信号时，从所述载波通信单元获取第一基带信号和/或向载波通信单元发送第二基带信号，以及用于从所述无线通信单元获取第二数字信号和/或向所述无线通信单元发送第一数字信号；

所述无线通信单元为微功率无线通信单元；

所述载波通信单元包括：

隔离耦合单元，其前端连接于所述市电端，用于隔离所述工频信号并传输所述第一载波信号；

载波接收单元，其输入端连接于所述隔离耦合单元的后端且输出端连接于所述主控单元，其用于接收所述第一载波信号且将该第一载波信号解调后输出第一基带信号；

载波发射单元，其输入端连接于所述主控单元且输出端连接于所述隔离耦合单元的后端，用于将其接收的所述第二基带信号调制为第二载波信号，并传输至所述隔离耦合单元；

所述市电端连接三相电力线；

所述隔离耦合单元与载波接收单元之间的线路上设有一三相切换单元，所述隔离耦合单元包括有三个耦合变压器，三个所述耦合变压器的前端分别连接于三条相线，所述三相切换单元的控制端与主控单元相连，所述三相切换单元用于执行所述主控单元发出的控制指令而将三个耦合变压器的后端择一地连接于所述载波接收单元，并且由所述过零检测单元检测与该载波接收单元相对应的相线的过零点；

所述三相切换单元包括有继电器K100和继电器K101，所述主控单元通过驱动一NPN管Q103及一NPN管Q104而分别控制继电器K100和继电器K101的线圈通断电，所述继电器K100的两个不动端分别连接于耦合变压器T100和耦合变压器T101的后端，所述继电器K100的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的两个不动端分别连接于继电器K100的动端和耦合变压器T102的后端，所述继电器K101的动端受其线圈的通断电控制而切换连接于两个不动端之一，所述继电器K101的动端连接于所述载波接收单元；

所述过零检测单元包括有三个光耦，所述市电端的每相的工频信号经过整流后加载于一个光耦的前端，每个光耦的后端正极接高电位，其负极连接于所述主控单元，所述光耦用于当其前端的工频信号处于过零点时产生跳变且由其负极输出所述脉冲信号至主控单元。

2.如权利要求1所述的双模异构通信装置，其特征在于，所述隔离耦合单元和载波接收单元之间的线路上设有依次连接的第一带通滤波器和第二带通滤波器，所述载波发射单元的输出端连接于所述第一带通滤波器和第二带通滤波器的连接点。

3.如权利要求2所述的双模异构通信装置，其特征在于，所述载波接收单元包括有解调器U103，所述解调器U103的OSC1引脚用于接入所述主控单元发出的本振信号，其MIX IN引脚用于接入所述第一载波信号，其AUD MUL引脚用于将其解调后的第一基带信号输出至所述主控单元。

4.如权利要求1所述的双模异构通信装置，其特征在于，所述过零检测单元包括有一光耦U101，所述市电端的工频信号经过整流后加载于所述光耦U101的前端，所述光耦U101后端正极接高电位，其负极连接于所述主控单元，所述光耦U101用于当市电端的工频信号处于过零点时产生跳变且由其负极输出所述脉冲信号至主控单元。