CN203149826U - 电力线载波通信抄表系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力线载波通信抄表系统，包括载波通信节点，载波通信节点包括各类载波表、载波采集器及主动中继器，载波通信节点间通过路由组成一个通信网络，主动中继器用于实时监测电力线上的通信信号，完成载波信号自动中继转发。本实用新型的电力线载波通信抄表系统稳定性、可靠性和通信成功率高、可防止计量节点数据漏抄。

Description

电力线载波通信抄表系统

技术领域

本实用新型涉及电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种低压电力线载波通信抄表系统。 

背景技术

随着电子和计算机技术的迅速发展，实施自动抄表的大环境逐渐成熟，管理体制现代化呼唤着自动抄表时代的来临。这不但有利于管道煤气公司、自来水公司和供电部门信息网络的建立，而且也有利于将来城市各种信息系统的建设。快速、准确、经济、实时可靠地获得用水、电、气管理的各类数据，是进行费用自动结算、用量分析、计量表运行状况监测、负荷处理等应用管理的基础。 

在用电领域，随着电子式电能表电能量计量计费系统中得到越来越广泛的使用，同时伴随着国内外电力线载波通信技术的普及，抄表系统中采用电力线载波的通信方式在所有抄表系统的通信方式中所占的比例不断扩大。这是因为电力线路遍布各处,从发电厂到各个居民家庭无所不至,利用现有的电力网作为信道,不需重新布线,可以节省大量的人力物力,电力载波抄表是最符合电力系统特点的自动抄表方案。 

如图1所示，目前的电力线载波通信抄表系统通常包括四层物理结构：主站、集中器、载波通信节点及RS485总线表设备；其中，主站通过公用通信信道从集中器中抄收远程数据并对其进行统计、分析生成各种报表、曲线，完成各种计费管理及控制等；集中器是整个系统的核心单元，它能够接收主站命令，依次抄收并储存各载波通信节点的用电数据，然后通过公用通信信道将数据传至主站；载波通信节点包括各类载波表及载波采集器；RS485总线表设备包括各类具有RS485通信接口的电表、水表、气表、热表。它是一个以低压电网为主要通信信道，公用通信信道（例如GPRS、GSM、PSTN、CDMA等）和部分RS485总线信道为辅助通信信道而构成的一个通信网络。集中器与载波表或载波采集 器的数据交换采用低压电网通信信道；主站与集中器的数据交换利用公用通信信道，应当根据实际情况来合理地选择信道类型。载波采集器实际上是一个将RS485总线通信模式转换为电力线通信模式的一种电子装置，它通过RS485总线与RS485总线表（不具有电力线载波通信功能，如传统的复费率电能表、多功能电能表等）交换数据，并通过低压电力线与集中器进行数据通信。 

但是，电力线不同于光纤、同轴电缆、双绞线等专用的通信媒质,它的主要功能是电力传输,其设计时不可能兼顾高频通信的技术要求。低压电力线作为传输信道存在许多技术难点,主要是衰减和噪声干扰问题。低压线路本身对信号的衰减较大,负载特性不同且时变很大，并且存在许多不可预料的噪声和干扰源，外界高频信号及自然界存在的各种电磁干扰也会对载波信号造成衰减，另外不同类型的电源线引起的高频信号反射以及功放阻抗失配都会严重地影响载波信号的传输。 

低压电力线路固有的这些特性，造成了电力线载波通信抄表系统在实际现场应用过程中，出现成功率较低、并且稳定性和可靠性下降，甚至出现很多计量节点数据抄不回来的情况。鉴于此，基于电力载波通信的路由组网技术得到了很大发展，各种路由组网策略应运而生。如图2所示，通过路由组网技术，集中器下的所有载波通信节点组成了一个通信网络，通过路由调度，载波节点与节点之间可以进行载波信号的中继转发，这一定程度上提高了载波抄表系统的稳定性与可靠性，但并不能完全解决问题。这是由于路由组网策略一般都是在获取通信网络中所有节点通信地址的前提下进行，若通信地址存在错误极易导致路由组网的失败，并且对于一些孤立节点以及中继深度较深的节点（中继深度大于3级或通信成功率较低），路由组网技术对载波抄表系统的通信成功率提升有限（如图中的节点41和节点42）。因此还非常有必要对现有载波抄表系统再加以改进。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种稳定性、可靠性和通信成功率高、防止计量节点数据漏抄的电力线载波通信抄表系统。 

本实用新型的目的由以下技术方案实现： 

一种电力线载波通信抄表系统，包括载波通信节点，所述载波通信节点包括各类载波表及载波采集器，载波通信节点间通过路由组成一个通信网络；其特征在于：载波通信节点还包括主动中继器，用于实时监测电力线上的通信信号，完成载波信号自动中继转发。 

作为具体的技术方案，所述主动中继器包括信号耦合电路、信号接收电路、信号发送电路、模拟解调电路、模拟调制电路、状态指示模块、主控MCU模块及电源模块；其中： 

所述信号耦合电路从电力线上获取载波信号，将信号传输给信号接收电路，并将信号发送电路送来的信号耦合到电力线上； 

所述信号接收电路完成对载波信号的滤波及放大； 

所述信号发送电路将模拟调制电路送来的模拟信号进行滤波处理及功率放大后，送至信号耦合电路； 

所述模拟解调电路完成对载波模拟信号进行解调，变成数字信号并输入到主控MCU模块； 

所述模拟调制电路将主控MCU模块送来的数字信号调制成模拟信号； 

所述状态指示模块由状态指示灯组成，用于指示主动中继器的运行状态； 

所述主控MCU模块与所述模拟解调电路、模拟调制电路及状态指示模块可信号连接； 

所述电源模块为中继器各模块提供工作电源。 

本实用新型提供的电力线载波通信抄表系统的有益效果在于：由于在原有载波路由信息的基础上，增加载波信号自动中继单元，将载波信号进行主动中继放大，以降低电力线上的衰减和噪声对载波抄表系统的影响，提高抄表系统的稳定性、可靠性及通信成功率；同时，并为载波通信系统的调试维护提供一种简便的技术手段。 

附图说明

图1是现有技术提供的电力线载波通信抄表系统的物理结构框图。 

图2是现有技术提供的电力线载波通信抄表系统的通信节点网络拓扑示意图。 

图3是本实用新型实施例提供的电力线载波通信抄表系统的物理结构框图。 

图4是本实用新型实施例提供的电力线载波通信抄表系统的通信节点网络拓扑示意图。 

图5是本实用新型实施例提供的电力线载波通信抄表系统的主动中继器的硬件结构框图。 

图6是本实用新型实施例提供的电力线载波通信抄表系统的主动中继器中的主控MCU模块的主动中继算法软件功能模块框图。 

具体实施方式

下面结合图3至图6对本实用新型进行说明。 

如图3所示，本实用新型提供的电力线载波通信抄表系统包括四层物理结构：主站、集中器、载波通信节点及RS485总线表设备,其中，载波通信节点包括各类载波表、载波采集器及主动中继器，RS485总线表设备包括各类具有RS485通信接口的电表、水表、气表、热表。 

主站通过公用通信信道从集中器中抄收远程数据并对其进行统计、分析生成各种报表、曲线，完成各种计费管理及控制等。集中器是整个系统的核心单元，它能够接收主站命令，依次抄收并储存各载波通信节点的用电数据，然后通过公用通信信道将数据传至主站。载波通信节点包括各类载波表、载波采集器、主动中继器，其中，载波表由载波通信模块和基表组成，基表完成能源的计量与计费功能，可通过载波模块将数据上传至集中器；载波采集器完成载波信号和RS485信号的转换，从而实现对RS485表的载波集中抄表；主动中继器实时监测电力线上的通信信号，完成载波信号自动中继转发；主动中继器的加入，无需通过人工在主站或集中器设置相应的载波通信节点信息，并且也不会对所使用的路由组网技术造成的影响，这极大地方便了现场调试工作的进行。 

如图4所示，根据现有技术的载波网络拓扑结构，选择合适的位置，加入主动中继器后，形成本实用新型的通信节点网络拓扑示意图。由图可以看出， 加入主动中继器后，一些孤立节点以及中继深度较深的节点（如图中的节点41和节点42）将稳定地连接到了通信系统中，载波通信抄表系统的通信成功率显著提高。 

如图5所示，主动中继器包括信号耦合电路、信号接收电路、信号发送电路、模拟解调电路、模拟调制电路、状态指示模块、主控MCU模块及电源模块。信号耦合电路从电力线上获取载波信号，将信号传输给信号接收电路，并将信号发送电路送来的信号耦合到电力线上；信号接收电路完成对载波信号的滤波及放大；模拟解调电路完成对载波模拟信号进行解调，变成数字信号并输入到主控MCU模块；主控MCU模块中运行着主动中继算法软件，完成载波监听，载波报文组帧及载波报文的主动中继转发；模拟调制电路将主控MCU模块送来的数字信号调制成模拟信号；信号发送电路将模拟调制电路送来的模拟信号进行滤波处理及功率放大后，送至信号耦合电路；状态指示模块由状态指示灯组成，用于指示主动中继器的运行状态；电源模块为中继器各模块提供电源。 

如图6所示，主动中继器中的主控MCU模块运行着主动中继算法软件，该算法软件包括数据解析模块、载波侦听模块、调度模块、定时器模块、主动中继模块和报文发送模块。其中，数据解析模块完成通信报文的接收；载波侦听模块分析实时接收的数字信号，识别出载波通信信道空闲状态供主动中继模块参考；调度模块完成各流程的状态切换、调度及状态指示灯的驱动；定时器模块为调度模块和主动中继模块提供标准定时器接口；主动中继模块根据载波信道的工作状态结合随机冲突避让算法，完成载波通信报文的主动中继调度，从而完成载波信号的主动中继功能；报文发送模块将完成的载波通信报文转化成二进制bit流，经调制放大后发送到电力线上。 

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (2)

1.一种电力线载波通信抄表系统，包括载波通信节点，所述载波通信节点包括各类载波表及载波采集器，载波通信节点间通过路由组成一个通信网络；其特征在于：载波通信节点还包括主动中继器，用于实时监测电力线上的通信信号，完成载波信号自动中继转发。 

2.如权利要求1所述的电力线载波通信抄表系统，其特征在于：所述主动中继器包括信号耦合电路、信号接收电路、信号发送电路、模拟解调电路、模拟调制电路、状态指示模块、主控MCU模块及电源模块；其中： 

所述信号耦合电路从电力线上获取载波信号，将信号传输给信号接收电路，并将信号发送电路送来的信号耦合到电力线上； 

所述信号接收电路完成对载波信号的滤波及放大； 

所述信号发送电路将模拟调制电路送来的模拟信号进行滤波处理及功率放大后，送至信号耦合电路； 

所述模拟解调电路完成对载波模拟信号进行解调，变成数字信号并输入到主控MCU模块； 

所述模拟调制电路将主控MCU模块送来的数字信号调制成模拟信号； 

所述状态指示模块由状态指示灯组成，用于指示主动中继器的运行状态； 

所述主控MCU模块与所述模拟解调电路、模拟调制电路及状态指示模块可信号连接； 

所述电源模块为中继器各模块提供工作电源。 

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