CN114598358B - 一种电力载波通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电力载波通信系统，耦合器从电缆接收载波信号并输出整流后的载波信号，采样模块采集载波信号的电压并在电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在电压小于预设阈值时输出第二控制信号，开关模块的输入端与耦合器的输出端连接，开关模块的第一输出端与载波机的输入端连接，开关模块的第二输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与载波机的输入端连接，开关模块接收到第一控制信号时，开关模块的输入端与第一输出端连接，接收到第二控制信号时，开关模块的输入端与第二输出端连接，解决了载波信号衰减后载波机解调不准确，降低计量精度的问题，提高了载波机解调载波信号的准确度，根据解调后得到的数据进行计量的精度高。

Description

一种电力载波通信系统

技术领域

本发明实施例涉及电力载波通信技术领域，尤其涉及一种电力载波通信系统。

背景技术

电力线载波通信是指以电力线为信息传输媒介，信号经过载波调制技术，实现电网各个节点之间进行通信传递，通过电力线载波通信技术可以实现远程抄表等数据采集。

然而，载波信号在电力线传播的过程中，一方面，由于电力线并非专用的通信线路，另一方面，载波信号在电力线中受电力输送影响，又一方面，电力线上设置有开关、变压器等设备，上述因素造成载波信号在电力线中逐渐衰弱，影响载波信号采集的准确性，降低了载波信号解调后计量的精度。

发明内容

本发明实施例的目的在于：提供一种电力载波通信系统，以解决现有载波信号在电力线中传输出现衰弱，降低计量精度的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种电力载波通信系统，包括耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机；

所述耦合器的输入端与承载有载波信号的电缆连接，所述耦合器用于从所述电缆接收载波信号并输出整流后的载波信号；

所述采样模块的输入端与所述耦合器的输出端连接，所述采样模块的输出端与所述开关模块的控制端连接，所述采样模块用于采集所述载波信号的电压，在所述电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在所述电压小于预设阈值时输出第二控制信号；

所述开关模块的输入端与所述耦合器的输出端连接，所述开关模块的第一输出端与所述载波机的输入端连接，所述开关模块的第二输出端与所述放大器的输入端连接，所述开关模块用于在接收到所述第一控制信号时，所述开关模块的输入端与所述第一输出端连接，在接收到所述第二控制信号时，所述开关模块的输入端与所述第二输出端连接，

所述放大器的输出端与所述载波机的输入端连接。

可选地，所述采样模块包括比较器，所述比较器的负相输入端通过第一电阻与所述耦合器的输出端连接，以及通过第二电阻接地，所述比较器的正相输入端依次通过第一稳压二极管和第三电阻与所述耦合器的输出端连接，所述比较器的输出端作为所述采样模块的输出端与所述开关模块的控制端连接。

可选地，所述开关模块包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极均与所述采样模块的输出端连接，所述第一三极管的集电极与所述耦合器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述载波机的输入端连接，所述第二三极管的集电极与所述耦合器的输出端连接，所述第二三极管的发射极与所述放大器的输入端连接。

可选地，所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管；

或者，

所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

可选地，所述耦合器包括依次连接的耦合电路、滤波电路以及整流电路，所述耦合电路的输入端与所述电缆连接，所述整流电路的输出端作为所述耦合器的输出端。

可选地，所述耦合电路包括变压器，所述变压器的初级线圈的第一端通过电容与所述电缆的火线连接，所述初级线圈的第二端与所述电缆的零线连接，所述变压器的次级线圈的第一端和第二端作为所述耦合电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述次级线圈的第一端和第二端之间设置有瞬变电压抑制器；

所述滤波电路包括电容、电感、二极管以及稳压二极管，所述电容、电感、二极管以及稳压二极管均并联在所述次级线圈的第一端和第二端之间，其中，所述二极管的阳极与所述次级线圈的第一端连接，所述稳压二极管的阳极与所述次级线圈的第一端连接；

所述整流电路为桥式整流电路，所述桥式整流电路的输入端分别与所述次级线圈的第一端和第二端连接，所述桥式整流电路的输出端作为所述耦合器的输出端。

可选地，还包括电源模块，所述电源模块的输入端与所述电缆连接，所述电源模块的输出端分别与所述耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机连接，所述电源模块用于将电缆的电流转换为直流电输出至所述耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机。

可选地，还包括服务器和监测终端，所述服务器分别与所述载波机和所述监测终端连接。

可选地，所述载波机与所述服务器之间还设置有滤波模块。

可选地，所述服务器与所述监测终端通过无线通信网络连接。

本发明实施例的电力载波通信系统包括耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机，耦合器从电缆接收载波信号并输出整流后的载波信号，采样模块采集载波信号的电压，在电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在电压小于预设阈值时输出第二控制信号，开关模块的输入端与耦合器的输出端连接，开关模块的第一输出端与载波机的输入端连接，开关模块的第二输出端与放大器的输入端连接，开关模块在接收到第一控制信号时，开关模块的输入端与第一输出端连接，在接收到第二控制信号时，开关模块的输入端与第二输出端连接，所述放大器的输出端与所述载波机的输入端连接，实现了在耦合器所输出的载波信号的电压小于预设阈值时将载波信号输入到放大器中放大后再输入载波机，以及在电压大于预设阈值时直接将载波信号输入载波机，解决了载波信号衰减后载波机解调信号不准确，降低计量精度的问题，保证了足够强度的载波信号输入到载波机，载波机解调载波信号后得到的解调数据准确度高，提高了根据解调数据进行计量的精度。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的电力载波通信系统的示意框图；

图2为本发明实施例中采样模块的电路原理图；

图3为本发明实施例中耦合器的电路原理图；

图中：

1、耦合器；11、耦合电路；12、滤波电路；13、整流电路；2、采样模块；3、开关模块；4、放大器；5、载波机；6、服务器；7、监测终端；8、电源模块。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例的电力载波通信系统可部署于配电网中，用于通过电力线传输数据，示例性地，可以用于传输远程抄表数据、传输视频监控数据等，具体地，该电力载波通信系统包括耦合器1、采样模块2、开关模块3、放大器4以及载波机5。

其中，耦合器1的输入端与承载有载波信号的电缆连接，耦合器1可以是从电缆中接收载波信号，并对载波信号滤波、整流之后输出整流后的载波信号的模块，示例性地，耦合器1可以是具备降压、滤波和整流的电子电路或者芯片，具体可以参考现有技术中应用于电力载波通信中的耦合器，本发明实施例对耦合器1的电路结构不作限制。

采样模块2的输入端与耦合器1的输出端连接，采样模块2的输出端与开关模块3的控制端连接，采样模块2用于采集载波信号的电压，在电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在电压小于预设阈值时输出第二控制信号，示例性地，采样模块2可以是采集载波信号的电压的电路，第一控制信号和第二控制信号可以是高、低电平信号，示例性地，第一控制信号可以是高电平信号，第二控制信号可以是低电平信号，需要说明的是，高电平信号和低电平信号是相对而言。

开关模块3可以是包括可控电子开关的电路，该开关模块3可以设置有一个控制端、一个输入端、第一输出端以及第二输出端，示例性地，开关模块3可以包括可控的单刀双掷开关、继电器、三极管、MOS管等电子开关，该开关模块3的输入端与耦合器1的输出端连接，开关模块3的第一输出端与载波机5的输入端连接，开关模块3的第二输出端与放大器4的输入端连接，开关模块3用于在接收到第一控制信号时，开关模块3动作使得开关模块3的输入端与第一输出端连接，即耦合器1输出的载波信号直接输入到载波机5中，在接收到第二控制信号时，开关模块3动作使得开关模块3的输入端与第二输出端连接，即耦合器1输出的载波信号先输入到放大器4中，由于放大器4的输出端与载波机5的输入端连接，载波信号经由放大器4放大后输入到载波机5中，从而实现了在耦合器1所输出的载波信号的电压小于预设阈值时将载波信号输入到放大器4中放大后再输入载波机5，以及在电压大于预设阈值时直接将载波信号输入载波机5，保证了输入到载波机5的载波信号的电压高于预设阈值，即保证了载波信号的信号强度，解决了载波信号衰减后信号强度低，载波机5解调信号得到的解调数据不准确，降低计量精度的问题，保证了足够强度的载波信号输入到载波机，载波机解调载波信号后得到的解调数据准确度高，提高了根据解调数据进行计量的精度。

实施例二

本发明实施例二在上述实施例一的基础上对采样模块2和开关模块3进行优化，如图2所示，在本发明的可选实施例中，采样模块2包括比较器U1，比较器U1的负相输入端通过第一电阻R1与耦合器1的输出端连接，以及通过第二电阻R2接地，比较器U1的正相输入端依次通过第一稳压二极管D1和第三电阻R3与耦合器1的输出端连接，比较器U1的输出端作为采样模块2的输出端与开关模块3的控制端连接。

开关模块3包括第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极均与采样模块2的输出端连接，如图2中，第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极均与采样模块2中的比较器U1的输出端连接，第一三极管Q1的集电极与耦合器1的输出端连接，第一三极管Q1的发射极与载波机5的输入端连接，第二三极管Q2的集电极与耦合器1的输出端连接，第二三极管Q2的发射极与放大器4的输入端连接，其中，第一三极管Q1为NPN型三极管时，第二三极管Q2为PNP型三极管，或者，第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管，从而保证第一三极管Q1导通时，第二三极管Q2截止，或者第一三极管Q1截止时，第二三极管Q2导通。

如图2所示，以第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管作为示例，上述采样模块2和开关模块3的工作原理如下：

比较器U1的正相输入端的电压由于第一稳压二极管D1的钳位作用，比较器U1的正相输入端的电压被钳位为第一稳压二极管D1的钳位电压，例如可以是2.5V，具体可以根据第一稳压二极管D1的特性来确定，耦合器1的输出端所输出的载波信号在第一电阻R1、第二电阻R2的分压作用下，采样电所得到的电压输入到比较器U1的反相输入端，在比较器U1的反相输入端的电压小于正相输入端的电压时，比较器U1输出高电平信号到第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极，在比较器U1的反相输入端的电压大于正相输入端的电压时，比较器U1输出低电平信号到第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极，在开关模块3中，比较器U1输出高电平信号时，由于第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管Q2为PNP型三极管，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，耦合器1的输出端所输出的载波信号经由第一三极管Q1的集电极进入发射极之后输入到载波机5，实现了在载波信号的电压高于预设阈值时，载波信号直接输入到载波机5中，而在比较器U1输出低电平信号时，由于第一三极管Q1为NPN型三极管，第二三极管为PNP型三极管，第一三极管Q1截止，第二三极管Q2导通，耦合器1的输出端所输出的载波信号经由第二三极管Q2的集电极进入发射极之后输入到放大器4，载波信号经过放大器4放大后输入到载波机5，实现了在载波信号的电压小于预设阈值时，载波信号经过放大器4放大之后再输入到载波机5中，本发明实施例采用电阻采集电压、比较器来比较电压以及采用三极管作为开关，电路结构简单，成本低，可靠性高。

需要说明的是，在实际应用中，上述的三极管可以修改为MOS管或者其他电子开关，或者直接使用继电器、单刀双掷开关等。

如图3所示，在本发明的可选实施例中，耦合器1包括依次连接的耦合电路11、滤波电路12以及整流电路13，耦合电路11的输入端与电缆连接，整流电路13的输出端与作为耦合器1的输出端。

具体地，耦合电路11包括变压器T，变压器T的初级线圈的第一端a通过电容(C1、C2)与电缆的火线AC+连接，初级线圈的第二端b与电缆的零线AC-连接，变压器T的次级线圈的第一端c、第二端d作为耦合电路11的输出端与滤波电路12的输入端连接，次级线圈的第一端c和第二端d之间设置有瞬变电压抑制器D2。

滤波电路12包括电容C3、电感L、二极管D3以及稳压二极管D4，电容C3、电感L、二极管D3以及稳压二极管D4均并联在次级线圈的第一端c和第二端d之间，其中，二极管D3的阳极与次级线圈的第一端c连接，稳压二极管D4的阳极与次级线圈的第一端c连接。

整流电路13为桥式整流电路，桥式整流电路的输入端分别与次级线圈的第一端c和第二端d连接，桥式整流电路的输出端作为耦合器1的输出端。

上述耦合器1的工作原理如下：

如图3所示，在耦合器1中，电力线AC+中的载波信号和输电信号(10KV、380V、220V、110V工频交流电等)进入耦合电路11中，首先被电容C1、C2滤除掉噪声之后，经变压器T降压，在变压器T的次级线圈通过瞬变电压抑制器D2抑制电压突变，然后通过在滤波电路中滤除工频交流电，由于工频交流电通常为50Hz，选择合适的容值的电容C3和电感L即可以去除工频交流信号，经过稳压二极管D4和二极管D3之后得到稳定电压值的载波信号，该载波信号进一步通过整流电路13整流输出直流的载波信号。

如图1所示，在本发明的另一可选实施例中，还包括电源模块8，电源模块8的输入端与电缆连接，电源模块8的输出端分别与耦合器1、采样模块2、开关模块3、放大器4以及载波机5连接，电源模块8用于将电缆的电流转换为直流电输出至耦合器1、采样模块2、开关模块3、放大器4以及载波机5，在一个示例中，电源模块8可以包括交流转直流电路和蓄电池，交流转直流电路的输入端与电缆连接，交流转直流电路的输出端与蓄电池连接，蓄电池的输出端分别与耦合器1、采样模块2、开关模块3、放大器4以及载波机5连接，交流转直流电路将电缆的交流电降压、转直流后对蓄电池充电，由蓄电池对耦合器1、采样模块2、开关模块3、放大器4以及载波机5供电，以保证电源模块8能够提供稳定的工作电压。

如图1所示，在本发明的另一可选实施例中，电力载波通信系统还包括服务器6和监测终端7，服务器6分别与载波机5和监测终端7连接，服务器6用于接收载波机5对载波信号解调后得到的载波数据，并将载波数据发送到监测终端7，优选地，服务器6与监测终端7可以通过无线通信网络连接，例如通过WiFi、Lora、Zigbee等无线通信方式通信，在一个示例中，载波信号可以是报警信号，则监测终端7可以是报警终端，该报警终端接收到报警信号后报警，以及时提醒维护人员配电网中出现故障；在另一个示例中，载波信号可以是抄表数据，可以将抄表数据发送到抄表人员的手持终端和或者个人计算机中，以便抄表人员远程获取到各个抄表终端所采集到的计量数据。

在另一可选实施例中，载波机5与服务器6之间还设置有滤波模块，该滤波模块用于滤除载波机5解调后的数字信号中的噪声，保证准确的解调数据输出到服务器6中。

本发明实施例的电力载波通信系统包括耦合器、采样模块、开关模块放大器以及载波机，耦合器从电缆接收载波信号并输出整流后的载波信号，采样模块采集载波信号的电压，在电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在电压小于预设阈值时输出第二控制信号，开关模块的输入端与耦合器的输出端连接，开关模块的第一输出端与载波机的输入端连接，开关模块的第二输出端与放大器的输入端连接，开关模块在接收到第一控制信号时，开关模块的输入端与第一输出端连接，在接收到第二控制信号时，开关模块的输入端与第二输出端连接，放大器的输出端与载波机的输入端连接，实现了在耦合器所输出的载波信号的电压小于预设阈值时将载波信号输入到放大器中放大后再输入载波机，以及在电压大于预设阈值时直接将载波信号输入载波机，解决了载波信号衰减后载波机解调信号不准确，降低计量精度的问题，保证了足够强度的载波信号输入到载波机，载波机解调载波信号后得到的解调数据准确度高，提高了根据解调数据进行计量的精度。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电力载波通信系统，其特征在于，包括耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机；

所述耦合器的输入端与承载有载波信号的电缆连接，所述耦合器用于从所述电缆接收载波信号并输出整流后的载波信号；

所述采样模块的输入端与所述耦合器的输出端连接，所述采样模块的输出端与所述开关模块的控制端连接，所述采样模块用于采集所述载波信号的电压，在所述电压大于预设阈值时输出第一控制信号，在所述电压小于预设阈值时输出第二控制信号；

所述开关模块的输入端与所述耦合器的输出端连接，所述开关模块的第一输出端与所述载波机的输入端连接，所述开关模块的第二输出端与所述放大器的输入端连接，所述开关模块用于在接收到所述第一控制信号时，所述开关模块的输入端与所述第一输出端连接，在接收到所述第二控制信号时，所述开关模块的输入端与所述第二输出端连接，所述放大器的输出端与所述载波机的输入端连接；

其中，所述采样模块包括比较器，所述比较器的负相输入端通过第一电阻与所述耦合器的输出端连接，以及通过第二电阻接地，所述比较器的正相输入端依次通过第一稳压二极管和第三电阻与所述耦合器的输出端连接，所述比较器的输出端作为所述采样模块的输出端与所述开关模块的控制端连接；

所述开关模块包括第一三极管和第二三极管，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极均与所述采样模块的输出端连接，所述第一三极管的集电极与所述耦合器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述载波机的输入端连接，所述第二三极管的集电极与所述耦合器的输出端连接，所述第二三极管的发射极与所述放大器的输入端连接；

所述耦合器包括依次连接的耦合电路、滤波电路以及整流电路，所述耦合电路的输入端与所述电缆连接，所述整流电路的输出端作为所述耦合器的输出端；

所述耦合电路包括变压器，所述变压器的初级线圈的第一端通过电容与所述电缆的火线连接，所述初级线圈的第二端与所述电缆的零线连接，所述变压器的次级线圈的第一端和第二端作为所述耦合电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述次级线圈的第一端和第二端之间设置有瞬变电压抑制器；

所述滤波电路包括电容、电感、二极管以及稳压二极管，所述电容、电感、二极管以及稳压二极管均并联在所述次级线圈的第一端和第二端之间，其中，所述二极管的阳极与所述次级线圈的第一端连接，所述稳压二极管的阳极与所述次级线圈的第一端连接；

所述整流电路为桥式整流电路，所述桥式整流电路的输入端分别与所述次级线圈的第一端和第二端连接，所述桥式整流电路的输出端作为所述耦合器的输出端。

2.如权利要求1所述的电力载波通信系统，其特征在于，

所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管；

或者，

所述第一三极管为NPN型三极管，所述第二三极管为PNP型三极管。

3.如权利要求1所述电力载波通信系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块的输入端与所述电缆连接，所述电源模块的输出端分别与所述耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机连接，所述电源模块用于将电缆的电流转换为直流电输出至所述耦合器、采样模块、开关模块、放大器以及载波机。

4.如权利要求1-3任一项所述的电力载波通信系统，其特征在于，还包括服务器和监测终端，所述服务器分别与所述载波机和所述监测终端连接。

5.如权利要求4所述的电力载波通信系统，其特征在于，所述载波机与所述服务器之间还设置有滤波模块。

6.如权利要求5所述的电力载波通信系统，其特征在于，所述服务器与所述监测终端通过无线通信网络连接。

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