CN201522512U - 基于电力线载波通信的电能采集装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于电力线载波通信的电能采集装置，包括控制器路由单元以及分别与控制器路由单元相连的电力线载波通信电路、红外通信电路、RS485通信电路、数据存储电路，其外围有与电力线载波通信电路相连的集中器和与RS485通信电路相连的电表，控制器路由单元采用STM32F101C8T6芯片，电力线载波通信电路采用MI200E芯片，控制器路由单元通过SPI接口与电力线载波通信电路相连、通过UART接口与红外通信电路相连、通过IIC接口与数据存储电路相连。本实用新型能向其他通信设备报告通信质量、提高电力线载波通信的可靠性，因此抄通率较高，进而降低通信线路的购买安装及运行维护成本。

Description

基于电力线载波通信的电能采集装置
技术领域
本实用新型涉及电能采集装置，特别是涉及一种基于电力线载波通信的电能采集装置。
背景技术
传统的电能采集装置一般只提供电能采集以及非智能中继的功能，其本身不提供载波网络通信的质量报告功能。传统的电能采集装置能够采集的电表数量比较少，尤其对于已逐步淘汰的机械式电表，一般只能采集4个电表的数据。在实际应用中，如果采用这样的电能采集装置，所需数量比较大，从而加大了购买安装成本，也增大了运行维护的成本。为了增加所采集电表的数量，必须增加传输距离、增强通信可靠性，鉴于此，市场上的某些电能采集装置制造商采取了增大载波的发射功率的措施，然而，这又导致载波通信设备本身成为电力线上新的干扰源，反而影响了其它用电设备的正常使用。在一段时间内，能够抄到电表数据的表计数占表计总数的比例，称为抄通率。目前的电力线载波采集装置的抄通率普遍较低。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种能够向其他通信设备报告通信质量、提高电力线载波通信的可靠性、抄通率较高的基于电力线载波通信的电能采集装置，其能够降低通信线路的购买安装及运行维护成本。
本实用新型提供的基于电力线载波通信的电能采集装置，包括控制器路由单元以及分别与所述控制器路由单元相连的电力线载波通信电路、红外通信电路、RS485通信电路、数据存储电路，其外围有与所述电力线载波通信电路相连的集中器和与所述RS485通信电路相连的电表，所述控制器路由单元采用STM32F101C8T6芯片，所述电力线载波通信电路采用MI200E芯片，所述控制器路由单元通过SPI接口与电力线载波通信电路相连、通过UART接口与红外通信电路相连、通过IIC接口与数据存储电路相连。
在上述技术方案中，所述电力线载波通信电路中MI200E芯片的SPI接口包括SCK、SDO、SDI端，所述控制器路由单元中STM32F101C8T6芯片的SPI1接口包括SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI端，MI200E芯片的SCK端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_SCK端相连，MI200E芯片的SDO端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_MISO端相连；MI200E芯片的SDI端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_MOSI端相连。MI200E芯片的复位引脚RESET与STM32F101C8T6芯片的PA0端相连，MI200E的片选信号引脚CS与STM32F101C8T6芯片的PA4端相连。MI200E芯片的FRM端与STM32F101C8T6芯片的PB0端相连，MI200E芯片的RAI+端和RAI-端之间连接有并联的电容器和电感器。
在上述技术方案中，所述电力线载波通信电路中还包括变压器，所述MI200E芯片的PA端和PB端之间连接有变压器的次级线圈，所述变压器的次级线圈两侧分别连接有一组串联的电感器和电容器。
在上述技术方案中，所述红外通信电路的载波信号接收端与STM32F101C8T6芯片的TIM3_CH4端相连，STM32F101C8T6芯片的USART3_TX端与红外通信电路的红外信号接收端相连，STM32F101C8T6芯片的USART3_RX与红外通信电路的红外信号输出端相连。
在上述技术方案中，所述数据存储电路中包括CW24C256芯片，所述CW24C256芯片的写保护引脚WP与STM32F101C8T6芯片的I2C1_SMBAI端相连，CW24C256芯片的SCL端、SDA端分别与STM32F101C8T6芯片的I2C1_SCL端、I2C1_SDA端相连。
在上述技术方案中，所述电表设置有32个。
本实用新型的优点在于：本实用新型在传统电能采集装置的基础上，增加了利用高性能的控制器监测并报告临近采集装置通信质量的功能。当外围的集中器在某一特定时间查询到采集装置及临近采集装置的通信质量时，那么相应采集装置会把当前能够接收到的所有正确数据帧的临近采集装置的MAC地址列表通过电力线载波传送到集中器中，集中器从而得知某一采集装置当前电力线载波的通信质量，进而分组分类，自动组成抄表网络，以达到人工组网后的自动组网，提高电力线载波通信的成功率，从而提高抄通率。控制器通过RS485接口采集电表数据，并将采集到的数据保存。本实用新型通过RS485通信电路能够采集多达32块电表，因此所需电能采集装置的数量减少，进而降低通信线路的购买安装以及运行维护成本。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的电路图；
图3为本实用新型中电力线载波通信电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。
参见图1所示，本实用新型提供的基于电力线载波通信的电能采集装置，包括控制器路由单元、电力线载波通信电路、红外通信电路、RS485通信电路、数据存储电路，其外围连接有集中器和若干电表，电表的数量可多达32个。控制器路由单元中的主要器件采用STM32F101C8T6芯片，电力线载波通信电路中的主要器件采用MI200E芯片。控制器路由单元通过SPI接口与电力线载波通信电路相连、通过UART接口与红外通信电路相连、通过IIC接口与数据存储电路相连。集中器通过电力线载波通信电路与控制器路由单元相连，电表通过RS485通信电路与控制器路由单元相连。
图2示出了控制器路由单元与红外通信电路、数据存储电路的具体连接关系。红外通信电路中包括三极管Q1、Q2，控制器路由单元中的STM32F101C8T6芯片的19引脚TIM3_CH4端通过一个电阻器与三极管Q1的基极相连，用于将输出的38K载波信号传送到红外通信电路的载波信号接收端。STM32F101C8T6芯片的21引脚USART3_TX端与三极管Q2的基极相连，用于将输出的红外信号发送到红外通信电路的红外信号接收端。STM32F101C8T6芯片的22引脚USART3_RX与红外通信电路的红外信号输出端相连，用于接收手持机TSOP348XX发送过来的红外信号。
数据存储电路中的主要器件采用CW24C256芯片，根据数据量的大小可采用不同厂家不同容量的串行EEPROM组成。CW24C256芯片的写保护引脚WP与STM32F101C8T6芯片的41引脚I2C1_SMBAI端相连，由I2C1_SMBAI的IO口来控制EEPROM的读写，EEPROM的读写信号由IIC接口来完成。CW24C256芯片的6引脚SCL端与STM32F101C8T6芯片的42引脚I2C1_SCL端相连，CW24C256芯片的5引脚SDA端与STM32F101C8T6芯片的43引脚I2C1_SDA端相连。
图3示出了电力线载波通信电路的具体连接关系。电力线载波通信电路中的主器件采用上海弥亚微的电力线载波器件MI200E芯片，其SPI接口与STM32F101C8T6芯片的SPI1接口相连，结合图2和图3所示电路，具体的SPI信号的连接是：MI200E芯片的SPI接口包括SCK、SDO、SDI端，STM32F101C8T6芯片的SPI1接口包括SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI端，MI200E芯片的14引脚SCK端与STM32F101C8T6芯片的15引脚SPI1_SCK端相连，MI200E芯片的13引脚SDO端与STM32F101C8T6芯片的16引脚SPI1_MISO端相连；MI200E芯片的12引脚SDI端与STM32F101C8T6芯片的17引脚SPI1_MOSI端相连。MI200E芯片的复位引脚RESET(1引脚)与STM32F101C8T6芯片的10引脚PA0端相连，用来控制MI200E芯片的复位。MI200E的片选信号引脚CS(15引脚)与STM32F101C8T6芯片的14引脚PA4端相连。MI200E芯片的16引脚FRM端与STM32F101C8T6芯片的18引脚PB0端相连。MI200E芯片的24引脚RAI+端和23引脚RAI-端之间连接有并联的电容器和电感器。电力线载波通信电路中还包括变压器，MI200E芯片的7引脚PA端和9引脚PB端之间连接有变压器的次级线圈，变压器的次级线圈两侧分别连接有一组串联的电感器和电容器。
本实用新型的工作原理如下：
电力线载波通信电路中的MI200E芯片接收载波信号时，载波信号从ACIN输入，并通过变压器感应到次级线圈，差分信号接入到MI200E芯片的RAI+端和RAI-端，由MI200E芯片接收信息并处理。发送信号时，通过MI200E芯片的PA端和PB端输出信号，并从变压器耦合到变压器的初级线圈，再把信号发送到电网上。当MI200E芯片接收到正确的载波信号帧头时，MI200E芯片的FRM端会输出一个低电平，MI200E芯片的FRM端通过导线连接到STM32F101C8T6芯片的PB0端，STM32F101C8T6芯片的PB0端可以设置成判断低电平的外部电平触发方式，来表示接收到正确的载波信号帧头。
本实用新型的电能采集装置通过RS485接口，最多可以连接32块所需要抄收的电表，其可以在1分钟内采集所以电表的数据，并把采集到的数据保存在数据存储电路中。该数据有两种外传路径，一种是通过红外接口抄收到手持式抄表器中，另一种是通过电力线载波通信方式，把所采集的电能数据传输到集中器中。
本实用新型在软件上新增能够自动收集可靠通信采集装置的MAC地址列表，且在通信中不断地维护该MAC地址列表。采集装置上的数据可通过电力线载波传送数据集中器中，可用集中器设置采集装置参数。当集中器在某一特定时间查询导采集装置及临近采集装置的通信质量时，那么相应采集装置会把当前能够接收到的所有正确数据帧的临近采集装置的MAC地址列表传送到集中器，集中器就可以得知某一采集装置当前电力线载波的通信质量，从而分组分类，自动组成抄表网络，以达到人工组网后的自动组网，从而提高通信的成功率，即提高抄表的成功率。采集装置维护MAC地址列表的原理如下：当集中器采集某个采集装置上的数据时，其临近的采集装置会收到集中器下发的通信帧及采集装置回应的通信帧，若该两组数据帧都能够正确无误地被该临近的采集装置接收，那么可以明确说明该采集装置可以与这两个电力载波通信装置正确通信，其临近的采集装置在自身的MAC地址列表中存储这两个载波通信装置的MAC地址，也表明本采集装置的载波通信部分可以作为以上两个载波通信的中继。集中器通过载波用点对点或中继的方法读取当前某一个采集装置的动态MAC地址表，集中器根据采集装置的MAC地址表来维护MAC地址访问路由表，从而达到提高通信的成功率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于电力线载波通信的电能采集装置，包括控制器路由单元以及分别与所述控制器路由单元相连的电力线载波通信电路、红外通信电路、RS485通信电路、数据存储电路，其外围有与所述电力线载波通信电路相连的集中器和与所述RS485通信电路相连的电表，其特征在于：所述控制器路由单元采用STM32F101C8T6芯片，所述电力线载波通信电路采用MI200E芯片，所述控制器路由单元通过SPI接口与电力线载波通信电路相连、通过UART接口与红外通信电路相连、通过IIC接口与数据存储电路相连。
2.如权利要求1所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述电力线载波通信电路中MI200E芯片的SPI接口包括SCK、SDO、SDI端，所述控制器路由单元中STM32F101C8T6芯片的SPI1接口包括SPI1_SCK、SPI1_MISO、SPI1_MOSI端，MI200E芯片的SCK端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_SCK端相连，MI200E芯片的SDO端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_MISO端相连；MI200E芯片的SDI端与STM32F101C8T6芯片的SPI1_MOSI端相连。
3.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述MI200E芯片的复位引脚RESET与STM32F101C8T6芯片的PA0端相连，MI200E的片选信号引脚CS与STM32F101C8T6芯片的PA4端相连。
4.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述MI200E芯片的FRM端与STM32F101C8T6芯片的PB0端相连。
5.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述MI200E芯片的RAI+端和RAI-端之间连接有并联的电容器和电感器。
6.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述电力线载波通信电路中还包括变压器，所述MI200E芯片的PA端和PB端之间连接有变压器的次级线圈，所述变压器的次级线圈两侧分别连接有一组串联的电感器和电容器。
7.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述红外通信电路的载波信号接收端与STM32F101C8T6芯片的TIM3_CH4端相连。
8.如权利要求7所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述STM32F101C8T6芯片的USART3_TX端与红外通信电路的红外信号接收端相连，STM32F101C8T6芯片的USART3_RX与红外通信电路的红外信号输出端相连。
9.如权利要求2所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述数据存储电路中包括CW24C256芯片，所述CW24C256芯片的写保护引脚WP与STM32F101C8T6芯片的I2C1_SMBAI端相连，CW24C256芯片的SCL端、SDA端分别与STM32F101C8T6芯片的I2C1_SCL端、I2C1_SDA端相连。
10.如权利要求1所述的基于电力线载波通信的电能采集装置，其特征在于：所述电表设置有32个。
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