CN111416638A - 低压电力线载波通信无线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压电力线载波通信无线检测装置，属电力检测设备技术领域。它由智能手机、专用抄控软件等构成，智能手机装的专用抄控软件具备蓝牙连接通信、发送抄控指令和应答解码功能，自主编程；智能手机经蓝牙与改进型手持抄控器蓝牙转换电路无线连接；其上安装的载波模块插座可与不同下行载波模块匹配插装；载波模块插座通信接口与电池连接，载波模块插座分别连接降压模块和蓝牙转换电路VDD端，蓝牙转换电路的串口接收线与插入的下行载波模块通信接口发送端连接；采用国网规定的通用协议，与下行载波模块弱电通信接口连接由其转换载波通信协议，通用性强。省却载波传输线及抄控器与载波转换器连线，无需与强电接触连线，使用安全。

Description

低压电力线载波通信无线检测装置

技术领域

本发明涉及一种低压电力线载波通信无线检测装置，属于电力载波通信现场检测设备技术领域。

背景技术

当前用电信息采集系统主要是通过低压电力线载波通信方式来采集用户低压电能表信息的。在系统日常运维中，常常需要采用专用手持抄控器现场检测电能表载波模块的好坏，检测时，其中一类专用手持抄控器在连通载波信号通信回路时必须将两根载波信号传输线用绝缘线夹手动连接到电能表的相线和零线接线柱上，另一类多功能手持抄控器，当需要现场检测时，同样需要手动将载波信号传输线连接到电能表电力线接线柱上；两者都需要工作人员直接与强电线路接触，使用很不安全；多功能手持抄控器将载波检测作为其附加功能，采用附加配件方式，需另行购买载波转换器，使用时需携带其配套数据连接线和载波转换器，并现场进行连接，不仅购置成本高，而且操作麻烦；更重要的一点是，由于每个生产厂家的载波方案均不相同，因此导致专用手持抄控器无法通用，必须一对一使用生产企业的配套产品，这样，现场检测时，多个载波方案就需要购买多个专用手持抄控器，使得价格昂贵，运维成本高。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种设置有专用抄控软件的智能手机与改进型手持抄控器配套结构，省却电力载波信号传输线，省却专用手持抄控器与载波转换器的连线，工作人员现场检测无需与强电接触连线，使用安全可靠，现场检测可与多种载波方案相适配，实现一套检测装置可检测所有不同载波模块，通用性强，装接操作方便，结构简单，有效降低成本的低压电力线载波通信无线检测装置。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种低压电力线载波通信无线检测装置，它由智能手机、专用抄控软件和改进型手持抄控器构成，其特征在于：智能手机内安装有专用抄控软件，所述专用抄控软件具备蓝牙连接通信功能、蓝牙发送抄控指令功能和应答解码功能，所述专用抄控软件为自主编程软件；所述改进型手持抄控器安装有蓝牙转换电路、载波模块插座、电池、电源开关、降压模块、异步串行通信接口通信线；智能手机通过蓝牙信道与改进型手持抄控器的蓝牙转换电路无线连接；改进型手持抄控器的正面上部安装有载波模块插座，载波模块插座可与不同下行载波模块匹配插装连接；电池电源线与充电插座连接；电池电源线通过所述电源开关连接在载波模块插座的通信接口GND、VDD针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口GND、VDD针脚相连接，为其提供12V工作电源；降压模块12V输入端通过所述电源开关与电池连接，其输出端连接在载波模块插座的通信接口V3P针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口V3P接收针脚相连接，降压模块输出端同时与蓝牙转换电路VDD连接，为蓝牙转换电路和插入的载波模块提供3.3V工作电源；降压模块和蓝牙模块GND与电池GND连接；蓝牙转换电路的串口发送线TXD连接在载波模块插座的通信接口RXD接收针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口RXD接收针脚相连接；蓝牙转换电路的串口接收线RXD连接在载波模块插座TXD发送针脚上，与插入的下行载波模块弱电通信接口TXD发送针脚相连接；所述改进型手持抄控器采用国家电网规定的通用协议，改进型手持抄控器与下行载波模块的弱电通信接口连接，由下行载波模块转换载波通信协议，可完全模拟集中器，通过更换下行载波模块，可兼容任何载波方案，实现现场检测通用性。

所述的专用抄控软件的计算机软件著作权的名称为《蓝牙无线载波抄控器》。

所述的专用抄控软件的指令编解码采用“Q／GDW 376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”。

所述的载波模块插座为2*13直针脚双排母座插座。

所述的蓝牙转换电路为HC-06蓝牙串口透传模块，采用蓝牙2.0协议，将蓝牙信号转换为异步串行通信信号，3.3VTTL电平，通信速率为9600bit/s，它包含8个数据位、1个起始位“0”、1个奇偶校验位P和1个停止位“1”。

所述的改进型手持抄控器与电能表的检测间距不大于10cm，保证无线通信正常。

所述的智能手机为小米8智能手机。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该低压电力线载波通信无线检测装置，通过在智能手机设置专用抄控软件，使用智能手机代替现有专用抄控器的通用软硬件部分，与配套的改进型手持抄控器协同工作，大大降低了运维成本；实现现场检测时，智能手机经蓝牙信道与改进型手持抄控器无线控制连接，无需现场连接USB线和RS232线，装接操作十分方便；工作人员无需用手直接接触强电接线，大大提高了安全性；在改进型手持超控器上设置载波模块插座，现场检测可与多种载波方案相适配，实现一套检测装置可覆盖检测所有不同载波模块，拓展了检测范围，通用性极强；由于无需一对一购置和使用各厂家生产的价格昂贵的专用手持抄控器，因此极大降低了成本。完善解决了现有技术需手动直接接触强电连线、需携带配套器件并接线才能检测，且只能一对一使用相应专用抄控器，价格昂贵，操作麻烦，购置成本和运维成本高的问题。

附图说明

图1为一种低压电力线载波通信无线检测装置的工作原理结构示意图；

图2为载波模块插座与蓝牙转换电路的连接结构示意图；

图3为改进型手持抄控器的正视图；

图4为改进型手持抄控器的侧视图；

图5为下行载波模块的后视图；

图6为下行载波模块的侧视图；

图7为改进型手持抄控器装接下行载波模块的连接示意图；

图8为现有集中器载波模块下行通信方式电路结构示意图；

图9为现有电能表载波模块上行通信方式电路结构示意图；

图10为现有专用手持抄控器的工作原理示意图；

图11为现有多功能专用手持抄控器的工作原理示意图；

图12为改进型手持抄控器及现有专用手持抄控器与电能表的连接流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对该低压电力线载波通信无线检测装置的实施方式作进一步详细说明（参见图1-11）：

该低压电力线载波通信无线检测装置，它由智能手机、安装在智能手机上的专用抄控软件和改进型手持抄控器构成，所述的智能手机为小米8智能手机，带有蓝牙功能，所述专用抄控软件为自主编程软件，已申请计算机软件著作权保护，所述的专用抄控软件的计算机软件著作权的名称为《蓝牙无线载波抄控器》，专用抄控软件具有蓝牙连接通信功能、蓝牙发送抄控指令功能和接收应答解码功能；所述的专用抄控软件的指令编解码采用“Q／GDW376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”。

所述改进型手持抄控器以现有多功能手持抄控器为基础，采用智能手机代替现有多功能手持抄控器，采用所述改进型手持抄控器代替载波转换器，两者之间通过蓝牙转换电路无线传输，无需购买和携带USB与RS232转换器、载波转换器；取消多功能手持抄控器所配套的载波转换器的电力载波信号传输线；所述改进型手持抄控器采用载波无线传输，无需载波信号传输线；有效降低成本，操作方便。

所述改进型手持抄控器的正面上部安装有载波模块插座，所述的载波模块插座为2*13直针脚双排母座插座，载波模块插座可与不同下行载波模块匹配插装连接，可插入不同厂家的不同下行载波模块进行现场检测；电池电源线与充电插座连接；电池电源线通过所述电源开关连接在载波模块插座的通信接口GND、VDD针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口GND、VDD针脚相连接，为其提供12V工作电源；降压模块12V输入端通过所述电源开关与电池连接，其输出端连接在载波模块插座的通信接口V3P针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口V3P接收针脚相连接，降压模块输出端同时与蓝牙转换电路VDD连接，为蓝牙转换电路和插入的下行载波模块提供3.3V工作电源；降压模块和蓝牙模块GND与电池GND连接；蓝牙转换电路的串口发送线TXD连接在载波模块插座的通信接口RXD接收针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口RXD接收针脚相连接；蓝牙转换电路的串口接收线RXD连接在载波模块插座TXD发送针脚上，与插入的下行载波模块弱电通信接口TXD发送针脚相连接；通过蓝牙转换电路把蓝牙信号转换为载波模块弱电通信信号，蓝牙转换电路通过蓝牙与智能手机的专用抄控软件连接通信。

所述改进型手持抄控器采用国家电网规定的通用协议，连接在下行载波模块的弱电通信接口，由下行载波模块转换载波通信协议，可完全模拟集中器，兼容任何载波方案，实现现场检测的通用性。所述的改进型手持抄控器与电能表的检测间距不大于10cm，即可保证正常通信。

该低压电力线载波通信无线检测装置的工作过程如下：

工作时，工作人员站在电能表前，在所述载波模块插座上插入与电能表载波生产厂家一致的下行载波模块，打开改进型手持抄控器的电源开关，将改进型手持抄控器上面所插入的下行载波模块贴近电能表载波模块，距离不大于10cm，然后打开智能手机的专用抄控软件，使智能手机与改进型手持抄控器通过蓝牙信道建立蓝牙连接，智能手机与手持抄控器蓝牙连接成功后，在多个抄控指令中点击所需的抄控指令，所述抄控指令采用“Q／GDW376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”编码，该指令通过智能手机的蓝牙发送到改进型手持抄控器的蓝牙转换电路，转换为异步串行通信信号，通过所述载波模块插座与下行载波模块弱电通信接口通信，下行载波模块收到该指令后，在其载波通信模块内部将其转换为载波指令，通过所述载波通信模块内部的载波放大电路、载波耦合电路经载波插头发送出去，此刻，与改进型手持抄控器贴近的电能表收到该指令信号后做出对应应答，随后，该应答信号通过与上述路径逆向的路径传输，被所述智能手机的专用抄控软件接收到，所述专用抄控软件将接收到的信号解码后显示在所述智能手机屏幕上，供工作人员判断所述电能表的载波模块是否正常，即完成一次载波模块检测的整个操作流程。（参见图1、图2）。

本发明低压电力线载波通信无线检测装置可通过专用抄控软件升级，支持其他通信协议的载波模块、电能表的检测操作。比如：DL╱T 698.45-2017 电能信息采集与管理系统第4-5部分通信协议所面向对象的数据交换协议。

本发明低压电力线载波通信无线检测装置具有如下优点：

1）使用安全，工作人员不需要直接接触强电接线，提高了安全性。

2）成本低，用智能手机替代现有多功能手持抄控器的部分功能，与改进型手持抄控器协同工作，减少使用元件，且现场检测无需购买和携带USB与RS232转换器、载波转换器，无需现场连接USB线和RS232线，从而大大降低了运维成本。

3）通用性强，现场检测时，只需在所述载波模块插座上更换插入不同厂家的下行载波模块，即可对所有厂家生产的不同载波模块进行检测。

本发明申请人的设计思路如下：

目前采集低压电能表数据一般是采用低压电力线载波通信方式。本发明申请人常年工作在国家电网县级市供电区域，在日常运维中，工作人员经常需要到现场使用专用手持抄控器检测低压电能表载波模块的好坏，由于每一个生产厂家生产的载波模块各不相同，各个厂家的载波方案必须对应使用各自的专用手持抄控器，同时存在多个载波方案就需要购买多个专用手持抄控器，因此现有专用手持抄控器不能通用，导致实际检测操作很麻烦，且专用手持抄控器价格昂贵，购买成本很高，这对于县级市供电企业来说，大大增加了运维成本，不经济实用。此外，现场检测时需要用手直接接触强电接线柱连接载波回路的火线和零线，操作不安全。还有，现有多功能手持抄控器需要与载波转换器进行连线才能进行检测，同时需要购买和携带USB与RS232转换器、载波转换器，到现场后还要对其进行连线，增加了工作人员的负担，使用很不方便。

本发明申请人研究发现，第一点是：现有专用手持抄控器的通用软硬件与载波弱电接口之间的通信，目前全部是采用异步串行通信接口，载波弱电接口本身就是异步串行通信接口，现有专用手持抄控器在软件部分采用单片机或者PDA来运行软件，然后通过USB转串口电路等方式与载波弱电接口连接通信。

第二点是：载波弱电与载波强电之间的协议转换，目前通用下行载波模块的价格为每片两百多元，因此，生产厂家从成本、性价比和经济收益综合考量，通常选择采用本厂生产的抄控器专用载波转换芯片，而不会想办法兼容其他厂家的载波方案，以降低成本，增加收益，换言之，不会使用成本高的通用下行载波模块，这样一来，多个载波方案就只能购买和使用多个专用手持抄控器。

本发明申请人针对第一点，考虑只要想办法能安装软件，并与载波载波弱电接口的进行异步串行通信就行了，智能手机工作人员人人都有，可以采用智能手机安装软件，异步串行通信可以采用蓝牙转串口，不仅实现了与载波载波弱电接口的通信，还取消了连线。针对第二点，需要想办法实现软件与载波厂家协议的转换，现有专用抄控器采用的是生产厂家自己设计的抄控器专用载波模块，尽管具有体积小巧，成本低廉的优点，但是这是对于生产厂家自己而言，外人难以购买到。考虑到集中器上面所使用的通用下行载波模块，工作人员很容易得到，可以从废旧集中器上拆下加以利用，决定采用通用下行载波模块，并采用拔插结构，不仅实现了载波协议的转换，还实现了通用性；（参见图8、图9、图10、图11）。

现有的集中器载波模块下行通信方式结构（参见图8）：下行载波模块的弱电通信接口通过插头与集中器通信接口连接，两者之间硬件通信采用异步串行通信接口，软件采用“Q／GDW 376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”，载波模块将集中器指令转换为载波模块厂家的指令，通过载波接口连接电力线接线柱，发送至电力线。集中器可以适配不同生产厂家载波方案的下行载波模块，要求其弱电通信接口符合“Q／GDW 376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”标准。

现有的电能表载波模块上行通信方式电路结构（参见图9）：载波模块弱电通信接口与电能表通信接口连接，硬件采用异步串行通信接口，软件采用“DL645-2007 多功能电能表通信协议”，载波模块的载波接口与电能表载波接口连接，电能表载波接口内连在电力线接线柱上，载波模块将接收载波接口的载波模块厂家的指令转换为“DL645-2007 多功能电能表通信协议”指令，通过载波模块弱电通信接口与电能表通信接口连接通信。电能表可以适配不同生产厂家载波方案的上行载波模块，要求其弱电通信接口符合“DL645-2007 多功能电能表通信协议”标准。

现有的专用手持抄控器的工作原理结构（参见图10）：将专用手持抄控器的两根载波信号传输线用绝缘线夹连接到电能表的相线和零线上，以连通载波信号通信回路；专用手持抄控器上安装专用测试软件和载波模块，由软件发送特定的抄读信号，由载波模块转换为载波信号，通过载波信号传输线发送到电能表，检测电能表的响应信号，据此判断载波模块是否损坏。

现有的具备红外、RS485、RS232接口的多功能手持抄控器，当需要现场检测电能表载波模块时，其工作过程（参见图11）：工作人员在多功能手持抄控器上点击指令后，安装的抄控软件开始工作，USB接口连接USB与RS232转换器，转换后的RS232信号与载波转换器的RS232接口连接，载波转换器转换后的载波信号通过载波信号传输线连接至电能表电力线接线柱，与电能表上面的载波模块通过电力线传输载波信号。

综上所述，本发明申请人发现上述现有技术存在如下缺点：

其一是需要连线，现场检测时，第一种专用手持抄控器，工作人员需要用手把专用手持抄控器的载波信号线绝缘线夹夹到强电线路接线柱上，使用很不安全；第二种多功能手持抄控器，工作人员需要购买和携带USB与RS232转换器、载波转换器，现场还需要连接USB线和RS232线，操作复杂，购置成本高；

其二是专用多功能手持抄控器需要处理器、显示屏、软件等，加上载波转换器，一套需要一万多，价格昂贵，导致运维成本很高；

其三是专用手持抄控器不可通用，由于每个厂家的载波方案必须一对一使用厂家生产的专用手持抄控器，因此，在同时存在多个载波方案时，就需要购买多个专用手持抄控器；极大增加了成本，使用很不方便、适配性差。

由此，本发明申请人研制出一种低压电力线载波通信无线检测装置，采用在智能手机中安装自主编程的专用抄控软件，替代专用手持抄控器的部分功能，通过蓝牙转换电路连接载波模块插座，通过电池、电源开关为装置提供工作电源；取消现有多功能手持抄控器的电力载波传输线。避免手动接触强电接线柱连线，检测操作简单方便，使用安全。

本发明申请人考虑到，在目前用电信息采集系统低压载波通信中所采用的载波频率在132KHz至455KHz之间，根据长波通信定义为300KHz以下，载波频率与此接近，因此，载波信号除了可通过电力线传输外，还具有一定的无线通信能力，只是由于所述载波模块不是按无线通信要求设计的，所以无线通信的距离很短，由此本发明申请人在现场做了检测试验，经多次实际检测得出结论，当集中器下行载波模块与电能表上行载波模块之间的检测距离不大于10CM时，即可正常通信，完全可以取消原电力载波信号传输线，从而无需手动直接接触强电接线桩，保证检测操作安全。

采用智能手机代替专用手持抄控器通用软硬件部分的功能。在智能手机上安装自主编程的专用抄控软件。专用手持抄控器可以分为通用软硬件和载波专用软硬件两个部分，通用软硬件的部分，整体结构和原理与智能手机高度类似，一般采用安卓操作系统或者Linux操作系统，硬件采用ARM处理器，其上面安装电能表通信协议的编码和解码软件，用于收发指令。载波专用软硬件部分，采用厂家专用编解码芯片和载波调制收发电路。两者之间采用异步串行通信接口。这样，只需在智能手机上安装专用抄控软件，并将其指令信号转换为异步串行通信信号即可与载波专用硬件通信。

取消专用手持抄控器与载波转换器的异步串行通信连线，通过蓝牙转换电路无线传输。智能手机一般都带有蓝牙功能，蓝牙信号与TTL电平异步串行通信信号的转换电路亦很成熟，可以方便、低成本的代替实体连线。

改进型手持抄控器采用通用的通用协议，以代替现有专用手持抄控器的专用协议，（参见图12），现有结构中：集中器与下行载波模块弱电通信接口之间采用“Q／GDW376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》”；下行载波模块与上行载波模块载波通信接口之间采用载波模块厂家专用协议，上行载波模块弱电通信接口与电能表之间采用“DL645-2007 多功能电能表通信协议”。

现有专用手持抄控器采用厂家专用协议，连接在上行载波模块之前，通过电力线载波与上行载波模块通信，本发明改进型手持抄控器连接在下行载波模块的弱电通信接口，采用统一通用的国网规定协议通信，由下行载波模块转换载波协议，实现载波厂家无关性，其本质完全模拟集中器，可以兼容任何载波方案，通用性强。

该低压电力线载波通信无线检测装置现已少量制作成型，并投入现场实际检测应用，操作顺手方便，使用安全可靠，相比现有多功能手持抄控器，造价低廉，检测效率高。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (7)

1.一种低压电力线载波通信无线检测装置，它由智能手机、专用抄控软件和改进型手持抄控器构成，其特征在于：智能手机内安装有专用抄控软件，所述专用抄控软件具备蓝牙连接通信功能、蓝牙发送抄控指令功能和应答解码功能，所述专用抄控软件为自主编程软件；所述改进型手持抄控器安装有蓝牙转换电路、载波模块插座、电池、电源开关、降压模块、异步串行通信接口通信线；智能手机通过蓝牙信道与改进型手持抄控器的蓝牙转换电路无线连接；改进型手持抄控器的正面上部安装有载波模块插座，载波模块插座可与不同下行载波模块匹配插装连接；电池电源线与充电插座连接；电池电源线通过所述电源开关连接在载波模块插座的通信接口GND、VDD针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口GND、VDD针脚相连接，为其提供12V工作电源；降压模块12V输入端通过所述电源开关与电池连接，其输出端连接在载波模块插座的通信接口V3P针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口V3P接收针脚相连接，降压模块输出端同时与蓝牙转换电路VDD连接，为蓝牙转换电路和插入的载波模块提供3.3V工作电源；降压模块和蓝牙模块GND与电池GND连接；蓝牙转换电路的串口发送线TXD连接在载波模块插座的通信接口RXD接收针脚，与插入的下行载波模块弱电通信接口RXD接收针脚相连接；蓝牙转换电路的串口接收线RXD连接在载波模块插座TXD发送针脚上，与插入的下行载波模块弱电通信接口TXD发送针脚相连接；所述改进型手持抄控器采用国家电网规定的通用协议，改进型手持抄控器与下行载波模块的弱电通信接口连接，采用下行载波模块转换载波通信协议，可完全模拟集中器，通过更换下行载波模块，可兼容任何载波方案，实现现场检测通用性。

2.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的专用抄控软件的计算机软件著作权的名称为《蓝牙无线载波抄控器》。

3.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的专用抄控软件的指令编解码采用“Q／GDW 376.2-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：集中器本地通信模块接口协议》。

4.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的载波模块插座为2*13直针脚双排母座插座。

5.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的蓝牙转换电路为HC-06蓝牙串口透传模块，采用蓝牙2.0协议，将蓝牙信号转换为异步串行通信信号，3.3VTTL电平，通信速率为9600bit/s，它包含8个数据位、1个起始位“0”、1个奇偶校验位P和1个停止位“1”。

6.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的改进型手持抄控器与电能表的检测间距不大于10cm，保证无线通信正常。

7.根据权利要求1所述的一种低压电力线载波通信无线检测装置，其特征在于：所述的智能手机为小米8智能手机。

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