CN107872244A - 电力线载波通信测试的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种电力线载波通信测试的方法及装置，包括：将电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理，再进行全波整流处理，得到载波信号峰值；将该载波信号峰值送到比较器，与预设的比较阈值进行比较；用比较结果来驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。本发明能够大大便利于电力线载波通信网络的铺设展开。

Description

电力线载波通信测试的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信辅助设备，尤其是涉及电力线载波通信辅助设备。

背景技术

PLC（power line carrier communication ，电力线载波通信）是一种利用电力输电线路作为通信载体的通信技术。由于电力输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设两条以上输电线，所以利用输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又可靠。目前，PLC广泛应用于电能表智能抄表、用电管理、智能家居、门禁安防等场合，其是电力部门优先采用的特有通信手段。

PLC是利用已有的低压配电网作为传输媒介，实现数据传递和信息交换的一种手段。应用电力线通信方式发送数据时，发送器先将数据调制到一个高频载波上，再经过功率放大后通过耦合电路耦合到电力线上。信号频带峰峰值电压一般不超过10V，因此不会对电力线路和电力用户造成不良影响。

当前，PLC已经得到大规模的应用，围绕其服务的技术人员和技术设备也大量的涌现。在电力载波网络铺设和调试过程中，工程技术人员需要借助专业的设备帮助其分析现场的情况和问题，例如：电力线载波分析仪等专业设备就提供此功能。一方面，实现这些功能的仪器的体积较大，需要借助如PC机等其他设备进行辅助工作，存储数据、比较数据等。另一方面，实现这些功能的仪器是电力载波通信网络铺设和调试过程中必须的专业测试设备，它们甚至可以长时间的观察和收集电网的载波数据，提供电网质量的优化方案。

虽然，专业的调试测量设备可以提供比较丰富的参数，以便工程技术人员进行参考应用，例如：电力线阻抗、信号噪声比、信号强度、信号衰减等等，这些参数对于现场应用具有非常大的参考价值，能够让工程技术人员对于电力线载波的应用现场情况有质和量的了解，有助于电力载波部署的顺利进行。但是，这类设备大多操作比较复杂，需要工程技术人员有较高的专业知识和一定的参数敏感度，并且这类设备往往需要借助PC机进行辅助工作。然而，载波通信的调试和应用现场情况复杂，不利于专业的测量设备展开测试。

当电力线载波通信被大量应用智能电表管理的AMI(Advanced MeteringInfrastructure，高级量测体系)系统，是一个非常大的系统，单一集中器下面可以管理成百上千块智能电表。尤其在不发达的地区，电表和集中器的距离会非常远，这种情况下部署电力线载波通信网络，需要投入大量的工程人员的专业设备进行调试，使用专业的载波测试设备需要专业知识较高的工程技术人员，这样非常不利于网络的铺设展开。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术所存在的不足，而提出一种电力线载波通信测试的方法及装置，能够大大便利于电力线载波通信网络的铺设展开。

本发明针对上述技术问题提出一种电力线载波通信测试的方法，包括：将电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理，再进行全波整流处理，得到载波信号峰值；将该载波信号峰值送到比较器，与预设的比较阈值进行比较；用比较结果来驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。

在一些实施例中，设置多路比较器，每路比较器用于将该载波信号峰值与一个预设的比较阈值进行比较；设置多路指示灯，每路指示灯对应于一路比较器的输出。

在一些实施例中，使这些比较器的比较阈值递增变化；使这些指示灯一字排列；使连续排列的指示灯的闪烁点亮状态与电力线上的载波信号的的强度相对应；使连续排列的指示灯的稳定点亮状态与电力线上的噪声的强度相对应。

在一些实施例中，使所述的选频与耦合处理包括通过带通滤波器进行滤波处理以及通过隔离变压器进行隔离耦合处理；其中，该带通滤波器的频带范围设置为3KHz～95KHz。

在一些实施例中，还包括：将对电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理的输出送到一个BNC接口，以供外接设备利用。

本发明针对上述技术问题还提出一种电力线载波通信测试的装置，包括: 交流输入单元，用于连接电力线；交流至直流转换单元，用于提供直流电源供给；载波信号选频与耦合单元，用于对电力线上的载波信号和噪声进行选频与耦合处理；整流输出载波峰值单元，用于对该载波信号选频与耦合单元的输出进行全波整流处理，得到载波信号峰值；以及幅值比较和指示单元，用于与预设的比较阈值进行比较，比较结果驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。

在一些实施例中，该幅值比较和指示单元包括多路比较器，每路比较器用于将该载波信号峰值与一个预设的比较阈值进行比较；以及多路指示灯，每路指示灯对应于一路比较器的输出。

在一些实施例中，这些比较器的比较阈值递增变化；这些指示灯一字排列；其中，连续排列的指示灯的闪烁点亮状态与电力线上的载波信号的的强度相对应，连续排列的指示灯的稳定点亮状态与电力线上的噪声的强度相对应。

在一些实施例中，该载波信号选频与耦合单元包括用于进行滤波处理的带通滤波器和用于进行隔离耦合处理的隔离变压器；其中，该带通滤波器的频带范围设置为3KHz～95KHz。

在一些实施例中，还包括：载波信号BNC接口输出单元，用于将该载波信号选频与耦合单元的输出送到一个BNC接口，以供外接设备利用。

与现有技术相比，本发明的电力线载波通信测试的方法及装置，通过巧妙地将电力线上的载波信号和噪声处理得到载波信号峰值，再将该载波信号峰值送到比较器，与预设的比较阈值进行比较，进而用比较结果来驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态，能够大大便利于电力线载波通信网络的铺设展开。

附图说明

图1是本发明的电力线载波通信测试的装置实施例的框图示意。

图2是本发明实施例中载波信号选频与耦合单元的电路示意。

图3是本发明实施例中幅值比较和指示单元的框图示意。

图4是本发明实施例中一路幅值比较和指示的电路示意。

其中，附图标记说明如下:10 电力线载波通信测试的装置1 交流输入单元 2 交流至直流转换单元3 载波信号选频与耦合单元 4 整流输出载波峰值单元 5 幅值比较和指示单元 6 载波信号BNC接口输出单元。

具体实施方式

以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施例予以进一步地详尽阐述。

本发明提出一种电力线载波通信测试的方法，将电力线上的载波信号和噪声耦合进入比较器，通过与预设的比较阈值进行比较，可以指示出载波信号的状态和噪声的状态，在载波通信现场进行高效的载波探测和幅度评估。具体而言，本发明方法包括：将电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理，再进行全波整流处理，得到载波信号峰值；将该载波信号峰值送到比较器，与预设的比较阈值进行比较；用比较结果来驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。

参见图1，图1是本发明的电力线载波通信测试的装置实施例的框图示意。本发明提出一种电力线载波通信测试的装置10，其包括：交流输入单元1，交流至直流转换单元2，载波信号选频与耦合单元3，整流输出载波峰值单元4，幅值比较和指示单元5和载波信号BNC接口输出单元6。

该交流输入单元1用以实现该装置10与电力线AC的连接。作为例举，该交流输入单元1可以是一个电力插头，能够插到一个电力插座上，从而使该装置10与低压供电网的电力线AC连接到一起。

该交流到直流转换单元2用于实现对整个装置10的直流供电。在本实施例中，该交流到直流转换单元2为反激隔离的开关电源。该交流到直流转换单元2经由该交流输入单元1电网交流电。该交流到直流转换单元2的电压范围是85Vac至440Vac,可以直接接入三相交流电的相和相之间的电压。交流电经整流滤波之后输入高频电源变压器，经过PWM开关芯片。高频电源变压器次级侧输出+16V直流电源。+16V直流输出经过由稳压器和光耦构成的反馈回路控制PWM开关芯片，达到稳定的直流输出。

该载波信号选频与耦合单元3，使用LC带通滤波器选频网络，对电力线AC上的信号进行带通滤波，选取频带内的载波信号进入隔离耦合变压器，并从隔离耦合变压器的次级隔离输出。参见图2，图2是本发明实施例中载波信号选频与耦合单元的电路示意。在本装置10与电力线AC相连接入交流电的同时，本装置10也会与电力线AC上的载波信号和噪声接通。载波信号首先要经过由电容C2和电感L1组成的带通滤波器。该带通滤波器只允许某固定频带内的信号通过。然后，经该带通滤波器选频后的电力线载波信号，送到隔离耦合变压器的T1的初级，再由隔离耦合变压器的T1的次级输出隔离后的电力线载波信号。

考虑到：电力线载波信号有不同的调制方式，常见的调制方式包括：IEC61334 S-FSK调制 、PRIME OFDM调制、G3 OFDM调制、G3-FCC OFDM调制。电力线载波信号的频带范围一般是3KHz～95KHz。因此，本发明将该带通滤波器的频带范围设计为3KHz～95KHz，视该频带范围内的信号为载波信号。在本实施例中，该带通滤波器的电感L1的取值为10uH，该带通滤波器的电容C2的取值为0.22uF。该隔离耦合变压器T1能够允许100KHz的信号的正常传输。具体地，该隔离耦合变压器的T1的初级绕组的两端与低压电网的火线和零线分别相连；该隔离耦合变压器的T1的次级绕组的一端接地，另一端经由隔直电容C1向该整流输出载波峰值单元4输出隔离后的电力线载波信号PLC_Signal。

该整流输出载波峰值单元4用于将脉动的交流载波信号PLC_Signal进行全波整流后，输出载波信号峰值PLC_RMS给该幅值比较和指示单元5。由于载波信号PLC_Signal是交流信号，其相对参考地上下均有分布，无法直接进行比较。因此，需要将交流的载波信号经过全波整流，得到载波信号峰值PLC_RMS。

值得一提的是，由于全波整流会同时将噪声整流输出给该幅值比较和指示单元5，因此经过整流之后的载波信号变为脉动的、单一方向的方波。其中，该方波的高电平取决于电力线AC上载波信号的幅值（叠加有电力线AC上的噪声幅度），该方波的低电平取决于电力线AC上噪声的幅值。也就是说，在持续的噪声上面会出现更高幅度的载波信号，这和实际的电力线AC现场情况相吻合。

参见图3，图3是本发明实施例中幅值比较和指示单元的框图示意。该幅值比较和指示单元5将载波信号峰值PLC_RMS送到到八路比较器，每个比较器的各个比较阈值均是通过+16V直流电源经电阻分压提供。八个比较结果分别对应于八个比较结果指示。

在本实施例中，该幅值比较和指示单元5选用两个四通道电压比较器芯片LM339来实现八路比较。具体而言，第一比较器BJ1的比较阈值为0.5V，其比较结果驱动一级强度指示灯ZS1；第二比较器BJ2的比较阈值为1.0V，其比较结果驱动二级强度指示灯ZS2；第三比较器BJ3的比较阈值为1.5V，其比较结果驱动三级强度指示灯ZS3；第四比较器BJ4的比较阈值为2.0V，其比较结果驱动四级强度指示灯ZS4；第五比较器BJ5的比较阈值为2.5V，其比较结果驱动五级强度指示灯ZS5；第六比较器BJ6的比较阈值为3.0V，其比较结果驱动六级强度指示灯ZS6；第七比较器BJ7的比较阈值为5.0V，其比较结果驱动七级强度指示灯ZS7；第八比较器BJ8的比较阈值为7.0V，其比较结果驱动八级强度指示灯ZS8。

参见图4，图4是本发明实施例中一路幅值比较和指示的电路示意。比较器的比较阈值的设定，是通过电阻R1和1KΩ固定电阻对+16V直流电源分压得到的。比较器的输入+端接该载波信号峰值PLC_RMS，每路比较器的输入-端接该比较阈值。每路强度指示灯采用一个LED实现。当该载波信号峰值PLC_RMS达到某一设定的比较阈值，该路比较器的输出将会点亮对应的LED进行指示。在本实施例中，八路比较器的比较阈值是递增变化的；八路强度指示灯对应的八个LED是依次一字排列的。

结合参见图3，将该载波信号峰值PLC_RMS与八个等级的比较阈值进行比较，当载波信号峰值PLC_RMS达到设置的比较阈值时，将会触发对应的LED点亮进行指示，表示该载波信号峰值PLC_RMS所达到的幅度，例如：该载波信号峰值PLC_RMS为2.1V，那么一级强度指示灯ZS1、二级强度指示灯ZS2、三级强度指示灯ZS3和四级强度指示灯ZS4所对应的四个LED都会亮起，其余（即：五级强度指示灯ZS5、六级强度指示灯ZS6、七级强度指示灯ZS7和八级强度指示灯ZS8所对应的四个LED）不亮。

值得一提的是，由于电力线AC上的载波信号不是持续存在的，因此会看到若干个LED灯（一定是连续的若干个LED）呈现闪烁状态。连续若干个LED呈现闪烁状态，表示电力线AC存在电力线载波通信信号；闪烁的LED个数越多，表示载波信号的强度越大。由于电力线AC上的噪声在一定的时间内是持续存在的，因此由噪声所触发的LED将会持续点亮，持续点亮的LED个数越多，表示电力线AC上的噪声强度越大。

依据以上的关于载波信号强度和噪声强度的指示特性，本发明的装置10可以清晰地提供以下信息：电力线AC上的噪声强度；电力线AC上有无载波通信信号；以及电力线AC上的载波信号强度。

该载波信号BNC接口输出单元6，用于将该载波信号选频与耦合单元3输出的载波信号PLC_Signal送到一个标准的BNC接头予以输出。这种结构，可以接入示波器或扫频仪等仪器，更详细地观察载波信号PLC_Signal的幅度、噪声、频谱等信息进行详细的分析，方便现场应用。

值得一提的是，由于在该载波信号选频与耦合单元3使用了隔离耦合变压器T1，耦合进该载波信号BNC接口输出单元8来的载波信号PLC_Signal已经和交流电隔离，达到绝缘的目的。因此，可以直接将隔离的载波信号PLC_Signal通过标准的BNC接头进行输出。

与现有技术相比，本发明的方法及装置通过巧妙地将电力线AC上的载波信号和噪声处理得到载波信号峰值PLC_RMS，再将该载波信号峰值PLC_RMS送到比较器BJ1-BJ8，与预设的比较阈值进行比较，进而用比较结果来驱动指示灯ZS1-ZS8，以指示出载波信号的状态和噪声的状态，能够大大便利于电力线载波通信网络的铺设展开。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力线载波通信测试的方法，其特征在于，包括：将电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理，再进行全波整流处理，得到载波信号峰值；将该载波信号峰值送到比较器，与预设的比较阈值进行比较；用比较结果来驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。

2.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置多路比较器，每路比较器用于将该载波信号峰值与一个预设的比较阈值进行比较；设置多路指示灯，每路指示灯对应于一路比较器的输出。

3.依据权利要求2所述的方法，其特征在于，使这些比较器的比较阈值递增变化；使这些指示灯一字排列；使连续排列的指示灯的闪烁点亮状态与电力线上的载波信号的的强度相对应；使连续排列的指示灯的稳定点亮状态与电力线上的噪声的强度相对应。

4.依据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述的选频与耦合处理包括通过带通滤波器进行滤波处理以及通过隔离变压器进行隔离耦合处理；其中，该带通滤波器的频带范围设置为3KHz～95KHz。

5.依据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，还包括：将对电力线上的载波信号和噪声先进行选频与耦合处理的输出送到一个BNC接口，以供外接设备利用。

6.一种电力线载波通信测试的装置，其特征在于，包括: 交流输入单元，用于连接电力线；交流至直流转换单元，用于提供直流电源供给；载波信号选频与耦合单元，用于对电力线上的载波信号和噪声进行选频与耦合处理；整流输出载波峰值单元，用于对该载波信号选频与耦合单元的输出进行全波整流处理，得到载波信号峰值；以及幅值比较和指示单元，用于与预设的比较阈值进行比较，比较结果驱动指示灯，以指示出载波信号的状态和噪声的状态。

7.依据权利要求6所述的装置，其特征在于，该幅值比较和指示单元包括多路比较器，每路比较器用于将该载波信号峰值与一个预设的比较阈值进行比较；以及多路指示灯，每路指示灯对应于一路比较器的输出。

8.依据权利要求7所述的装置，其特征在于，这些比较器的比较阈值递增变化；这些指示灯一字排列；其中，连续排列的指示灯的闪烁点亮状态与电力线上的载波信号的的强度相对应，连续排列的指示灯的稳定点亮状态与电力线上的噪声的强度相对应。

9.依据权利要求6所述的装置，其特征在于，该载波信号选频与耦合单元包括用于进行滤波处理的带通滤波器和用于进行隔离耦合处理的隔离变压器；其中，该带通滤波器的频带范围设置为3KHz～95KHz。

10.依据权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，还包括：载波信号BNC接口输出单元，用于将该载波信号选频与耦合单元的输出送到一个BNC接口，以供外接设备利用。