CN110445515B - 基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法及识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法及识别系统，涉及台区识别方法。目前，电力线抗干扰性差，双向数据传输错误率高，识别成功率低。本发明包括步骤：在变压器侧，配置所属台区和相位参数；台区相位发射器,采用高频100MHz频段，定时通过载波模块向电表下发载波信号；电表的主控单元进行信息解析，当收到多次相同的台区、相位，认为台区相位正确识别，数据通过通信模块回传主站，由主站通知台区相位发送器停止发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元停止接收载波信息，并停用载波模块。本技术方案提高台区相位识别成功率，保障数据传输安全性和时效性，为主站开展台区相位相关业务，提供有效数据支撑。

Description

基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法及识别系统

技术领域

本发明涉及台区识别方法，尤其涉及基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法。

背景技术

当前主流台区相位识别方案是基于集中器与电表通过电力线载波双向通信实现台区相位识别，然后集中器通过无线公网或其它远程传输设备把识别完成的数据回传主站，如图1所示。由于电力线抗干扰性差，双向数据传输错误率高，识别成功率低；并且集中器上报主站无法实现台区闭关检测，回传主站的数据正确性无法保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法，以提高台区相位识别的准确性目的。为此，本发明采取以下技术方案。

基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法，包括以下步骤：

1）在变压器侧，台区相位发送装置安装部署时，配置所属台区和相位参数；

2）台区相位发送装置,采用高频100MHz频段，定时通过载波模块向电表下发载波信号，下发信号格式包括包头、总长度、台区标识、台区名称长度、台区信息、相位标识、相位信息、校验码；包头中设定字符作为台区相位识别指令，电表载波模块收到信号，回复确认信息；

3）电表的主控单元对电表载波模块收到的信息经过滤波、信号提取，解析到信号，然后保存台区、相位信息，当收到多次相同的台区信息和相位信息的数据，认为台区相位正确识别，数据通过通信模块回传主站，由主站通知台区相位发送装置停止发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元停止接收载波信息，并停用载波模块；

4）当之后主站更新台区信息或台区所辖范围内出现变化，主站通知台区相位发送装置重新发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元启用载波模块，接收载波信息，并进行信息更新。

作为优选技术手段：在步骤3）中，当电表收到三次相同的台区、相位时，认为台区相位正确识别。

作为优选技术手段：所述的通信模块为230MHz的通信模块。

本发明的另一个目提是提供一种台区相位自动识别系统，其包括设于电表中的智能电表通信仓、台区相位发送装置、主站和通信线路，其中智能电表通信仓包括壳体、天线模块及设于壳体中的主控单元、电源模块、通信模块、载波模块、安全芯片模块；其中：

电源模块：与主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片相连，为主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片供给低压直流电源；

通信模块：与主控单元相连，用于将主控单元发送过来加密后信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；

载波模块：与主控单元相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的休眠命令后，进入休眠状态；

天线模块：与主控单元相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；

安全芯片模块：与主控单元相连，将主控单元发送的信息进行业务层加密；

主控单元：与载波模块、通信模块、安全芯片相连；主控单元包括采集模块、台区识别模块、停复电上报模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，并将用采信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区信息和相位信息数据，当收到台区信息和相位信息数据后进行正确识别确认并和原存储的对应数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块。

本技术方案通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构。

台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。

作为优选技术手段：所述的通信模块为可插拔式通信模组，以通过更换通信模组的方式以适应IoT-G 230和LTE-G 230制式。该通信仓通过可插拔通信模组，以兼容IoT-G230和LTE-G 230制式，提高通用性。

作为优选技术手段：电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时，由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，所述的后备电源子模块包括多个串联电容。通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。

作为优选技术手段：所述的壳体上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的电表数据接口通过业务采集接口电路与主控单元相连，以将电表数据传送给主控单元；所述的12V电源接口与电源模块相连以进行供电；所述的220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。

作为优选技术手段：所述的壳体呈方形，其包括上壳体及下壳体，所述的壳体内设有第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板，所述的第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板以下、中、上的位置进行叠置，所述的第一PCB板上设有载波模块、电源模块；所述的第二PCB板上设有主控单元、安全芯片模块；所述的第三PCB板上设有通信模块；壳体的内壁设有与通信模块相连的金属片。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板叠置，充分利用空间，在不增加壳体内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。

作为优选技术手段：所述的第三PCB板以插接的方式设在第二PCB板上；或第三PCB板固接在第二PCB板上，第二PCB板以插接的方式设在第一PCB板上。方便第三PCB板的更换，降低成本，使用灵活。

作为优选技术手段：所述的第三PCB板、第二PCB板尺寸小于第一PCB板。有效实现多板的上下叠置。

作为优选技术手段：第一PCB板一角设有5个电容，5个电容分二排设置，3个电容位于外侧，2个电容位于3个电容的内侧，所述的电容为2.7V 2F电容；所述的第三PCB板、第二PCB板位于电容的一侧以避开电容。充分利用空间，多个电容串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容充分利用空间。若单个电容容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容量的前提下，若单个电容量小，则需要大于5个的电，也会出现占用PCB板面板过大，导致其他模块不能设置的问题。

作为优选技术手段：所述的第一PCB板上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的第一PCB板上开设隔槽，以隔离强电和弱电。

作为优选技术手段：所述的第一PCB板还设有过零检测电路，所述的载波模块包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波调制解调芯片及载波发送电路；设载波耦合电路处的第一PCB板上设有隔槽。

有益效果：

一、本技术方案的一种台区相位发送装置基于电力线，多次单向给电表载波模块传输台区相位数据，规避之前电力线双向传输带来更多干扰问题，提高台区相位识别成功率，然后通过无线专网把识别完成数据直接回传主站，保障数据传输安全性和时效性，为主站开展台区相位相关业务，提供有效数据支撑。

二、本技术方案的通信仓通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构，提高数据采集频率，实现了精细化管理。

三、通信仓通过可插拔通信模组，以兼容IoT-G 230和LTE-G 230制式，提高通用性。

四、台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。

五、通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。

附图说明

图1是现有的台区识别原理图。

图2是本发明的流程图。

图3是本发明的智能电表通信仓原理图。

图4是本发明的智能电表通信仓结构示意图。

图中：1、壳体；101、上壳体；102、下壳体； 2、第一PCB板；3、第二PCB板； 4、第三PCB板；5、电容。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图2所示，基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法包括以下步骤：

1）在变压器侧，台区相位发送装置安装部署时，配置所属台区和相位参数；

2）台区相位发送装置,采用高频100MHz频段，定时通过载波模块向电表下发载波信号，下发信号格式包括包头、总长度、台区标识、台区名称长度、台区信息、相位、相位信息、校验码；包头中设定字符作为台区相位识别指令，在本技术方案中85开头为台区相位识别指令，电表载波模块收到信号，回复确认信息；

3）电表的主控单元对电表载波模块收到的信息经过滤波、信号提取，解析到信号，然后保存台区、相位信息，当收到三次相同的台区、相位，认为台区相位正确识别，数据通过通信模块回传主站，由主站通知台区相位发送装置停止发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元停止接收载波信息，并停用载波模块；

4）当之后主站更新台区信息或台区所辖范围内出现变化，主站通知台区相位发送装置重新发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元启用载波模块，接收载波信息，并进行信息更新。

本技术方案通过电力线载波单向传输实现台区相位识别，然后通过无线专网把识别完成数据直接回传主站的技术，保障数据传输安全性和时效性，为主站开展台区相位相关业务，提供有效数据支撑。

如图3、4所示，本发明的另一个目的是提供一种台区相位自动识别系统，其包括设于电表中的智能电表通信仓、台区相位发送装置、主站和通信线路，其中智能电表通信仓，包括壳体1、天线模块及设于壳体1中的主控单元、电源模块、通信模块、载波模块、安全芯片模块；其中：

电源模块：与主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片相连，为主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片供给低压直流电源；

通信模块：与主控单元相连，用于将主控单元发送过来加密后信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；

载波模块：与主控单元相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的休眠命令后，进入休眠状态；

天线模块：与主控单元相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；

安全芯片模块：与主控单元相连，将主控单元发送的信息进行业务层加密；

主控单元：与载波模块、通信模块、安全芯片相连；主控单元包括采集模块、台区识别模块、停复电上报模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，并将用采信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区信息和相位信息数据，当收到台区信息和相位信息数据后进行正确识别确认并和原存储的对应数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块。

本技术方案通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构。

台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。

为提高通用性，降低成本，该通信模块为可插拔式通信模组，以通过更换通信模组的方式以适应IoT-G 230和LTE-G 230制式。该通信仓通过可插拔通信模组，以兼容IoT-G230和LTE-G 230制式，提高通用性。

为实现短时间断电事件的上报，电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时， 由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，该后备电源子模块包括多个串联电容5。通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。

为方便、可靠地与电能表连接，该壳体1上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；该电表数据接口通过业务采集接口电路与主控单元相连，以将电表数据传送给主控单元；该12V电源接口与电源模块相连以进行供电；该220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。

为实现多模块的集成安装，该壳体1呈方形，并在壳体1上设有方便取放的缺口以作为手持部，壳体1包括上壳体101及下壳体102，该壳体1内设有第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4，该第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4以下、中、上的位置进行叠置，该第一PCB板2上设有载波模块、电源模块；该第二PCB板3上设有主控单元、安全芯片模块；该第三PCB板4上设有通信模块；壳体1的内壁设有与通信模块相连的金属片。第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4叠置，充分利用空间，在不增加壳体1内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。

为提高使用的灵活性，并降低成本。该第三PCB板4以插接的方式设在第二PCB板3上；或第三PCB板4固接在第二PCB板3上，第二PCB板3以插接的方式设在第一PCB板2上。方便第三PCB板4的更换，降低成本，使用灵活。

该第三PCB板4、第二PCB板3尺寸小于第一PCB板2。有效实现多板的上下叠置，并有效避开手持部。

为充分利用有限的空间，第一PCB板2一角设有5个电容5，5个电容5分二排设置，3个电容5位于外侧，2个电容5位于3个电容5的内侧，该电容5为2.7V 2F电容5；该第三PCB板4、第二PCB板3位于电容5的一侧以避开电容5。充分利用空间，多个电容5串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容5充分利用空间。若单个电容5容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容5量的前提下，若单个电容5量小，则需要大于5个的电，也会出现占用PCB板面板过大，导致其他模块不能设置的问题。

为提高工作的可靠性，避免干扰，该第一PCB板2上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；该第一PCB板2上开设隔槽，以隔离强电和弱电。

为实现多数据的采集，并减少相互的干扰，该第一PCB板2还设有过零检测电路，该载波模块包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波调制解调芯片及载波发送电路；设载波耦合电路处的第一PCB板2上设有隔槽。强电基本设在第一PCB板2上，与位于第三PCB板4的通讯模块相隔，有利于提高工作的稳定性。

以上图2-4所示的基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在变压器侧，台区相位发送装置安装部署时，配置所属台区和相位参数；

2）台区相位发送装置,采用高频100MHz频段，定时通过载波模块向电表下发载波信号，下发信号格式包括包头、总长度、台区标识、台区名称长度、台区信息、相位标识、相位信息、校验码；包头中设定字符作为台区相位识别指令，电表载波模块收到信号，回复确认信息；

3）电表的主控单元对电表载波模块收到的信息经过滤波、信号提取，解析信息，然后保存台区信息、相位信息，当收到多次相同的台区信息和相位信息的数据，认为台区相位正确识别，数据通过通信模块回传主站，由主站通知台区相位发送装置停止发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元停止接收载波信息，并停用载波模块；

4）当之后主站更新台区信息或台区所辖范围内出现变化，主站通知台区相位发送装置重新发送台区相位信息，同时主站通知电表的主控单元启用载波模块，接收载波信息，并进行信息更新。

2.根据权利要求1所述的基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法，其特征在于：在步骤3）中，当电表收到三次相同的台区、相位时，认为台区相位正确识别。

3.根据权利要求2所述的基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法，其特征在于：所述的通信模块为230MHz的通信模块。

4.采用权利要求1-3任一权利要求所述的基于电力无线专网和载波的台区相位识别方法的台区相位自动识别系统，其特征在于：所述的台区相位自动识别系统包括设于电表中的智能电表通信仓、台区相位发送装置、主站和通信线路，其中智能电表通信仓包括壳体、天线模块及设于壳体中的主控单元、电源模块、通信模块、载波模块、安全芯片模块；其中：

电源模块：与主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片相连，为主控单元、载波模块、通信模块、安全芯片供给低压直流电源；

通信模块：与主控单元相连，用于将主控单元发送过来加密后信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；

载波模块：与主控单元相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控单元；当载波模块收到主控单元发送的休眠命令后，进入休眠状态；

天线模块：与主控单元相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；

安全芯片模块：与主控单元相连，将主控单元发送的信息进行业务层加密；

主控单元：与载波模块、通信模块、安全芯片相连；主控单元包括采集模块、台区识别模块、停复电上报模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，并将用采信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区信息和相位信息数据，当收到台区信息和相位信息数据后，进行正确识别确认并和原存储的对应数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块。

5.根据权利要求4所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：所述的通信模块为可插拔式通信模组，以通过更换通信模组的方式以适应IoT-G 230和LTE-G 230制式。

6.根据权利要求4所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时， 由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，所述的后备电源子模块包括多个串联电容。

7.根据权利要求4所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：所述的壳体上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的电表数据接口通过业务采集接口电路与主控单元相连，以将电表数据传送给主控单元；所述的12V电源接口与电源模块相连以进行供电；所述的220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。

8.根据权利要求4所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：所述的壳体（1）呈方形，其包括上壳体（101）及下壳体（102），所述的壳体（1）内设有第一PCB板（2）、第二PCB板（3）、第三PCB板（4），所述的第一PCB板（2）、第二PCB板（3）、第三PCB板（4）以下、中、上的位置进行叠置，所述的第一PCB板（2）上设有载波模块、电源模块；所述的第二PCB板（3）上设有主控模块、安全芯片模块；所述的第三PCB板（4）上设有通信模块；壳体（1）的内壁设有与通信模块相连的金属片。

9.根据权利要求8所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：所述的第三PCB板（4）以插接的方式设在第二PCB板（3）上；或第三PCB板（4）固接在第二PCB板（3）上，第二PCB板（3）以插接的方式设在第一PCB板（2）上；所述的第三PCB板（4）、第二PCB板（3）尺寸小于第一PCB板（2）。

10.根据权利要求9所述的台区相位自动识别系统，其特征在于：第一PCB板（2）一角设有5个电容（5），5个电容（5）分二排设置，3个电容（5）位于外侧，2个电容（5）位于3个电容（5）的内侧，所述的电容（5）为2.7V 2F电容（5）；所述的第三PCB板（4）、第二PCB板（3）位于电容（5）的一侧以避开电容（5）；所述的第一PCB板（2）上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的第一PCB板（2）上开设隔槽，以隔离强电和弱电。

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