CN1633038A - 低压配电及电力线通信一体化的方法和系统 - Google Patents

低压配电及电力线通信一体化的方法和系统 Download PDF

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谭显华
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Abstract

一种低压配电及电力线通信一体化的方法和系统，包括设置PLC信号隔离器(40)和PLC网关(50)。所述PLC信号隔离器(40)在用户外部电网(3)与PLC网关(50)之间建立一条3K－40MHz频率的信号通道；在PLC网关(50)中设置多个接口电路，各接口电路连接对应的应用系统；连接各应用终端的PLC－MODEM通过电力线与PLC网关(50)通信，由此实现各应用终端接入对应的应用系统及各应用终端间的通信；本发明免去了住宅楼或商住楼单元内部各种弱电系统的布线要求，极大提高各应用终端接入弱电系统的便利性、可靠性与经济性，并解决了单元内部复杂的配电线路给电力线宽带接入系统可靠通信带来的障碍。

Description

低压配电及电力线通信一体化的方法和系统
技术领域  本发明涉及有线数据通信系统，特别涉及通过低压电力线进行数据通信的系统，尤其涉及低压配电及电力线通信一体化的方法和系统。
背景技术  电力线通信(power line communication，简称PLC)，是指利用电力线作为载体进行数字通信的一种通信方式。电力线通信并不是新技术，已经有几十年的发展历史。在中高压输电网(35kV以上)上通过电力载波机利用较低的频率以较低速率传送远程数据或话音，就是PLC技术早期应用的主要形式之一。在低压配电(220V/380V)领域，PLC技术首先用于负荷控制、远程抄表和家居自动化，传输速率一般为1200bps或更低。近几年，随着技术的迅速进步，PLC逐渐向宽带高速方向发展。目前最高的PLC速率已达200Mbps。随着通信速率的提高，PLC的应用范围逐渐拓宽，PLC已可以传输实时视频、音频和高速数据等多种信号。
现有技术中已有单独的电力线调制解调器(PLC-MODEM)将电脑、电子设备通过电力线联网的实施例，但是尚没有一种系统的方法将PLC技术应用于家庭或商业单元，以避免家庭或商业单元内各种弱电系统需单独布线的情形。目前，上述单元内各种弱电系统需要单独布线，导致单元内引线非常繁杂混乱，影响弱电系统使用的便利性、可靠性和经济性。目前尚未见到在用户单元内敷设低压配电线路时已将电力线载波数据通信系统随之设置的系统装置。同时，由于家庭或商业单元内部电力线分支较多，电力线宽带接入系统的应用也存在上述单元内部最后十米或几十米内无法实现可靠电力线通信的问题。
发明内容  本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提出一种低压配电及电力线通信一体化的方法和系统。本发明让使用者通过电力线实现高速通信，轻松将计算机、各种电子装置、安全系统和电器联成家庭网络或商业单元内部网络，并分享宽带接入。同时，本发明解决了电力线宽带接入系统在上述单元内部最后十米或几十米内无法实现可靠电力线通信的问题。
本发明通过采用以下的技术方案来实现：
实施一种低压配电及电力线通信一体化的方法，基于低压交流配电单元、PLC-MODEM，所述方法包括步骤：
a.设置PLC信号隔离器和PLC网关，所述PLC信号隔离器将用户外部电网与低压交流配电单元所连接的用户内部电网中频率范围在3K-40MHz的信号相互隔离，并在用户外部电网与PLC网关之间建立一条频率范围在3K-40MHz的信号通道；
b.在PLC网关中设置包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统的接口电路、对应PLC信号隔离器的外部电网PLC信号接口及信号处理电路、电话线的接口电路、有线电视系统的接口电路、社区联网服务系统的接口电路以及内部电网PLC多路信号接口电路，各接口电路连接对应的应用系统；
c.为用户单元内的各应用终端接PLC-MODEM，然后各PLC-MODEM都与PLC网关中内部电网PLC多路信号接口电路通信。
所述的PLC网关具有PLC信号中继功能，实现所述的PLC信号隔离器所连通的PLC宽带接入系统与用户单元内的各PLC-MODEM之间和用户单元内的各PLC-MODEM之间的可靠通信。
步骤b所述的PLC信号隔离器所连通的PLC宽带接入系统的接入信号包括数字化视频、音频和因特网信号。
本发明还可以通过以下的技术方案进一步得到实施：
设计制造一种低压配电及电力线通信一体化的系统，包括低压交流配电单元、PLC-MODEM，尤其是还包括PLC信号隔离器和PLC网关，所述PLC信号隔离器连接用户外部电网连通的PLC宽带接入系统和连接PLC网关。
所述PLC网关中有包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统的接口电路、对应PLC信号隔离器的外部电网PLC信号接口及信号处理电路、对应电话线的接口电路、对应有线电视系统的接口电路、对应社区联网服务系统的接口电路以及内部电网PLC多路信号接口电路，各接口电路连接对应的应用系统。
所述内部电网PLC多路信号接口电路连通PLC-MODEM；各PLC-MODEM连接用户单元内的各应用终端。
与现有技术相比较，本发明将低压交流配电单元、PLC信号隔离器和PLC网关加工成PLC配电箱，利用所敷设的电力线既输送电能，又传输各种载波信号，免去了住宅楼或商住楼单元内部日益增加的弱电布线需求，以可靠、便捷的方式实现内部联网和接入共享ADSL、CABLE MODEM、以太网、无线接入以及通过电力线建立家庭/商住楼内部数字多媒体娱乐系统，实现视频、音频分配，还可以通过电力线建立家庭/商住楼数字化智能控制系统。
与现有技术相比较，本发明还解决了电力线宽带接入系统在上述单元内部最后十米或几十米内无法实现可靠电力线通信的问题。
附图说明  图1是本发明低压配电及电力线通信一体化的系统构成方框图；
图2是本发明所述系统中PLC信号隔离器的构成方框图；
图3是本发明所述系统中PLC网关的构成方框图；
图4-1、图4-2是本发明所述系统中PLC信号隔离器的电原理图；
图5是本发明所述系统中PLC-MODEM的电原理图；
图6是本发明所述PLC网关中CPU的电原理图；
图7是本发明所述PLC网关中数据输入输出缓冲区的电原理图；
图8是本发明所述PLC网关中数据输入输出缓冲区的控制电原理图；
图9是本发明所述PLC网关中非易失性数据、命令暂存器的电原理图；
图10是本发明所述PLC网关中数据暂存器的电原理图；
图11是本发明所述PLC网关中通讯单元的电原理图；
图12是本发明所述PLC网关中数字信号通讯单元的电原理图；
图13是本发明所述PLC网关中数字信号通讯单元接口的电原理图。
具体实施方式  下面结合附图及最佳实施例对本发明作进一步详尽的描述。
如图1、2、3所示：实施一种低压配电及电力线通信一体化的方法，基于低压交流配电单元30、PLC-MODEM 300.1～300.n，所述方法包括步骤：
a.设置PLC信号隔离器40和PLC网关50，所述PLC信号隔离器40将用户外部电网3与低压交流配电单元30所连接的用户内部电网4中频率范围在3K-40MHz的信号相互隔离，并在用户外部电网3与PLC网关50之间建立一条频率范围在3K-40MHz的信号通道；
b.在PLC网关50中设置包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统60的接口电路52、对应PLC信号隔离器40的外部电网PLC信号接口及信号处理电路56、PLC信号隔离器40的接口电路56、电话线90的接口电路58、有线电视系统70的接口电路54、社区联网服务系统80的接口电路53以及内部电网PLC多路信号接口电路57，各接口电路连接对应的应用系统；
c.为用户单元1内的各应用终端200.1～200.n接PLC-MODEM 300.1～300.n，然后各PLC-MODEM 300.1～300.n都与PLC网关50中内部电网PLC多路信号接口电路57通信。
所述的PLC网关50具有PLC信号中继功能，实现所述的PLC信号隔离器40所连通的PLC宽带接入系统100与用户单元1内的各PLC-MODEM 300.1～300.n之间和用户单元1内的各PLC-MODEM 300.1～300.n之间的可靠通信。
步骤b所述的PLC信号隔离器40所连通的PLC宽带接入系统100的接入信号包括数字化视频、音频和因特网信号。
本发明还可以通过以下的技术方案进一步实施：
如图1、2、3所示：设计制造一种低压配电及电力线通信一体化的系统，包括低压交流配电单元30、PLC-MODEM 300.1～300.n，尤其还包括PLC信号隔离器40和PLC网关50，所述PLC信号隔离器40连接用户外部电网3连通的PLC宽带接入系统100和连接PLC网关50。
所述PLC网关50中有包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统60的接口电路52、对应PLC信号隔离器40的外部电网PLC信号接口及信号处理电路56、对应电话线90的接口电路58、对应有线电视系统70的接口电路54、对应社区联网服务系统80的接口电路53以及内部电网PLC多路信号接口电路57，各接口电路连接对应的应用系统。
所述内部电网PLC多路信号接口电路57连通PLC-MODEM 300.1～300.n；各PLC-MODEM 300.1～300.n连接用户单元1内的各应用终端200.1～200.n。
参照图4-1和图4-2，选择电感L1～L4和电容C1、C2的参数，使PLC信号隔离器40对两端电力线上频率范围在3KHz至40MHz之间的信号衰减40dB以上，实现内部电网与外部电网间和不同单元内部电网间PLC信号的物理隔离。图4-1是电容耦合的实施例，PLC信号通过电容C3、C4耦合到网关，图4-2是电感耦合的实施例，PLC信号通过磁环1、磁环2耦合到网关。从外部电网到PLC网关的信号耦合是双向的，既可以流进，也可以流出。
如图5所示，在最佳实施例中，PLC-MODEM的以太网芯片U51选用RTL8019AS，U51通过数据总线与MCU(微处理器)联通；以太网接口芯片U52选用20F001N，通过RJ45水晶插头P1与以太网连接，电力线载波接口是成熟的公知技术，在此不再赘述；与电器设备的连接由RS485芯片U55完成，U55的RXD、TXD和DE/RE引脚连接MCU相应的引脚，485A、485B连接RS485总线，与电器设备引出的RS485总线连接。
如图6所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的CPU主控芯片U1选用R1620。
如图7和图8所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的数据输入输出缓冲区采用3片128K×8的SRAM芯片U6、U7、U9组成，U2、U3、U4、U5、U8和U10构成控制电路，由CPU主控芯片U1控制工作。
如图9所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的非易失性数据、命令暂存器由U11、U12和U14～U17组成，这些FLASH芯片都选用512K×8的容量。
如图10所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的数据暂存器由U13、U32组成，其中U13的容量选用4M×16的SDRAM，U32的容量选用1M×16的SDRAM。
如图11所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的通讯单元由U22、U23组成，U22、U23是RS232接口器件，每个接口都能够与任何具有RS232接口的电器设备进行通讯。
如图12和图13所示，在最佳实施例中，PLC-网关中的数字信号通讯单元由U31为主构成，U31可以选用一片CPU芯片R1620或SOCKET160，通过JP2_A、JP2_B和JP20插头与外部数字信号线连接。
实践证明，本发明将低压交流配电单元、PLC信号隔离器和PLC网关加工成PLC配电箱，利用所敷设的电力线既输送电能，又传输各种载波信号，免去了住宅楼或商住楼单元内部日益增加的弱电布线需求，以可靠、便捷的方式实现内部联网和接入共享ADSL、CABLE MODEM、以太网、无线接入以及通过电力线建立家庭/商住楼内部数字多媒体娱乐系统，实现单元内部视频、音频分配，还可以通过电力线建立家庭/商住楼数字化智能控制系统。
实践证明，本发明还解决了电力线宽带接入系统在上述单元内部最后十米或几十米内无法实现可靠电力线通信的问题。

Claims (6)

1.一种低压配电及电力线通信一体化的方法，基于低压交流配电单元(30)、PLC-MODEM(300.1～300.n)，其特征在于，所述方法包括步骤：
a.设置PLC信号隔离器(40)和PLC网关(50)，所述PLC信号隔离器(40)将用户外部电网(3)与低压交流配电单元(30)所连接的用户内部电网(4)中频率范围在3K-40MHz的信号相互隔离，并在用户外部电网(3)与PLC网关(50)之间建立一条频率范围在3K-40MHz的信号通道
b.在PLC网关(50)中设置包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统(60)的接口电路(52)、对应PLC信号隔离器(40)的外部电网PLC信号接口及信号处理电路(56)、电话线(90)的接口电路(58)、有线电视接入系统(70)的接口电路(54)、社区联网服务接入系统(80)的接口电路(53)以及内部电网PLC多路信号接口电路(57)，各接口电路连接对应的应用系统；
c.为用户单元(1)内的各应用终端(200.1～200.n)接PLC-MODEM(300.1～300.n)，然后各PLC-MODEM(300.1～300.n)都与PLC网关(50)中内部电网PLC多路信号接口电路(57)通信。
2.根据权利要求1所述的低压配电及电力线通信一体化的方法，其特征在于：所述的PLC网关(50)具有PLC信号中继功能，实现所述的PLC信号隔离器(40)所连通的PLC宽带接入系统(100)与用户单元(1)内的各PLC-MODEM(300.1～300.n)之间和用户单元(1)内的各PLC-MODEM(300.1～300.n)之间的可靠通信。
3.根据权利要求1所述的低压配电及电力线通信一体化的方法，其特征在于：步骤b所述的PLC信号隔离器(40)所连通的PLC宽带接入系统(100)的接入信号包括数字化视频、音频和因特网信号。
4.一种低压配电及电力线通信一体化的系统，包括低压交流配电单元(30)、PLC-MODEM(300.1～300.n)，其特征在于：还包括PLC信号隔离器(40)和PLC网关(50)，所述PLC信号隔离器(40)连接用户外部电网(3)连通的PLC宽带接入系统(100)和连接PLC网关(50)。
5.根据权利要求4所述的低压配电及电力线通信一体化的系统，其特征在于：所述PLC网关(50)中有包括ADSL/以太网/光纤/无线方式的宽带接入系统(60)的接口电路(52)、对应PLC信号隔离器(40)的外部电网PLC信号接口及信号处理电路(56)、对应电话线(90)的接口电路(58)、对应有线电视接入系统(70)的接口电路(54)、对应社区联网服务接入系统(80)的接口电路(53)以及内部电网PLC多路信号接口电路(57)，各接口电路连接对应的应用系统。
6.根据权利要求4所述的低压配电及电力线通信一体化的系统，其特征在于：所述内部电网PLC多路信号接口电路(57)连通PLC-MODEM(300.1～300.n)；各PLC-MODEM(300.1～300.n)连接用户单元(1)内的各应用终端(200.1～200.n)。
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