CN109818654B - 基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法，包括：过零检测电路用于在电网过零点的情况下，向单片机发送触发信号；发送电路接收单片机根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；负载电容将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；第一带通滤波器对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；第二带通滤波器对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；单片机根据负载电容的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载，可根据电网载波负载评估对载波信号的影响，提高载波通讯的成功率。

Description

基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其是涉及基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法。

背景技术

目前，智能电能表采用PLC(Power Line Carrier，电力线载波通讯)进行数据交互，通过上述通讯方式在电力线上进行信号载波。但是，由于电网用电器比较复杂，存在大量容性负载，当载波遇到容性负载后，由于阻抗与频率和电容成反比，故频率越高，阻抗越小；电容越大，阻抗越小。这样会使载波被吸收，降低通讯的成功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法，可以根据电网载波负载评估对载波信号的影响，提高载波通讯的成功率。

第一方面，本发明实施例提供了基于智能电能表的载波网络负载检测装置，所述装置包括：过零检测电路、单片机、发送电路、负载电容、信号接收回路、第二带通滤波器、第一带通滤波器和电力线；

所述过零检测电路、所述单片机、所述发送电路、所述负载电容和所述电力线依次连接，所述第二带通滤波器、所述信号接收回路和所述电力线依次连接，所述第一带通滤波器和所述发送电路相连接；

所述过零检测电路，用于检测电网是否过零点，如果所述电网过零点，则向所述单片机发送触发信号；

所述发送电路，用于接收所述单片机根据所述触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

所述负载电容，用于将所述第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将所述第三载波信号耦合至所述电网；

所述第一带通滤波器，用于接收所述发送电路发送的所述第二载波信号，对所述第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

所述第二带通滤波器，用于通过所述信号接收回路接收所述电网发送的所述第三载波信号，对所述第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

所述单片机，用于根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载。

进一步的，所述发送电路包括推挽输出电路、耦合变压器和谐振电路；

所述推挽输出电路，用于将所述第一载波信号发送给耦合变压器；

所述耦合变压器，用于将所述第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

所述谐振电路，用于将所述放大的第一载波信号进行滤波，得到所述第二载波信号。

进一步的，所述单片机具体用于：

根据下式计算所述电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为所述负载电容的阻抗，V₁为所述第一电压幅值，V₂为所述第二电压幅值。

进一步的，所述负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁

其中，R₁为所述负载电容的阻抗，f为所述固定频率，c₁为所述负载电容。

进一步的，所述固定频率为421kHz。

第二方面，本发明实施例提供了基于智能电能表的载波网络负载检测方法，应用于如上所述的装置，所述方法包括：

过零检测电路检测电网是否过零点，如果所述电网过零点，则向单片机发送触发信号；

发送电路接收所述单片机根据所述触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

负载电容将所述第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将所述第三载波信号耦合至所述电网；

第一带通滤波器接收所述发送电路发送的所述第二载波信号，对所述第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

所述第二带通滤波器通过所述信号接收回路接收所述电网发送的所述第三载波信号，对所述第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

所述单片机根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载。

进一步的，所述将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号，包括：

推挽输出电路将所述第一载波信号发送给耦合变压器；

所述耦合变压器将所述第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

谐振电路将所述放大的第一载波信号进行滤波，得到所述第二载波信号。

进一步的，所述单片机根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载，包括：

根据下式计算所述电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为所述负载电容的阻抗，V₁为所述第一电压幅值，V₂为所述第二电压幅值。

进一步的，所述负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁

其中，R₁为所述负载电容的阻抗，f为所述固定频率，c₁为所述负载电容。

进一步的，所述固定频率为421kHz。

本发明实施例提供了基于智能电能表的载波网络负载检测装置和方法，包括：过零检测电路用于检测电网是否过零点，如果电网过零点，则向单片机发送触发信号；发送电路用于接收单片机根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；负载电容用于将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；第一带通滤波器用于接收发送电路发送的第二载波信号，对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；第二带通滤波器用于通过信号接收回路接收电网发送的第三载波信号，对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；单片机用于根据负载电容的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载，可以根据电网载波负载评估对载波信号的影响，提高载波通讯的成功率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的基于智能电能表的载波网络负载检测装置示意图；

图2为本发明实施例一提供的单片机电路结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的过零检测电路结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的第一带通滤波器结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的第二带通滤波器结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的发送电路和负载电容结构示意图；

图7为本发明实施例一提供的信号接收回路电路结构示意图；

图8为本发明实施例二提供的基于智能电能表的载波网络负载检测方法流程图。

图标：

10-单片机；20-发送电路；30-负载电容；40-电力线；50-信号接收回路；60-第二带通滤波器；70-第一带通滤波器；80-过零检测电路；21-推挽输出电路；22-耦合变压器；23-谐振电路。

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，下面将结合附图对本发明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。

为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的基于智能电能表的载波网络负载检测装置示意图。

参照图1，该装置包括：过零检测电路80、单片机10、发送电路20、负载电容30、信号接收回路50、第二带通滤波器60、第一带通滤波器70和电力线40；

过零检测电路80、单片机10、发送电路20、负载电容30和电力线40依次连接，第二带通滤波器60、信号接收回路50和电力线40依次连接，第一带通滤波器70和发送电路20相连接；

具体地，参照如图2-图7所示的电路结构示意图，过零检测电路的TZA引脚与单片机的TZA引脚(26引脚)相连接，单片机的SSCOUT引脚(25脚)与推挽输出电路的SSCOUT引脚相连接，推挽输出电路的TXA引脚与耦合变压器的TXA引脚相连接，推挽输出电路的TXB引脚与耦合变压器的TXB引脚相连接，耦合变压器的RTX1引脚与第一带通滤波器的RTX2引脚相连接，耦合变压器还与谐振电路相连接，谐振电路与负载电容C1相连接，负载电容C1连接电力线的L线(火线)和N线(零线)，电力线的L线(火线)和N线(零线)与信号接收回路相连接，信号接收回路的RTX0引脚与第二带通滤波器的RTX引脚相连接。

过零检测电路80，用于检测电网是否过零点，如果电网过零点，则向单片机10发送触发信号；

这里，过零检测电路80先判断电网是否过零点，当电网过零点时，过零检测电路80向单片机10发送触发信号，单片机10在接收到触发信号后，发出固定频率的第一载波信号，其中，固定频率为421kHz；当电网没有过零点时，过零检测电路80继续进行检测。

发送电路20，用于接收单片机10根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

负载电容30，用于将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；

这里，第二载波信号经过负载电容30分压后，得到第三载波信号，其中，第二载波信号的幅值与第三载波信号的幅值不同。

第一带通滤波器70，用于接收发送电路20发送的第二载波信号，对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

这里，第一带通滤波器70用于将第二载波信号进行滤波，以利于第二载波信号通过，在滤波之后，采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值。

第二带通滤波器60，用于通过信号接收回路50接收电网发送的第三载波信号，对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

这里，信号接收回路50接收电网发送的经过负载电容30分压的第三载波信号，并将第三载波信号发送给第二带通滤波器60，第二带通滤波器60用于将第三载波信号进行滤波，以利于第三载波信号通过，在滤波之后，采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值。

单片机10，用于根据负载电容30的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载。

进一步的，发送电路20包括推挽输出电路21、耦合变压器22和谐振电路23；

推挽输出电路21，用于将第一载波信号发送给耦合变压器22；

耦合变压器22，用于将第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

谐振电路23，用于将放大的第一载波信号进行滤波，得到第二载波信号。

进一步的，单片机10具体用于：

根据公式(1)计算电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁ (1)

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为负载电容的阻抗，V₁为第一电压幅值，V₂为第二电压幅值。

进一步的，负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁ (2)

其中，R₁为负载电容的阻抗，f为固定频率，c₁为负载电容。

具体地，负载电容C1上的阻抗为R1，利用电阻分压原理，由公式(3)可知：

V₁/(R_负载+R₁)＝(V₁-V₂)/R₁ (3)

根据公式(3)得到公式(1)，从而计算电网载波负载。

本发明实施例提供了基于智能电能表的载波网络负载检测装置，包括：过零检测电路用于检测电网是否过零点，如果电网过零点，则向单片机发送触发信号；发送电路用于接收单片机根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；负载电容用于将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；第一带通滤波器用于接收发送电路发送的第二载波信号，对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；第二带通滤波器用于通过信号接收回路接收电网发送的第三载波信号，对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；单片机用于根据负载电容的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载，可以根据电网载波负载评估对载波信号的影响，提高载波通讯的成功率。

实施例二：

图8为本发明实施例二提供的基于智能电能表的载波网络负载检测方法流程图。

参照图8，应用于智能电能表的载波网络负载检测装置，该方法包括以下步骤：

步骤S101，过零检测电路检测电网是否过零点，如果电网过零点，则向单片机发送触发信号；

步骤S102，发送电路接收单片机根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

步骤S103，负载电容将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；

步骤S104，第一带通滤波器接收发送电路发送的第二载波信号，对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

步骤S105，第二带通滤波器通过信号接收回路接收电网发送的第三载波信号，对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

步骤S106，单片机根据负载电容的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载。

进一步的，步骤S102包括以下步骤：

步骤S201，推挽输出电路将所述第一载波信号发送给耦合变压器；

步骤S202，耦合变压器将第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

步骤S203，谐振电路将放大的第一载波信号进行滤波，得到第二载波信号。

进一步的，步骤S106包括：

根据下式计算电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为负载电容的阻抗，V₁为第一电压幅值，V₂为第二电压幅值。

进一步的，负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁

其中，R₁为负载电容的阻抗，f为固定频率，c₁为负载电容。

进一步的，固定频率为421kHz。

本发明实施例提供了基于智能电能表的载波网络负载检测方法，包括：过零检测电路检测电网是否过零点，如果电网过零点，则向单片机发送触发信号；发送电路接收单片机根据触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；负载电容将第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将第三载波信号耦合至电网；第一带通滤波器接收发送电路发送的第二载波信号，对第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；第二带通滤波器通过信号接收回路接收电网发送的第三载波信号，对第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；单片机根据负载电容的阻抗、第一电压幅值和第二电压幅值计算电网载波负载，可以根据电网载波负载评估对载波信号的影响，提高载波通讯的成功率。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的基于智能电能表的载波网络负载检测方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的基于智能电能表的载波网络负载检测方法的步骤。

本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于智能电能表的载波网络负载检测装置，其特征在于，所述装置包括：过零检测电路、单片机、发送电路、负载电容、信号接收回路、第二带通滤波器、第一带通滤波器和电力线；

所述过零检测电路、所述单片机、所述发送电路、所述负载电容和所述电力线依次连接，所述第二带通滤波器、所述信号接收回路和所述电力线依次连接，所述第一带通滤波器和所述发送电路相连接；

所述过零检测电路，用于检测电网是否过零点，如果所述电网过零点，则向所述单片机发送触发信号；

所述发送电路，用于接收所述单片机根据所述触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

所述负载电容，用于将所述第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将所述第三载波信号耦合至所述电网；

所述第一带通滤波器，用于接收所述发送电路发送的所述第二载波信号，对所述第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

所述第二带通滤波器，用于通过所述信号接收回路接收所述电网发送的所述第三载波信号，对所述第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

所述单片机，用于根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载。

2.根据权利要求1所述的基于智能电能表的载波网络负载检测装置，其特征在于，所述发送电路包括推挽输出电路、耦合变压器和谐振电路；

所述推挽输出电路，用于将所述第一载波信号发送给耦合变压器；

所述耦合变压器，用于将所述第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

所述谐振电路，用于将所述放大的第一载波信号进行滤波，得到所述第二载波信号。

3.根据权利要求1所述的基于智能电能表的载波网络负载检测装置，其特征在于，所述单片机具体用于：

根据下式计算所述电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为所述负载电容的阻抗，V₁为所述第一电压幅值，V₂为所述第二电压幅值。

4.根据权利要求3所述的基于智能电能表的载波网络负载检测装置，其特征在于，所述负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁

其中，R₁为所述负载电容的阻抗，f为所述固定频率，c₁为所述负载电容。

5.根据权利要求1所述的基于智能电能表的载波网络负载检测装置，其特征在于，所述固定频率为421kHz。

6.一种基于智能电能表的载波网络负载检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的装置，所述方法包括：

过零检测电路检测电网是否过零点，如果所述电网过零点，则向单片机发送触发信号；

发送电路接收所述单片机根据所述触发信号生成的固定频率的第一载波信号，将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号；

负载电容将所述第二载波信号分压后，得到第三载波信号，并将所述第三载波信号耦合至所述电网；

第一带通滤波器接收所述发送电路发送的所述第二载波信号，对所述第二载波信号进行滤波，并采集滤波后的第二载波信号的第一电压幅值；

所述第二带通滤波器通过所述信号接收回路接收所述电网发送的所述第三载波信号，对所述第三载波信号进行滤波，并采集滤波后的第三载波信号的第二电压幅值；

所述单片机根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载。

7.根据权利要求6所述的基于智能电能表的载波网络负载检测方法，其特征在于，所述将所述第一载波信号进行放大和滤波，得到第二载波信号，包括：

推挽输出电路将所述第一载波信号发送给耦合变压器；

所述耦合变压器将所述第一载波信号进行放大，得到放大的第一载波信号；

谐振电路将所述放大的第一载波信号进行滤波，得到所述第二载波信号。

8.根据权利要求6所述的基于智能电能表的载波网络负载检测方法，其特征在于，所述单片机根据所述负载电容的阻抗、所述第一电压幅值和所述第二电压幅值计算电网载波负载，包括：

根据下式计算所述电网载波负载：

R_负载＝(R₁V₂+V₂)/V₁

其中，R_负载为电网载波负载，R₁为所述负载电容的阻抗，V₁为所述第一电压幅值，V₂为所述第二电压幅值。

9.根据权利要求8所述的基于智能电能表的载波网络负载检测方法，其特征在于，所述负载电容的阻抗通过以下方式计算：

R₁＝1/2πfc₁

其中，R₁为所述负载电容的阻抗，f为所述固定频率，c₁为所述负载电容。

10.根据权利要求6所述的基于智能电能表的载波网络负载检测方法，其特征在于，所述固定频率为421kHz。

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