CN108521289A - 一种电力线载波通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线载波通信系统，包括宽带载波模块和集中器，集中器通过宽带载波模块与电表连接以获取与电表对应的目标数据。由此可见，该系统中利用宽带载波模块替代传统的窄带载波模块来实现集中器与电表之间的数据传输，由于宽带载波模块相比于窄带载波模块，通信速度快，抗干扰性强，进而可以提升计量自动化系统的性能，满足计量自动化系统的业务深化应用。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种电力线载波通信系统。
背景技术
随着电力载波通信技术的发展及使用，产生了极大的经济效益和推广价值。电力载波通信技术主要用于集中器、电表和采集器之间的电力线通信，而载波模块是集中器侧的通信载体，主要负责数据在电力线的调制、调解和数据收发功能。载波模块是集中器与户表数据交换的重要通道，全面适应我国用电网的环境。但是，目前计量自动化系统普遍使用基于单频点的窄带调制技术(窄带载波通信)，窄带调制技术仅能提供0.3-5kb/s的通信速率，而且在国内低压噪声、线路阻抗严重的环境下，一次通信成功的概率通常低于70％，只能满足日冻结电能数据抄收的要求，无法满足计量设备在线监控、双向互动(费控、事件主动上报等)、实时数据支撑的应用领域，由于窄带载波通信速度慢、抗干扰性差，所以利用窄带载波通信严重制约了计量自动化系统性能的提升，同时也对计量自动化系统的业务深化应用造成了严重的影响。
由此可见，如何克服由于传统的窄带载波通信速度慢、抗干扰性差，进而影响计量自动化系统的性能和业务深化应用的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种电力线载波通信系统，以解决现有技术中由于传统的窄带载波通信速度慢、抗干扰性差，进而影响计量自动化系统的性能和业务深化应用的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电力线载波通信系统，包括：
宽带载波模块和集中器，所述集中器通过所述宽带载波模块与电表连接以获取与所述电表对应的目标数据。
优选地，所述宽带载波模块具体包括Hi3911T芯片和Hi3911C芯片，所述Hi3911T芯片分别与所述Hi3911C芯片和所述电表连接，所述Hi3911C芯片与所述集中器连接。
优选地，所述Hi3911T芯片具体包括中央处理器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，所述中央处理器分别与所述DMA存储器、所述MAC芯片和所述PHY芯片连接。
优选地，所述Hi3911T芯片还集成有UART接口和GPIO接口。
优选地，所述Hi3911C芯片具体包括中央处理器、以太网控制器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，所述中央处理器分别与所述以太网控制器、所述DMA存储器、所述MAC芯片和所述PHY芯片连接。
优选地，所述Hi3911C芯片还集成有SPI接口。
优选地，所述中央处理器具体为ARM926EJ-S处理器。
优选地，还包括与所述中央处理器连接的报警模块，所述报警模块用于当获取到所述目标数据时报警提示。
优选地，所述集中器包括弱点接口和耦合接口，所述弱点接口与所述集中器侧的弱电端子排连接，所述耦合接口与所述集中器侧的强电端子排连接。
优选地，所述报警模块具体为蜂鸣器和/或指示灯。
相比于现有技术，本发明所提供的一种电力线载波通信系统，包括宽带载波模块和集中器，集中器通过宽带载波模块与电表连接以获取与电表对应的目标数据。由此可见，该系统中利用宽带载波模块替代传统的窄带载波模块来实现集中器与电表之间的数据传输，由于宽带载波模块相比于窄带载波模块，通信速度快，抗干扰性强，进而可以提升计量自动化系统的性能，满足计量自动化系统的业务深化应用。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种电力线载波通信系统结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的另一种电力线载波通信系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种电力线载波通信系统，可以解决现有技术中由于传统的窄带载波通信速度慢、抗干扰性差，进而影响计量自动化系统的性能和业务深化应用的问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例所提供的一种电力线载波通信系统结构示意图，如图1所示，包括：宽带载波模块101和集中器102，集中器102通过宽带载波模块101与电表103连接以获取与电表103对应的目标数据。在图1中只画出了几个重要模块，其它模块(电源模块，变压器等器件)在图1中均未画出，但是并不代表没有。目标数据是指与电表103相关的数据，例如使用量，剩余量等。
现有技术中，计量自动化系统主要通过基于单频点的窄带载波模块实现集中器102与电表103之间的数据传输，但是，利用窄带载波模块进行数据传输，仅能提供0.3-5kb/s的通信速率，而且在低压噪声、线路阻抗严重的环境下，一次通信成功率通常不到70％，只能满足日冻结电表103数据抄收的要求，而无法满足计量设备在线监控、双向互动(费控、事件主动上报等)等情况；对计量自动化系统性能和计量自动化系统的业务深化应用造成了严重的影响。
本申请实施例提供的通信系统，将现有技术中的窄带载波模块替换成了宽带载波模块101，也就是说用宽带载波模块101实现集中器102与电表103之间的数据传输(电力线通信)，在实际应用中，用宽带载波模块101实现集中器102与电表103之间的数据传输和用窄带载波模块实现集中器102与电表103之间的数据传输所需的通讯协议等均相同，所以在此不再赘述，与电表103对应的目标数据是先传输到宽带载波模块101中的处理模块，然后通过处理模块上传至集中器102的。在实际应用中，一个宽带载波模块101可以并行连接多个电表103以实现集中器102并发抄表。采用宽带载波模块101进行通信之后，通信速率是窄带技术的800倍，通信带宽2～12MHz，信号发射功率22.61dBm，动态功耗≤1.5W，串口通讯速率2400～115200bps，台区全部电表103的轮询时间可缩短到几分钟内。规模工程实际运行效果证明其性能与可靠性已远超过窄带通信技术。发现采集终端日冻结抄表成功率可以达到100％；主站召测成功率达到100％；最远通讯距离可以达到2000米；费控功能的应用时间、平均组网时间以及单点入网时间较之前相比均较短。宽带载波通信高速特性的采集时间、市场系统数据管理及发布的时间均相对减少。解决市场系统数据发布延后24小时问题，当日数据当日发布，当日数据当日消缺；宽带载波模块101数据传输速度相对较快，抗干扰能力较强，抗衰减性能大于85dB，进而可以提高计量自动化系统性能和满足计量自动化系统的业务深化应用。除此之外，宽带载波模块101信道多且支持复用技术，可以提高抄表的准确性，避免漏抄现象，实现100％抄通率。在本申请实施例中采用宽带载波模块101作为电力系统中的通信载体，主要负责数据在电力线上的调制、解调和数据收发功能；作为与电表103的数据交换的重要通道，全面适应我国用电网的环境，采用先进的调制技术，实现了数据在电力线上双向、高速和稳定的传输。在实际应用中，电力线宽带载波模块101通过HomePlugAV网络通信技术实现集中器102和电表103之间的数据传输，可以对网络节点进行实时动态网络维护，实现智能电网中的实时费控、实时断电和通电，实时监控电信息和电能质量。
采用宽带载波模块101之后，不仅可以对计量自动化系统中集中器102主节点模块进行在线升级，也可以对从节点侧(采集器、电表103)进行升级和扩展。因为宽带载波模块101具有通信速度快、安全可靠的特性，可以支持全网载波设备的在线升级更新，提高了设备的可维护性。实现了数据在电力线上双向、高速和稳定的传输，解决了低压电力线通信的关键技术问题。
本发明所提供的一种电力线载波通信系统，包括宽带载波模块和集中器，集中器通过宽带载波模块与电表连接以获取与电表对应的目标数据。由此可见，该系统中利用宽带载波模块替代传统的窄带载波模块来实现集中器与电表之间的数据传输，由于宽带载波模块相比于窄带载波模块，通信速度快，抗干扰性强，进而可以提升计量自动化系统的性能，满足计量自动化系统的业务深化应用。
在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，宽带载波模块101具体包括Hi3911T芯片和Hi3911C芯片，Hi3911T芯片与Hi3911C芯片和电表103连接，Hi3911C芯片与集中器102连接。
在本申请实施例中宽带载波模块101使用的芯片为Hi3911，包括Hi3911T芯片和Hi3911C芯片，Hi3911T芯片与电表103对应，Hi3911C芯片与集中器102对应，电表103对应的目标数据先传给Hi3911T芯片，Hi3911T芯片再将目标数据传送至Hi3911C芯片，最后上传至集中器102。Hi3911是针对电力抄表应用的宽带电力线载波通信芯片，是综合性能较高的SoC芯片，实现了数据在电力线的调制、解调和数据收发功能。Hi3911为全球首款专门针对中国低压电力线载波环境设计的芯片。充分考虑国内电力线的施工条件、历史原因、电器环境等各方面的因素。对国内信道参数、噪声进行了大量的积累和研究。不仅可以解决数据传输速度慢以及抗干扰能力弱的问题，而且可以解决国外宽带芯片功耗较高的问题。经过实地考察，在本申请实施例中使用2～12MHz带宽，可以有效降低系统功耗，日平均功耗小于281mw。在实际应用中，为了增强系统通信距离，外连有信号放大芯片，增加发送信号的强度。Hi3911T芯片中还集成有存储器以完成程序存储与运行过程中数据保存功能，调试接口方便软件开发及后续软件维护升级，LED状态指示灯指明载波通信运行状态。弱电接口实现模块与电表103之间的通信与控制。过零检测电路通过监测交流电上的过零时刻及扰动信号，实现LN反接检测、相位识别和台区识别。在本申请中宽带载波模块101的外形尺寸为70mm(长)×50mm(宽)×22.7mm(高)。宽带载波模块101的弱电接口采用2×6双排插针作为连接件。宽带载波模块101耦合接口采用2×4双排插针作为连接件。
Hi3911芯片所选择的工作频段，阻抗稳定在50欧姆左右，时变特性不明显，有效避免了因阻抗导致的衰减问题。与1MH以下频段相比，阻抗很小，有利于信号传输。采用开放的架构设计，能够满足后续业务扩展，支持二次开发；支持自组网和动态多路由寻址功能；支持FEC(福特误差校正)和CRC(循环冗余码校验)功能，具有强大的去噪和纠错能力。当然，宽带载波模块101除了可以选用Hi3911系列芯片之外，还可以选用其它符合条件的芯片，如QCA7000芯片，选用Hi3911系列芯片只是一种优选地实施方式，并不代表只有这一种方式，在此本发明实施例并不作限定。
在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，Hi3911T芯片具体包括中央处理器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，中央处理器分别与DMA存储器、MAC芯片和PHY芯片连接。作为优选地实施方式，Hi3911T芯片还集成有UART接口和GPIO接口。
在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，Hi3911C芯片具体包括中央处理器、以太网控制器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，中央处理器分别与以太网控制器、DMA存储器、MAC芯片和PHY芯片连接。作为优选地实施方式，Hi3911C芯片还集成有SPI接口。
Hi3911T芯片和Hi3911C芯片均包括中央处理器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，中央处理器主要是对Hi3911T芯片和Hi3911C芯片中的其它模块进行管理和控制，在Hi3911T芯片还集成有UART接口和GPIO接口。UART接口和GPIO接口均是外围接口，可以通过该接口实现Hi3911T芯片与电表103之间的连接。Hi3911C芯片中还包括有以太网控制器，可以实现Hi3911C芯片与以太网之间的连接，具体通过MII接口实现与以太网的高速连接。Hi3911C芯片还集成有SPI接口，可以实现Hi3911C芯片与相关器件(以SPI协议进行通信的器件)的连接。通过Hi3911T芯片和Hi3911C芯片中的基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片可以实现宽带载波，正交频分复用是一种特殊的多载波传输技术，由于它具有抗多径衰落能力强、频谱利用率高等优点，所以特别适合无线信道中的宽带传输，具体可参见现有技术。作为优选地实施方式，Hi3911T芯片和Hi3911C芯片中的中央处理器优选为ARM926EJ-S处理器。ARM926EJ-S处理器主频最高可以达到266MHz，满足智能电网多业务要求，相比于其它处理器具有功耗低，成本低等优点。当然，中央处理器除了可以选用ARM926EJ-S处理器之外，还可以选用其它符合要求的处理器，本发明并不做限定。Hi3911T芯片和Hi3911C芯片的具体工作原理及使用可参见现有技术，本发明在此不再赘述。Hi3911T芯片和Hi3911C芯片均可以利用PLC宽带特性实现快速抄表。可以采用并发抄读多块电表103，并且每帧报文中可以包括多个645帧的方式快速的获得每个用户电表103的曲线数据，减少曲线抄读时间。
图2为本发明实施例所提供的另一种电力线载波通信系统结构示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括与中央处理器20连接的报警模块201，报警模块201用于当获取到目标数据时报警提示。
为了在宽带载波模块101中的Hi3911T芯片接收到目标数据时，及时提醒有关人员，该系统还包括与Hi3911T芯片中的中央处理器20连接的报警模块201，也就是说在电表103有数据传出时，就报警提示。在本申请实施例中宽带载波模块101由Hi3911T芯片和Hi3911C芯片组成。在实际应用中，为了提高检修效率，当中央处理器20接收到与监测点的不在网状态相关的数据时，也可以控制报警模块201报警提示，有效避免在监控点出现故障时，出现意外情况，具体可以通过准确定位故障点所在位置并对故障点进行维修。还可以在集中器102上连接报警模块，在集中器102接收到目标数据时报警提示，具体如何设置，可根据实际情况确定。优选地，报警模块201具体为蜂鸣器和/或指示灯。当然，报警模块201除了可以选用蜂鸣器和指示灯之外，还可以选用其它符合条件的报警模块，本发明不做限定。
在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，集中器102包括弱点接口和耦合接口，弱点接口与集中器102侧的弱电端子排连接，耦合接口与集中器102侧的强电端子排连接。
在实际应用中，集中器102共有两个接口，一个是弱电接口，与集中器102侧的弱电端子排相连，主要有12V电源、状态控制信号、TTL串口信号和以太网信号。另一个是耦合接口(强电接口)，与集中器102侧的强电端子排相连，主要是接入220V交流信号，建立与下行宽带载波模块101的载波通道。集中器102模块上共设置有7个灯，其中包含一个红绿双色灯。
以上对本发明所提供的一种电力线载波通信系统进行了详细介绍。本文中运用几个实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明，只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员，在没有创造性劳动的前提下，对本发明所做出的修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请中。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作与另一个操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”等类似词，使得包括一系列要素的单元、设备或系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种单元、设备或系统所固有的要素。
Claims (10)
1.一种电力线载波通信系统，其特征在于，包括：
宽带载波模块和集中器，所述集中器通过所述宽带载波模块与电表连接以获取与所述电表对应的目标数据。
2.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述宽带载波模块具体包括Hi3911T芯片和Hi3911C芯片，所述Hi3911T芯片分别与所述Hi3911C芯片和所述电表连接，所述Hi3911C芯片与所述集中器连接。
3.根据权利要求2所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述Hi3911T芯片具体包括中央处理器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，所述中央处理器分别与所述DMA存储器、所述MAC芯片和所述PHY芯片连接。
4.根据权利要求3所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述Hi3911T芯片还集成有UART接口和GPIO接口。
5.根据权利要求2所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述Hi3911C芯片具体包括中央处理器、以太网控制器、DMA存储器以及基于正交频分复用的MAC芯片和PHY芯片，所述中央处理器分别与所述以太网控制器、所述DMA存储器、所述MAC芯片和所述PHY芯片连接。
6.根据权利要求5所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述Hi3911C芯片还集成有SPI接口。
7.根据权利要求3或5所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述中央处理器具体为ARM926EJ-S处理器。
8.根据权利要求3所述的电力线载波通信系统，其特征在于，还包括与所述中央处理器连接的报警模块，所述报警模块用于当获取到所述目标数据时报警提示。
9.根据权利要求1所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述集中器包括弱点接口和耦合接口，所述弱点接口与所述集中器侧的弱电端子排连接，所述耦合接口与所述集中器侧的强电端子排连接。
10.根据权利要求8所述的电力线载波通信系统，其特征在于，所述报警模块具体为蜂鸣器和/或指示灯。
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