CN1053540C - 一种电力网通信的主/从结构系统 - Google Patents

Abstract

该电力网通信的主/从结构系统，主、从机结构简单，主机由电力调制解调器、可控晶体振荡器、收/发控制、奇偶检测、接口等电路组成。从机由电力调制解调器、可控晶体振荡器、应答信号、奇偶产生、接口等电路组成。接上不同的外围电路，可广泛用于局部电网内的各种抄表和报警、呼救等用途。在局部电力网上共存的各应用系统共用一个频率，采用地址码来保证类别，用户号是唯一的，通信规程简单合理，确保通信质量。

Description

一种电力网通信的主/从结构系统

本发明涉及一种利用电力线电网传输测量数据和报警信号的通信系统。

供电电网线路用于提供电力，它缚设到用电的每个角落，构成巨大的通信网络资源。由于电力线存在严重的干扰信号，并不适用作通信媒介。然而各种家用或工业用测量设备、仪器，或是安装在电网上，或是与电网相隔咫尺。此外许多报警器远距监视，由于铺设专用线路代价高或者困难大而不能实现。一方面需求通信网络，一方面又不能利用网络，造成资源浪费。电力载波通信已有很多探索，在一些专门用途，如家用电表、煤气表、水表的抄表，家用电器室内控制，已有相应的专利思想和产品设计。

中国专利909223666.0(电、水、煤气全自动监测抄表装置)，其构思是将仪表测量数据通过光纤传感器与单片机装置构成监测抄表装置，再通过220V，380V电源线将单片机采集的数据传到中心计算机。

中国专利92110485.5(电表、水表、气表自动数据采集系统)，其构思是用户终端设置对应于电表、水表、气表的计数源，各计数源通过开关设置，控制计数源通过数据线向用户终端器的数据发送电路发送计数源数据，当中心站主机通过电源线向用户终端器发出指令时，经终端器译码后，向主机回发数据，同时对计数源清零。

上述现有技术都用一套系统录取测量数据，发往中心站的计算机；用一个终端器管理三表，结构复杂，并且不能将表种类扩至3种以上；三种表的数据必须一次性录取，不能对不同类别数据分时抄表，进而分时计费，否则需增设专门类别译码功能。后一专利在数据发出后即对计数源清零，不能确保中心站的正确接收；这里没有采取措施保障异步通信的数据同步。此外安装上存在不同部门间管理上统一协调，有操作的现实性问题。用电力线传输抄表数据或呼救、报警监测，必须准确、可靠。用户三表是计量用户耗能，传输出错意味国家、个人蒙受经济损失，亦影响部门声誉。

本发明的目的在于避免上述现有技术之不足，提出一种利用电力网传输数据的以主/从结构为核心的系统。可以实现：一主机带上千个从机管理上千用户的一种表，网上可同时容纳数十个主机即数十种类的表；或者一个从机接收上千个主机的呼救、报警，亦可容纳数十种呼救、报警。做到在一个局部电网内(一个电力变压器供电照明范围)，抄表用途系统和报警用途系统同时存在，每一种类抄表，每一种类呼救、报警自成独立子系统，易安装、易协调、易维护、随时可扩充。各系统间不干扰、混乱、重叠，并且保证数据收、发双方协调一致，数据准确无误，避免造成国家或个人的经济损失。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

电力网通信的主/从结构系统，主、从机挂在电源线上，主机包括电力线调制解调器、数据接口电路、取样电路，从机包括电力线调制解调器、数据接口电路、编解码电路，其特征在于主机还包括可控晶体振荡器2、信号选通3、收/发控制4、奇偶检测电路6、启动接口8、地址码接口9和根据不同用途而设置的外围电路组成，从机还包括可控晶体振荡器2、收/发控制4、应答信号15、地址码16、号码匹配17、奇偶产生电路19、同步头判别21和根据不同用途而设置的外围电路；

调制解调器1连接到收/发控制4，收/发控4与可控晶体振荡器2相连构成主机控制回路，调制解调器1连接到信号选通3、地址码接口9构成主机信号输出回路，调制解调器1连接到取样电路5，取样电路5一端连接到奇遇检测电路6，另一端连接到数据输出接口7构成主机信号输入回路；

调制解调器1一端连接到同步头判别21，同步头判别21连接到可控晶体振荡器2，可控晶体振荡器2连接到启动接口8、收/发控制4，收/发控制4另一端连接到调制解调器1构成从机控制回路，调制解调器1另一端连到应答信号15、数据输入接口20，数据输入接口20连到奇偶产生19构成从机信号输出回路，调制解调器1连到取样电路5，取样电路5连到号码匹配17，另一端连到地址16，号码匹配17另一端连到数据输出接口18构成从机信号输入回路；

本发明相比现有技术有如下优点：

主/从机核心结构简单，不用微机或单片机即可自构成系统。制定固定简单实用的通信规程可确保小数据量但高可靠性的传输通信需要。该结构通用性强，适宜制成标准件以及专用集成电路(ASIC)，进行大批量、低成本推广普及应用。可塑性好，可扩展性强，不同应用只需增设最少的外围配置。采用地址码以保证类别、用户号的唯一以及分时工作，使网上共存的各应用子系统可单独独立运行，相互间不干扰、不混乱、不重叠，保证各子系统独占使用电网，因而共用一个频率，充分利用频率资源。系统可按管理需求分别先后安装，随时增加，避免各行业部门之间扯皮，具有现时可操作性。由通信规程协调收发数据正确，确保通信质量。地址码匹配三取二确保不要张冠李戴。

附图的图面说明：

图1.  抄表系统图；

图2.  报警系统图；

图3.  主机核心及外围结构图；

图4.  从机核心及外围结构图。

下面将结合附图所示的实施例进一步详细说明：

参看图1的抄表的主/从结构应用。主机外围增设定时电路、地址码扫描电路、数据存储电路。定时器设定表类抄表的时刻，晶体振荡器在静止空闲状态(即不抄表时)向定时器提供时钟，PLM处于接收状态，主机不工作。抄表时定时器给主机输出时钟源。PLM接受收/发控制，高电平发射。进入发射状态，信号选通输出同步头信号，地址扫描电路重复三次通过地址码接口输出地址码，收/发控制降为低电平，PLM进入接收状态。同步头是从机同步接收的标记信号，三次地址码确保号码识别，防止抄错用户号。

从机外围电路增设定时器，数据记录计数器。PLM、定时器和收/发控制功能，空闲状态都如同主机。当定时器进入抄表时刻，从机工作。同步判定电路判别接收是否为同步头或线路噪声，可控晶振提供时钟，取样电路在电路时钟的16倍频的第3、5、7拍对数据取样三次，第8拍输出电路时钟信号CK1，三次地址码三取二匹配。若成功，触发收/发控制给输出高电平，PLM发射应答头。数据记录计数器将数据和奇偶产生的奇偶位向主机发出。主机检测应答，进行奇/偶校验，确认时回发确认命令并于存储单元记录数据。从机收到确认命令后，随即清除数据记录计数器内容，否则保留之。如果主机没收到应答头，则在存储单元中记录故障。确保主机不会记录误传数据。

一个主机带N(N可达1024)个从机“挂”在电源线上。M个主机(M可达32个)由设定不同时刻的定时器启动，该主机所带从机亦由定时器同时或超前启动，非该主机所带从机群处于“静止空闲”状态。由于地址码唯一，每次仅有一个目标从机匹配上主机查询、应答并回传数据和奇偶位，主机确认并发确认命令，从机清零数据记录计数器。任何时刻，线上仅是一对一通信。本例中一个主机(查询)→从机(响应)→主机(确认)→从机(清零)的全过程仅传送10个字节。PLM速率为1Kbits/s，即仅需90毫秒，一千个表仅需90秒，不同类别的抄表间隔设定为小时数量级，不致造成互相干扰、重叠。如果各行业协调统一可形成图中的一个变体安装，即由一个主机管理所有从机。主机对所有的从机号逐一扫描，而存储器容量也相应扩充满足所有种类的表。

参看图2的呼救、报警的主/从应用。主机外围电路中增设报警信号和地址码接口，根据需要连接各种安全、保卫及呼救装置或传感器。当收到报警传感器信号后发射上述过程。从机增设报警器。对地址码高位匹配后，确认为本种灾害报警后，将低位码通过数据输出接口进到报警装置并发发出报警脉冲。报警器装置据需要可为警笛、蜂鸣、语音及指示灯。并可以通过专线传至专门的安全、监督及保卫机构。

一个从机接受N(N可达1024)个主机的响应，解决一种灾难报警。电网上可安装M(M可达32)个从机。任何一个主机都接有一个用户的一种特定的报警传感器，只要有传感器来的信号，就将本机号码(本例中为高六位种类码和低十位用户号)发出；从机匹配，将报警信号传给警报器(如警笛、蜂鸣器、语言、或指示灯)；同时回发一个应答头(EFH)，主机收到应答头停止报警。无论何灾害(火灾、煤气泄漏、偷盗、疾病突发)只是极少可能事件，本例中一个主机(呼叫)→从机(响应)→主机(停止)的全过程仅传送8个字节，因而占用线路时间极短，可充分认为线路总是空闲可用的，不影响抄表系统。同样有一个从机管理所有种类报警主机的变体结构，唯一的改动是，从机用主机呼叫的高六位来查询呼叫类别，于是只做很少改动，便能节省31个从机。

两者网上应用系统有统一的地址编码，格式为：

信息          种类码                  用户码或者：

信息          用户码                  种类码

种类码(m-p位或0-m位)，可分配给各种需抄录数据的用户表或呼救、报警。用户码(0-m位或m-p位)，分配给使用该系统的个人。因此每种应用的每个用户有唯一的号码。

参看图3，主机核心结构由电力调制解调器(PLM)1、可控晶体振荡器2、信号选通3、收/发控制4、取样电路5、奇偶检测6、数据输出接口7、启动接口8、地址码接口9几部分构成。

当外围配置定时器电路11与启动接口8相连，数据存储器10与数据输出接口7相连，地址扫描电路13与地址码接口9相连，便构成主机抄表应用。空闲时，PLM1处于接收状态，收/发控制4输出低电平，可控晶体振荡器2只供给定时器11时钟，而不向其它部分输出。抄表由定时器11启动主机，收/发控制4变为高电平，构成主机抄表应用。空闲时，PLM1处于接收状态，收/发控制4输出低电平，可控晶体振荡器2只供给定时器11时钟，而不向其它部分输出。抄表由定时器11启动主机，收/发控制4变为高电平，PLM1进入发射准备，可控晶体振荡器2给主机所有电路提供时钟，信号选通3输出同步头(FFH)，地址扫描电路13连续三次输出第一个从机号，PLM1由收/发控制4控制恢复接收状态。当从机发回应答头(E7H)和数据，主机奇偶检测6检测奇偶校验位，确认后信号选通3回发确认命令(F3H)，同时数据输出接口7向存储器10第一地址单元写下该数据。如果没有目标从机响应，即在存储器另外记录下该用户的机器故障一次。取样电路5对输入的每个脉冲在时钟的16倍频的第3、5、7拍取样三次。随后地址码增1，启动接口8触发进入下一用户表，直至N个用户都扫描一遍。如果主机外围设置与计算机通信的接口连到专用线路，使行业主管通过专线读取存储器21的数据，能做到整座城市互相连网。或者通过银行向用户收费。

当外围电路配置报警源22与启动接口8相接，地址码14与地址码接口9相连。报警源22的信号启动主机，主机发出查询号码。差别是，从机回发应答头

(E7H)后，主机即停止工作，否则将连续不断地向分机发射呼叫。

参看图4，从机核心结构由PLM1，可控晶体振荡器2，应答信号15、收/发控制4、取样电路5、启动接口8、地址码16、号码匹配17、数据输出接口18、奇偶产生19、数据输入接口20、同步头判别21组成。当外围配置定时器11与启动接口8相连、用户数据记录计数器23与数据输入接口20相接时，构成抄表应用。空闲时，PLM1、收/发控制4、可控晶体振荡器2的状态同主机。抄表时定时器11启动从机，当收到同步头(FFH)后，同步头判别21即启动可控晶体振荡器2给从机电路提供时钟，经号码匹配17，收/发控制4输出高电平，PLM1进入等待发射状态，应答信号15输出应答头(E7H)，数据输入接口20输入用户数据计数器23的值，奇偶产生19生成奇偶位，向主机发出。如果收到主机确认命令(F3H)，就清零用户数据记录计数器23，否则数据记录计数器23仍保留用户数据。确保可靠记录。当外围电路配置报警器22与数据输出接口18相连，启动接口8接高电位，此时从机随时准备接收主机的报警呼叫。接到报警，则将低十位地址经数据输出接口18给警报器22，同时向主机发射应答头，报警器22在报警同时显示出出事用户地址号。如上所述，这种主/从结构简单可靠，单机电路皆可制成专用集成电路(ASIC)，不需用计算机或单片机便自成系统。可以按实际管理的条件和需要有多种变体，每种应用系统都可以视情况进行上述两种典型实例的混合安装。只需增设相应的远距通信标准接口，通过专用线路接到分别的中心计算机站，读取存储器10的内容进行数据进一步加工或简单地将报警器信号22传递，构成完整应用系统。

Claims (5)

1.一种电力网通信的主/从结构系统，主、从机挂在电源线上，主机包括电力线调制解调器、数据接口电路、取样电路，从机包括电力线调制解调器、数据接口电路、编解码电路，其特征在于主机还包括可控晶体振荡器[2]、信号选通[3]、收/发控制[4]、奇偶检测电路[6]、启动接口[8]、地址码接口[9]和根据不同用途而设置的外围电路组成，从机还包括可控晶体振荡器[2]、收/发控制[4]、应答信号[15]、地址码[16]、号码匹配[17]、奇偶产生电路[19]、同步头判别[21]和根据不同用途而设置的外围电路；

调制解调器[1]连接到收/发控制[4]，收/发控[4]与可控晶体振荡器[2]相连构成主机控制回路，调制解调器[1]连接到信号选通[3]、地址码接口[9]构成主机信号输出回路，调制解调器[1]连接到取样电路[5]，取样电路[5]一端连接到奇遇检测电路[6]，另一端连接到数据输出接口[7]构成主机信号输入回路；

调制解调器[1]一端连接到同步头判别[21]，同步头判别[21]连接到可控晶体振荡器[2]，可控晶体振荡器[2]连接到启动接口[8]、收/发控制[4]，收/发控制[4]另一端连接到调制解调器[1]构成从机控制回路，调制解调器[1]另一端连到应答信号[15]、数据输入接口[20]，数据输入接口[20]连到奇偶产生[19]构成从机信号输出回路，调制解调器[1]连到取样电路[5]，取样电路[5]连到号码匹配[17]，另一端连到地址[16]，号码匹配[17]另一端连到数据输出接口[18]构成从机信号输入回路；

2.根据权利要求1所述的电力网通信的主/从结构系统，其特征在于作为抄表用途的主/从结构系统的主机外围电路还配置定时器[11]与启动接口[8]相连接、地址扫描电路[13]与地址码接口[9]相连接、数据存储电路[10]与数据输出接口[7]相连接、从机外围电路还配置定时器[11]与启动接口[8]相连接、数据记录计数器[23]与数据输出接口[7]相连接。

3.根据权利要求1所述的电力网通信的主/从结构系统，其特征在于作为报警、呼救等用途的主/从结构系统的主机外围电路还配置报警源[12]与启动接口[8]相连接、地址码[14]与地址码接口[9]相连接、从机还配置报警器[22]与数据输出接口[7]相连接。

4.根据权利要求2所述的电力网通信的主/从结构系统，其特征在于主机的外围设置有与计算机通信的接口连到专用线路，通过计算机网络将各类抄表系统联网收费。

5.根据权利要求3所述的电力网通信的主/从结构系统，其特征在于报警器为警笛、蜂鸣、语音及显示，通过专用线路送到专门的安全、监督及保卫机构。

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