CN112290978B - 载波通信耦合电路、电表以及电表载波通讯系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种载波通信耦合电路、电表以及电表载波通讯系统。一种载波通信耦合电路，包括控制单元、路径切换单元。控制单元具有收发端口，所述收发端口用于发送或接收载波信号；路径切换单元具有多个载波传输路径以及切换电路，所述载波传输路径与所述控制单元的收发端口连接，所述切换电路用于控制所述多个所述载波传输路径与所述收发端口的连通状态，以切换载波传输路径。本公开能够提高电表载波通信的稳定性。

Description

载波通信耦合电路、电表以及电表载波通讯系统

技术领域

本公开涉及电量计量领域，特别涉及一种载波通信耦合电路、电表以及电表载波通讯系统。

背景技术

随着智能电表的大力发展，智能电表的通信方案也越来越多，电力载波通信作为智能电表的一种重要的通信方式，已经被大批量的投入到市场中使用，也有越来越多的问题反馈到供应商的手中。

从客户端反馈的问题来看，载波通信存在的主要问题是当电表缺相或掉零线后无法通信的问题。因现场的通信环境复杂，各种掉线组合均有可能发生，这使得供应商的设计难以全部满足各种使用环境。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的一个目的在于提高电表载波通信的稳定性。为解决上述技术问题，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，本公开提供一种载波通信耦合电路，包括：

控制单元，具有收发端口，所述收发端口用于发送或接收载波信号；

路径切换单元，具有多个载波传输路径以及切换电路，所述载波传输路径与所述控制单元的收发端口连接，所述切换电路用于控制所述多个所述载波传输路径与所述收发端口的连通状态，以切换载波传输路径。

根据本公开一实施例，所述载波通信电路包括第一相线、第二相线、第三相线、以及中性线；

所述收发端口包括第一端和第二端，所述第一端至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第一传输子路径；

所述第二端至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第二传输子路径；

一个所述第一传输子路径与一个所述第二传输子路径共同形成载波传输回路。

根据本公开一实施例，所述路径切换单元至少包括多个开关电路，一所述开关电路对应串联于一所述第一传输子路径上，以控制第一传输子路径的通断；

且，一所述开关电路对应串联于一所述第二传输子路径上，以控制第二传输子路径的通断。

根据本公开一实施例，所述开关电路包括继电器，所述继电器具有信号传输端以及受控端；

所述控制单元的收发端口与所述继电器的信号传输端连接，以与所述继电器内的传输通道形成传输路径；

所述控制单元还包括控制端，所述控制单元的控制端与所述继电器的受控端连接，所述控制单元通过控制所述继电器的受控端，以控制所述继电器内的传输通道的通断，从而相应传输子路径的通断。

根据本公开一实施例，所述继电器内具有两个独立的传输通道，分别为第一传输通道和第二传输通道；所述继电器有两个，分别为第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器内的第一传输通道连接于传输端口的第一端和第二相线之间，所述第一继电器内的第二传输通道连接于传输端口的第二端和第二相线之间；

所述第二继电器内的第一传输通道连接于传输端口的第一端和第三相线之间，所述第二继电器内的第二传输通道连接于传输端口的第二端和第三相线之间。

根据本公开一实施例，所述传输端口的第一端与所述第一相线直接连接；

所述传输端口的第二端与所述中性线直接连接。

根据本公开一实施例，所述切换电路包括驱动电路以及开关管；

所述驱动电路的输入端与所述控制单元连接，以供控制信号输入；所述控制信号经过分压后用于驱动所述开关管导通；

当所述开关管导通时，触发所述开关电路动作，以切换载波传输路径。

根据本公开一实施例，所述载波通信耦合电路还包括放大单元，所述放大单元连接于所述控制单元与所述路径切换单元之间，用于将所述控制单元输出的控制信号放大后输入至所述路径切换单元。

根据本公开一实施例，所述控制单元用于检测电表的相线连接状态，当所述电表的某一相线断开时，所述控制单元控制所述路径切换单元以切换载波耦合路径。

根据本公开另一个方面提出一种电表，所述电表包括计量单元、通讯单元、以及所述的载波通信耦合电路，所述载波通信耦合电路用于与所述通讯单元进行通讯；所述载波通信耦合电路设置在所述电表的壳体内，或壳体外。

本公开中的载波通信耦合电路通过采用路径切换单元，用于切换载波传输路径，因此当所述电表的某一相线与输电线路的相应相线断开时，所述控制单元控制所述路径切换单元以切换载波耦合路径，以不依赖于该断开的相线传输载波，使得载波得以稳定传输，保证了电表与集中器之间的通信稳定性。

根据本公开的另一方面提出一种电表载波通讯系统，包括电表以及所述的载波通信耦合电路，所述电表通过所述载波通信耦合电路与其他应用终端通讯；其中所述应用终端包括集中器、其他电表中的任一种。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是根据一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构示意图；

图2是根据另一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构示意图；

图3是根据一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以下结合本说明书的附图，对本公开的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

本公开提供一种载波通信耦合电路。在此，载波通信(power line carriercommunication)以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。输电线路包括有R相线、S相线、T相线以及中性线。

在一种应用场景中，载波通信耦合电路用于电表与集中器之间的通信，通信信号以载波的形式传输于电表与集中器之间。电表的三相线路对应与输电线路的三相线连接，电表的中性线对应与输电线路的中性线连接。

若是电表的某一条线路与输电线路断开了连接，则载波通信无法得到有效的传输，从而导致电表的通信不稳定。本公开实施例提出的载波通信耦合电路，能够提高电表的通信稳定性。

请参阅图1，图1是根据一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构示意图。在一实施例中，载波通信耦合电路包括控制单元10、路径切换单元20。控制单元10具有收发端口，所述收发端口用于发送或接收载波信号；路径切换单元20具有多个载波传输路径以及切换电路21，所述载波传输路径与所述控制单元10的收发端口连接，所述切换电路21用于控制所述多个所述载波传输路径与所述收发端口的连通状态，以切换载波传输路径。

一般的，载波信号的传输需要两根不同的线路(在此线路有四根，分别是R相线、S相线、T相线以及中性线)。本实施例中，通过不同的线路组合形成多个载波传输路径，从而在其中某一线路发生掉相时，通过切换至其他的载波传输路径，从而实现载波信号的稳定传输。

在此，控制单元10能够控制具体传输载波的路径。在一实施例中，控制单元10可以受控于操作人员，通过接收操作人员的指令，控制单元10进行载波传输路径的切换。

在另一实施例中，所述控制单元10可以用于检测电表的相线连接状态，当所述电表的某一相线与输电线路的相应相线断开时，所述控制单元10控制所述路径切换单元20以切换载波耦合路径，以不依赖于该断开的相线传输载波，使得载波得以稳定传输。本实施例实现了载波耦合路径的自动切换。

具体的，在一实施例中，所述载波通信电路包括第一相线、第二相线、第三相线、以及中性线；所述收发端口包括第一端TX+和第二端TX-，所述第一端TX+至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第一传输子路径；所述第二端TX-至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第二传输子路径；一个所述第一子传输路径与一个所述第二传输子路径共同形成载波传输回路。

在下述实施例中，以第一相线为R相、第二相线为S相、第三相线为T相为例说明。

在此，R相线、S相线、T相线以及中性线均可以作为第一传输子路径，也可以均作为第二传输子路径。应当理解的是，载波传输回路中的第一传输子路径和第二传输子路径需要是不同的线路。例如，第一传输子路径为R相线，则第二传输子回路可以是S相线、T相线，或是中性线中的任一根。类似的，当第二传输子路径为S相线时，第一传输子路径可以是R相线、T相线，或是中性线中的任一根。

在关于路径切换单元20的一实施例中，所述路径切换单元20至少包括多个开关电路22，一所述开关电路22对应串联于一所述第一传输子路径上，以控制第一传输子路径的通断；且，一所述开关电路22对应串联于一所述第二传输子路径上，以控制第二传输子路径的通断。

在一实施例中，在R相线、S相线、T相线以及中性线上均串联有两个开关电路22。根据线路所做的角色的不同，两个开关电路22分别对应于切换第一传输子路径和第二传输子路径。

示意性的，对于线路：R相线，当R相线作为第一传输子路径时，其中一开关电路22用于控制其通断，当R相线作为第二传输子路径时，其中另一开关电路22用于控制其通断。

在另一实施例中，可以仅在S相线、T相线上均串联两个开关电路22。而R相线直接与收发端口的第一端TX+连接，中性线直接与收发端口的第二端TX-连接。在正常情况下，载波信号通过R相线和中性线进行传输。当R相线或中性线发生掉相的情况下，通过开关电路22切换至S相线、T相线上传输载波。

在一具体的实施例中，所述开关电路22包括继电器，所述继电器具有信号传输端以及受控端；所述控制单元10的收发端口与所述继电器的信号传输端连接，以与所述继电器内的传输通道形成传输路径；所述控制单元10还包括控制端，所述控制单元10的控制端与所述继电器的受控端连接，所述控制单元10通过控制所述继电器的受控端，以控制所述继电器内的传输通道的通断，从而相应传输子路径的通断。

在此不限定继电器的具体结构和型号。继电器内部具有触点，当触点接通时，继电器内部的传输通道导通；当触点关断时，继电器内部的传输通道关断。通过控制继电器的受控端，从而达到控制继电器内部传输通道导通或关断的目的。

在此，可以选用内部具有一个通道的继电器，此时一个继电器仅能够控制一个线路的通断，也可以选用内部具有多通道的继电器，此时一个继电器能够控制多个线路的通断。

在一实施例中，所述继电器内具有两个独立的传输通道，分别为第一传输通道和第二传输通道；两个传输通道互相独立，分别连接在不同的线路上。此时，一个继电器相当于两个开关电路22。

并且，在本实施例中，两个传输通道是通过单刀双掷开关来进行切换的。即当第一传输通道导通的同时，第二传输通道关断，以此保证载波信号在某一时刻仅会在一个载波传输路径上传输。

请参阅图3，图3是根据一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构图。具体的，在本实施例中，继电器有两个，分别为第一继电器RLY1和第二继电器RLY2；所述第一继电器RLY1内的第一传输通道连接于传输端口的第一端TX+和第二相线之间，所述第一继电器RLY1内的第二传输通道连接于传输端口的第二端TX-和第二相线之间；所述第二继电器RLY2内的第一传输通道连接于传输端口的第一端TX+和第三相线之间，所述第二继电器RLY2内的第二传输通道连接于传输端口的第二端TX-和第三相线之间。

在图3中，继电器具有两个受控端，分别为1脚和3脚，继电器的2脚和4脚连接至电源PVCC。信号传输端有两组，分别是5脚-7脚、6脚-8脚；5脚-7脚之间形成第二传输通道、6脚-8脚之间形成第一传输通道。当1脚上有控制信号输入时，5脚-7脚之间的第二传输通道导通，当3脚上有控制信号输入时，6脚-8脚之间的第一传输通道导通。

第一继电器RLY1、第二继电器RLY2的受控端均与切换电路21电连接。在此首先说明两个继电器的信号传输端的连接结构。

控制单元10收发端口的第一端TX+与第一继电器RLY1的6脚、第二继电器RLY2的6脚互联，第一继电器RLY1的8脚与S相线连接，第二继电器RLY2的8脚与T相线连接。

控制单元10收发端口的第二端TX-与第一继电器RLY1的5脚、第二继电器RLY2的5脚互联，第一继电器RLY1的7脚与S相线连接，第二继电器RLY2的7脚与T相线连接。

所述传输端口的第一端TX+与所述R相线直接连接；所述传输端口的第二端TX-与所述中性线直接连接。

在一实施例中，所述切换电路21包括驱动电路以及开关管；所述驱动电路的输入端与所述控制单元10连接，以供控制信号输入；所述控制信号经过分压后用于驱动所述开关管导通；当所述开关管导通时，触发所述开关电路22动作，以切换载波传输路径。

具体的，开关管可以是MOS管。驱动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1。第一电阻R1的第一端TX+为输入端，与所述控制单元10连接，且该输入端通过第二电阻R2接地，第一电阻R1的第二端TX-与开关管的MOS管的栅极连接，MOS管的漏极与继电器的受控端连接，MOS管的源极接地。第一电阻R1的第二端TX-通过第一电容接地，以滤除杂波。当第一电阻R1的第一端TX+输入高电平信号时，MOS管导通，因此继电器的1脚电平被拉低，从而触发5-7脚之间的通道导通。

在本实施例中，切换电路21一共有4组，两个切换电路21的输出端分别连接至第一继电器RLY1的两个受控端，另外两个切换电路21的输出端分别连接至第二继电器RLY2的两个受控端，由此得以控制两个继电器中，一共四个传输通道的通断。

切换电路21受控于控制单元10。控制单元发出四个控制信号，分别为EN_SN、EN_RS、EN_TN、EN_RT。

在此四个切换电路21中的MOS管分别为Q1、Q2、Q3、Q4。Q1用于驱动第一继电器RLY1的5-7脚导通、Q2用于驱动第一继电器RLY1的6-8脚导通、Q3用于驱动第二继电器RLY2的5-7脚导通、Q4用于驱动第一继电器RLY1的6-7脚导通。

请参阅图2，图2是根据另一示例示出的载波通信耦合电路的电路结构示意图。进一步的，所述载波通信耦合电路还包括放大单元30，所述放大单元30连接于所述控制单元10与所述路径切换单元20之间，用于将所述控制单元10输出的控制信号放大后输入至所述路径切换单元20。

放大单元30可以是基于运算放大器对载波信号进行放大，也可以基于放大三极管对载波信号进行放大。

在此结合附图3，对载波通信耦合电路的整个工作过程进行说明。

当控制单元10与电表进行通讯交互，并能够检测到电表的相线连接状态。

在电表无掉相情况下，控制单元10发出的载波信号经过放大单元30放大后通过R相线、中性线组成的载波传输路径耦合至输电线上，从而与集中器进行通信。

当电表的中性线丢失时，控制单元10控制MOS管Q1动作，使得第一继电器RLY1的5-7脚导通，载波信号通过R相线、S相线输出；也可以控制第二继电器RLY2的5-7脚导通，载波信号通过R相线、T相线输出。

当电表的中性线与R相线均丢失时，控制单元10控制MOS管Q2和MOS管Q3导通，此时第一继电器RLY1的6-8脚之间导通、第二继电器RLY2的5-7脚之间导通，此时载波信号通过S相线和T相线输出。

当电表的中性线与S相线均丢失时，控制单元10控制MOS管Q3导通，此时第二继电器RLY2的5-7脚之间导通，此时载波信号通过R相线和T相线输出。

当电表的中性线与T相线均丢失时，控制单元10控制MOS管Q1导通，此时第一继电器RLY1的5-7脚之间导通，此时载波信号通过R相线和S相线输出。

当电表的R相线丢失时，控制单元10可以控制MOS管Q2导通，此时第一继电器RLY1的6-8脚之间导通，此时载波信号通过S相线和中性线输出。还可以控制MOS管Q4导通，此时第二继电器RLY2的6-8脚之间导通，此时载波信号通过T相线和中性线输出。

以上情况仅仅是电表掉相情况的部分示例，本领域技术人员基于本公开所提供的发明构思，能够灵活的根据具体电表掉相情况，控制相应继电器的传输通道打开，从而实现载波传输路径的顺利切换，提高了载波传输的稳定性。

并且，需要说明的是，上述实施例中是以发出载波为例，本领域技术人员应当理解，当载波通信耦合电路用于接收载波时，载波的传输方向相反，具体的载波传输路径切换方案大体相同，在此不再赘述。

需要说明的是，开关电路22除了采用继电器以外，还可以通过以开关管为核心的开关控制电路来实现。

本公开实施例还提出一种电表，所述电表包括计量单元、通讯单元、以及所述的载波通信耦合电路，所述载波通信耦合电路用于与所述通讯单元进行通讯；所述载波通信耦合电路设置在所述电表的壳体内，或壳体外。

当载波通信耦合电路设置在电表壳体外时，可以模块化设置载波通信耦合电路，以提高与电表连接的便利性。

本公开实施例还提出一种电表载波通讯系统，包括电表以及所述的载波通信耦合电路，所述电表通过所述载波通信耦合电路与其他应用终端通讯；其中所述应用终端包括集中器、其他电表中的任一种。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种载波通信耦合电路，其特征在于，包括：

控制单元，具有收发端口，所述收发端口用于发送或接收载波信号；

路径切换单元，具有多个载波传输路径以及切换电路，所述载波传输路径与所述控制单元的收发端口连接，所述切换电路用于控制所述多个所述载波传输路径与所述收发端口的连通状态，以切换载波传输路径；

所述载波通信耦合电路包括第一相线、第二相线、第三相线、以及中性线；

所述收发端口包括第一端和第二端，所述第一端至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第一传输子路径；

所述第二端至少能够与所述第一相线、所述第二相线、所述第三相线、以及所述中性线中的两个分别形成单独的第二传输子路径；

一个所述第一传输子路径与一个所述第二传输子路径共同形成载波传输回路。

2.根据权利要求1所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述路径切换单元至少包括多个开关电路，一所述开关电路对应串联于一所述第一传输子路径上，以控制第一传输子路径的通断；

且，一所述开关电路对应串联于一所述第二传输子路径上，以控制第二传输子路径的通断。

3.根据权利要求2所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述开关电路包括继电器，所述继电器具有信号传输端以及受控端；

所述控制单元的收发端口与所述继电器的信号传输端连接，以与所述继电器内的传输通道形成传输路径；

所述控制单元还包括控制端，所述控制单元的控制端与所述继电器的受控端连接，所述控制单元通过控制所述继电器的受控端，以控制所述继电器内的传输通道的通断，从而相应传输子路径的通断。

4.根据权利要求3所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述继电器内具有两个独立的传输通道，分别为第一传输通道和第二传输通道；所述继电器有两个，分别为第一继电器和第二继电器；

所述第一继电器内的第一传输通道连接于传输端口的第一端和第二相线之间，所述第一继电器内的第二传输通道连接于传输端口的第二端和第二相线之间；

所述第二继电器内的第一传输通道连接于传输端口的第一端和第三相线之间，所述第二继电器内的第二传输通道连接于传输端口的第二端和第三相线之间。

5.根据权利要求4所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述传输端口的第一端与所述第一相线直接连接；

所述传输端口的第二端与所述中性线直接连接。

6.根据权利要求2所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述切换电路包括驱动电路以及开关管；

所述驱动电路的输入端与所述控制单元连接，以供控制信号输入；所述控制信号经过分压后用于驱动所述开关管导通；

当所述开关管导通时，触发所述开关电路动作，以切换载波传输路径。

7.根据权利要求1所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述载波通信耦合电路还包括放大单元，所述放大单元连接于所述控制单元与所述路径切换单元之间，用于将所述控制单元输出的控制信号放大后输入至所述路径切换单元。

8.根据权利要求1所述的载波通信耦合电路，其特征在于，所述控制单元用于检测电表的相线连接状态，当所述电表的某一相线断开时，所述控制单元控制所述路径切换单元以切换载波耦合路径。

9.一种电表，其特征在于，所述电表包括计量单元、通讯单元、以及如权利要求1至8任意一项所述的载波通信耦合电路，所述载波通信耦合电路用于与所述通讯单元进行通讯；

所述载波通信耦合电路设置在所述电表的壳体内，或壳体外。

10.一种电表载波通讯系统，其特征在于，包括电表以及如权利要求1至9任意一项所述的载波通信耦合电路，所述电表通过所述载波通信耦合电路与其他应用终端通讯；

其中所述应用终端包括集中器、其他电表中的任一种。

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