CN113114306A - 一种基于电力载波通信的宽窄带通信装换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力通信技术领域，具体涉及一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置及方法。装置包括：下行载波模块：用于通过搜表获取设备周边电能表地址，并与电能表通信模块建立实时通信网络，实现对电能表通信地址管理功能；上行载波模块：用于响应上行终端组网命令；MCU控制模块：用于通过上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，并通过下行载波模块发送给对应电表，以及用于通过下行载波模块接收对应电表发送的电表抄读回复数据，并将其通过上行载波模块发送给上行载波模块。本发明实现了宽带网络与窄带网络数据可交互、共享的技术突破，有效解决了低压台区内宽带及窄带不同载波网络通信信道相互转换桥接问题。

Description

一种基于电力载波通信的宽窄带通信装换装置及方法

技术领域

本发明涉及电力通信技术领域，具体涉及一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置及方法。

背景技术

电力线通信技术(PowerLineCommunicationTechnology简称PLC)，是指利用高压电力线、中压电力线(10kV电压等级)或低压电力线(380/220V用户线)作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种有线通信方式。常规的电力线通信技术是在已有的电力线路上，加载经过调制的高频载波信号进行通信。因此，电力线通信通常称之为电力线载波通信(PowerLineCarrier－PLC)。其原理与普通无线电通信的原理类似，只是载波信号传输的通道是电力线路。以电力线作为信号传输媒介实现通信是各国电力、通信、网络等研究与产业部门一直致力研究开发的技术。电力线通信通常以电网的电压等级划分，可以分为高压电力线通信(35kV以上)、中压电力线通信(1kV～35kV)和低压电力线通信(1kV以下，380V/220V)。从所使用的载波信号频率、频带宽度和数据传输速率角度划分，低压电力线通信技术分为窄带电力线通信技术与宽带电力线通信技术。

目前的电力线通信系统中，窄带载波和宽带载波都已经分别有了规模化的应用，目前的发展趋势是将早期的窄带载波轮换为宽带载波，而在整个系统轮换过程中，系统轮换完整性、兼容性问题，导致低压台区内，新宽带台区因部分窄带模块没有轮换或原窄带台区更换了新式宽带电表，导致台区抄收率降低，给现场一线运维人员带了极大不便，因此急需解决此类问题，降低现场运维工作，提高并保持采集系统抄读成功率及抄读完整性。

发明内容

为适应电力通信领域的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，包括：

下行载波模块：用于通过搜表获取设备周边电能表地址，并与电能表通信模块建立实时通信网络，实现对电能表通信地址管理功能；

上行载波模块：用于响应上行终端组网命令；

MCU控制模块：与所述下行载波模块和上行载波模块连接，用于通过上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务通过下行载波模块发送给对应电表，以及用于通过下行载波模块接收对应电表发送的电表抄读回复数据，并将其通过上行载波模块发送给上行载波模块。

所述下行载波模块为宽带载波模块，上行载波模块为窄带载波模块。

所述下行载波模块的型号为SSC1668，上行载波模块的型号为SSC1655。

所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，还包括：

第一存储模块：用于分区域存储电表抄读回复数据；

第二存储模块：用于存储下行载波模块搜索到的电表通信地址；

所述MCU控制模块还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务中的通信地址与第二存储模型中的通信地址比对，若通信地址属于自身网络管理的电表地址，则将数据通过下行载波模块转发到被抄读电表；还用于通过下行载波模块接收被抄电表实时回复数据，并其存储到第一存储模块或直接通过上行载波模块上报给上行终端。

所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，还包括：

馈网电路；其一端与下行载波模块和上行载波模块连接，另一端与低压电力线连接，用于接收低压电力线上加载的载波信号进行转换后发送至下行载波模块或上行载波模块，还用于将下行载波模块和上行载波模块发出的信号进行转换后发送至低压电力线；

切换电路：输入端与MCU控制模块连接，输出端与馈网电路的控制端连接，用于根据MCU控制模块的控制信号控制馈网电路的工作状态为接收信号或发送信号；

指示电路：用于指示装置的工作状态；

工作电源：用于给装置提供电源。

本发明还提供了所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、上电后，启动自主抄读任务或者接收上行终端发送的电表数据抄读任务；

S2、接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务，若是，则转入数据存储流程，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步；

S3、判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表回复数据直接发送给上行终端；若否，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并回复上行终端。

所述步骤S1具体包括以下步骤：

上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，并且发送至所述MCU控制模块；

MCU控制模块将上行终端发送的电表数据抄读任务或者自主电表数据抄读任务发送至所述下行载波模块；

下行载波模块根据电表数据抄读任务中的通信地址，将其发送到被抄读电表。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

下行载波模块接收电表抄读回复数据，并发送至MCU控制模块；

MCU控制模块接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务对应的电表抄读回复数据，若是，则将数据进行分类存储，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步。

所述步骤S3具体包括以下步骤：

MCU控制模块判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表抄读回复数据通过上行通信模块直接发送给上行终端；若否，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并通过上行通信模块回复上行终端。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置和方法，通过在装置中设置宽带载波模块，窄带载波模块，MCU控制模块，实现了宽带与窄带载波通信方案在同一低压台区内共存应用，实现新接入通信方案电表组网通信，管理电表信息，满足接收上行终端抄读需求并转发给管理的电表，实现不同通信方案转换。

2、本发明针对打破了传统网络通信应用必须一种通信方案的网络应用缺陷，实现了宽带网络与窄带网络数据可交互、共享的技术突破，有效解决了低压台区内，宽带及窄带不同载波网络通信信道相互转换桥接问题以及在台区改造或现场运维过程中存在的技术问题。

3、本发明设备具有自组网，电表信息自管理功能，实现设备无干预式接入，即能够针对管理电表信息存储，也能实现对管理电表数据预抄读功能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置的原理框图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置的结构框图；

图3为本发明实施例二提供的一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置的数据读取存储流程图；

图4为本发明实施例中采用的宽窄带通信装换装置的业务数据流的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，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的一部分实施例，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作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。

如图1～2所示，本发明实施例提供了一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，包括：下行载波模块，上行载波模块MCU控制模块，其中，下行载波模块用于与电能表通信，上行载波模块用于与上行终端通信，MCU控制模块与所述下行载波模块和上行载波模块连接，用于实现下行载波模块和上行载波模块之间的数据交互。

本实施例的转换装置上电后，上行载波模块与上行终端路由组网，上行载波模块响应上行终端抄读数据，将上行终端抄表报文转发给MCU控制模块，MCU控制模块判断是读取转换装置自身存储数据还是其管理电表节点数据；转换装置上电后，下行载波模块启动搜索与下行载波模块同一频率的电表信息，并将搜索到的电表信息上报给MCU控制模块，MCU控制模块收到搜索电表地址后作为管理电表节点信息存储。

进一步地，MCU控制模块获取到管理节点电表地址搜索后，下行载波模块启动管理节点电表组网，并可实现对管理节点电表数据预抄存储功能。因此，本实施例的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，还包括第一存储模块和第二存储模块，其中，第一存储模块用于分区域存储电表抄读回复数据；第二存储模块用于存储下行载波模块搜索到的电表通信地址；所述MCU控制模块还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务中的通信地址与第二存储模型中的通信地址比对，若通信地址属于自身网络管理的电表地址，则将数据通过下行载波模块转发到被抄读电表；还用于通过下行载波模块接收被抄电表实时回复数据，并其存储到第一存储模块或直接通过上行载波模块上报给上行终端。

具体地，本实施例中，下行载波模块用于通过搜表获取设备周边电能表地址，并与电能表通信模块建立实时通信网络，实现对电能表通信地址管理功能；上行载波模块用于用于响应上行终端组网命令；MCU控制模块用于通过上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务通过下行载波模块发送给对应电表，以及用于通过下行载波模块接收对应电表发送的电表抄读回复数据，并将其通过上行载波模块发送给上行载波模块，此外，本实施例中，MCU控制模块，除了能够将不网络系统内数据接收并转换外，还能够主动发起的命令数据帧，因此，本实施例的转换装置具备组网功能，实现对新接入系统网络从节点电表搜索与点抄功能。

本实施例的宽窄带通信转换装置，具备载波通信网络转换功能，转换装置上电后，下行载波模块搜索新接入台区的电表，并让电表设备入网，当转换装置的上行载波模块收到台区网络中上行终端发送的抄读数据时，MCU控制模块根据下行通信终端搜索到的电表地址，将接收数据发送到下行载波模块，下行载波模块将数据以不同的载波通信网络发送到电力线，并接收对应电表回复数据后，将从电表回复数据再以原系统通信网络(即上行载波模块与上行终端之间网络)发送回电力线中，实现一个不同载波通信网络转换功能。

进一步地，如图2所示，本实施例的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其硬件结构上，还包括：馈网电路，切换电路，指示电路和工作电源，馈网电路的电路其一端与下行载波模块和上行载波模块连接，另一端与低压电力线连接，用于接收低压电力线上加载的载波信号进行转换后发送至下行载波模块或上行载波模块，还用于将下行载波模块和上行载波模块发出的信号进行转换后发送至低压电力线；切换电路的输入端与MCU控制模块连接，输出端与馈网电路的控制端连接，用于根据MCU控制模块的控制信号控制馈网电路的工作状态为接收信号或发送信号；指示电路：用于指示装置的工作状态；工作电源用于给装置提供电源。

具体地，如图2所示，所述切换电路包括第一发送和接收电路和第二发送和接收电路；所述第一发送和接收电路和第二发送和接收电路的输入端分别与所述上行载波模块和下行载波模块的输出端连接，输出端与所述馈网电路的控制端连接，分别用于控制所述述上行载波模块和下行载波模块的信号发送与接收。进一步地，所述馈网电路包括第一馈网电路和第二馈网电路；所述上行载波模块通过第一馈网电路与低压电力线连接；所述下行载波模块通过第二馈网电路与低压电力线连接；所述第一发送和接收电路和第二发送和接收电路的输出端分别与所述第一馈网电路和第二馈网电路的控制端连接。上行载波模块和下行载波模块分别控制器对应的发送和接受电路的状态，进而控制对应的馈网电路的状态，实现数据的发送和接收的切换。

进一步地，本实施例中，所述下行载波模块为宽带载波模块，上行载波模块为窄带载波模块。则通过本实施例的电力线通信的宽窄带通信转换装置，可以实现窄带载波台区中新增宽带载波电表的管理功能。此外，本实施例中，所述下行载波模块可以为窄带载波模块，上行载波模块可以为宽带载波模块。则本实施例的宽窄带通信转换装置，可以实现宽带载波台区系统中接入新的窄带载波产品后，也可以实现台区中新增宽带载波电表的管理功能。本实施例的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其设置有两路载波模块可插拔接口，可以实现两路不同载波模块功能，可以通过更换程序，实现针对台区内不同的窄带载波系统在接入新的宽带载波系统产品后进行通信网络转换，更换载波模块程序，即窄带载波模块和宽带载波模块内部程序更换，也可以实现针对台区内原有的宽带载波系统在接入新的窄带载波产品后进行通信网络转换，从而实现窄带与宽带网络切换功能。

具体地，本实施例中，所述下行载波模块的型号为SSC1668，上行载波模块的型号为SSC1655。本实施例的转换装置可以实现两个不同载波通信系统网络之间数据交互，以实现对两个网络数据实时监听，相互转换，将接收原信息采集系统数据，通过转换后将数据以另一种载波通信网络数据发送到电力线中，从而实现窄带与宽带通信相互转换功能。

具体地，本实施例中，转换装置上电后，下行通信模块发起电表搜表功能，通过搜表，将设备周边新换载波方案电表地址获取后，通过组网建立自身通信网络，转换装置将搜索到的电表通信地址存储在装置存储器中，并与电表通信模块建立实时通信网络，实现对电能表通信地址管理功能。本发明的转换装置上电后，上行通信模块响应上行终端组网命令，参与到原台区网络组网通信。组网成功后，当上行终端抄电表数据时，转换装置自动判断通信报文中的通信地址，并与管理电表地址比对，若地址属于自身网络管理的电表地址，转换装置直接将数据通过下行通信道转发到被抄读电表，并接收被抄电表回复数据，将电表回复数据上报给上行终端，完成一次数据交互转换，若地址非自身网络管理的电表地址，则转换装置不作数据转发及响应。

本发明的转换装置，安装与可操作性强，适应用现场一线运维人员使用，并可适应于现场台区内存在不同通信通网络环境，上行通信模块与下行通信模块可根据现场应用需求功能互换以适配通信需求。

本发明的转换装置，一方面可进行不同载波通信转换，另一方面实现对待转换电表管理功能，同时也可实现对待转换电表数据预抄读存储功能，当转换装置上电后，通过搜表功能，获取到待转换电表地址后，实现电表地址管理与网络组建，完成后对管理电表进行数据预抄读，并存储在FLASH中，当上行终端对管理电能表数据抄读时，直接回复转换装置中存储数据，提高采集效率。

进一步地，本实施例中，转换装置支持的协议类型：《DL-T645-2007通信协议》和《QGDW11778—2017面向对象的用电信息数据交换协议》。

如图3所示，本实施例提供的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其通信过程包括以下步骤：

S1、上电后，启动自主抄读任务或者接收上行终端发送的电表数据抄读任务。

所述步骤S1具体包括以下步骤：

上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，并且发送至所述MCU控制模块；

MCU控制模块将上行终端发送的电表数据抄读任务或者自主电表数据抄读任务发送至所述下行载波模块；

下行载波模块根据电表数据抄读任务中的通信地址，将其发送到被抄读电表。

因此，本实施例的转换装置，处理能够将不同网络系统内数据接收并转换外，还能够主动发起的命令数据帧，转换装置具备组网功能，实现对新接入系统网络从节点电表搜索与点抄功能。

S2、接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务，若是，则转入数据存储流程，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

下行载波模块接收电表抄读回复数据，并发送至MCU控制模块；

MCU控制模块接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务对应的电表抄读回复数据，若是，则将数据进行分类存储，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步。

其中，数据分类存储的方法为：查询数据存储地址，并查询存储空间，若存储空间存在且空间够用，则进行数据存储。然后，继续执行电表数据抄读任务。

S3、判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表回复数据直接发送给上行终端；若否，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并回复上行终端。

其中，通过MCU控制模块判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表抄读回复数据通过上行通信模块直接发送给上行终端；若否，即上行终端抄读数据为自身存储数据，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并通过上行通信模块回复上行终端。

如图4所示，本实施例中，转换装置的转换数据业务流过程如下：

步骤1：上行载波模块接收上行终端抄读数据任务，当上行载波模块收到数据判断合法后，发给MCU控制模块；

步骤2：MCU控制模块收到上行抄读数据帧后，判断是否合法以及抄读帧内容(抄读自身数据还是存储数据还是管理电表节点实时数据)，若帧合法，则将报文转发给下行载波模块，并等待回复数据；

步骤3：下行载波模块收到MCU控制模块发送的抄读帧后，将报文发送到电力线上(通过电力线发送至下行电能表)，并等待电能表数据回复；

步骤4：下行载波模块收到电表回复电力线载波数据后，转发给MCU控制模块；

步骤5：MCU控制模块收到下行载波模块回复数据，判断数据合法性，若数据合法，则将下行载波模块发送的电表数据转发给上行载波模块；

步骤6：上行载波模块收到MCU控制模块回复数据，判断合法后，将报文发到电力线，回复给上行终端。

综上所述，本发明实施例提供了一种基于电力线通信技术的宽窄带通信转换装置，其具备两个载波通信模块，分别为宽带载波模块和窄带载波模块，其中一个载波模块作为上行载波模块与上行终端通信，载波通信方案与台区内原载波通信方案一致，另一个载波模块作为下行载波模块与下行电表载波模块通信，下行电表载波模块为台区内新换电表宽带载波通信方案，为少数电能表通信方案。以MCU控制模块为转换装置核心处理器，实现数据分析处理功能，具体两路载波收发电路，满足宽带载波与窄带载波数据转换功能，通过220V馈网电路接入，DCDC转换后为转换装置提供工作电源，转换装置搭配FLASH存储电路，满足基本电表管理及数据存储功能。实现了宽带与窄带载波通信方案在同一低压台区内共存应用，实现新接入通信方案电表组网通信，管理电表信息，满足接收上行终端抄读需求并转发给管理的电表，实现不同通信方案转换。此外，本发明实现了宽带网络与窄带网络数据可交互、共享的技术突破，有效解决了低压台区内，宽带及窄带不同载波网络通信信道相互转换桥接问题以及在台区改造或现场运维过程中存在的技术问题。本发明设备具有自组网，电表信息自管理功能，实现设备无干预式接入，即能够针对管理电表信息存储，也能实现对管理电表数据预抄读功能。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其特征在于，包括：

下行载波模块：用于通过搜表获取设备周边电能表地址，并与电能表通信模块建立实时通信网络，实现对电能表通信地址管理功能；

上行载波模块：用于响应上行终端组网命令；

MCU控制模块：与所述下行载波模块和上行载波模块连接，用于通过上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务通过下行载波模块发送给对应电表，以及用于通过下行载波模块接收对应电表发送的电表抄读回复数据，并将其通过上行载波模块发送给上行载波模块。

2.根据权利1所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其特征在于，所述下行载波模块为宽带载波模块，上行载波模块为窄带载波模块。

3.根据权利1所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其特征在于，所述下行载波模块的型号为SSC1668，上行载波模块的型号为SSC1655。

4.根据权利1所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其特征在于，还包括：

第一存储模块：用于分区域存储电表抄读回复数据；

第二存储模块：用于存储下行载波模块搜索到的电表通信地址；

所述MCU控制模块还用于将上行终端发送的电表数据抄读任务中的通信地址与第二存储模型中的通信地址比对，若通信地址属于自身网络管理的电表地址，则将数据通过下行载波模块转发到被抄读电表；还用于通过下行载波模块接收被抄电表实时回复数据，并其存储到第一存储模块或直接通过上行载波模块上报给上行终端。

5.根据权利1所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置，其特征在于，还包括：

馈网电路；其一端与下行载波模块和上行载波模块连接，另一端与低压电力线连接，用于接收低压电力线上加载的载波信号进行转换后发送至下行载波模块或上行载波模块，还用于将下行载波模块和上行载波模块发出的信号进行转换后发送至低压电力线；

切换电路：输入端与MCU控制模块连接，输出端与馈网电路的控制端连接，用于根据MCU控制模块的控制信号控制馈网电路的工作状态为接收信号或发送信号；

指示电路：用于指示装置的工作状态；

工作电源：用于给装置提供电源。

6.根据权利要求1所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、上电后，启动自主抄读任务或者接收上行终端发送的电表数据抄读任务；

S2、接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务，若是，则转入数据存储流程，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步；

S3、判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表回复数据直接发送给上行终端；若否，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并回复上行终端。

7.根据权利要求6所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置的通信方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：

上行载波模块接收上行终端发送的电表数据抄读任务，并且发送至所述MCU控制模块；

MCU控制模块将上行终端发送的电表数据抄读任务或者自主电表数据抄读任务发送至所述下行载波模块；

下行载波模块根据电表数据抄读任务中的通信地址，将其发送到被抄读电表。

8.根据权利要求6所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置的通信方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：

下行载波模块接收电表抄读回复数据，并发送至MCU控制模块；

MCU控制模块接收电表抄读回复数据，并判断是否为自主发起电表数据抄读任务对应的电表抄读回复数据，若是，则将数据进行分类存储，并继续执行电表数据抄读任务；若否，则进入下一步。

9.根据权利要求6所述的一种基于电力线通信的宽窄带通信转换装置的通信方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

MCU控制模块判断是否为实时电表数据抄读任务，若是，则将接收电表抄读回复数据通过上行通信模块直接发送给上行终端；若否，则通过寻址，查找对应的历史存储数据，并通过上行通信模块回复上行终端。

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