CN203327000U - 一种基于ofdm技术的电力线载波装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于OFDM技术的电力线载波装置，包括弱电接口、微控制器、晶振电路、复位电路、电源转换电路、放大电路、载波信号发送电路、发送耦合电路、模拟信号接收电路和强电接口，晶振电路和微控制器相连，弱电接口的各个接线端分别和电源转换电路、微控制器、复位电路相连，电源转换电路再和微控制器的工作电压端相连，复位电路再和微控制器的复位端相连，微控制器和放大电路相连，放大电路又分别和载波信号发送电路、模拟信号接收电路相连，载波信号发送电路、模拟信号接收电路再分别和发送耦合电路相连，发送耦合电路和强电接口相连。本实用新型实现方便，抗干扰能力强，传输速率快，减少误码率，使自动集抄系统实现成功抄表。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电力线载波通信设备，尤其涉及一种基于OFDM技术的电力线载波装置。
背景技术
电力线载波通信是利用电力线这种介质来进行载波传输的一种通信方式，该技术是将载有信息的高频信号加载到电力线上，用电力线进行数据传输，再通过专用的电力线调制解调器将高频信号从电力线上分离出来，传送到终端设备。
电力线作为一种通信传输介质，其传输噪声大，信号衰减大，线路阻抗小且具有时变性等不利于数据传输的特性。近年来，在自动集抄系统中基于PLC的载波模块，所采用的载波通信技术有窄带调频、调相、调幅。
目前载波设备常用的是调频载波电路，大多由调制芯片和信号驱动芯片组成，其实现方案复杂，传输速率也比较低，网络维护的时间比较长。而且调频载波的方式对于电力线上的干扰、阻抗的变化比较敏感，导致数据传输的误码率比较高，抄表的成功率比较低，因此自动集抄系统中，急需要一种抗干扰能力比较强的载波方式，而且通信速率能够有一定的提高。
发明内容
本实用新型主要解决原有载波电路对于电力线上的干扰、阻抗的变化比较敏感，导致数据传输的误码率比较高，抄表的成功率比较低，而且传输速率也比较低的技术问题；提供一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其实现方便，抗干扰能力强，提高载波数据的传输速率，使自动集抄系统实现成功抄表。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括弱电接口、微控制器、晶振电路、放大电路、载波信号发送电路、发送耦合电路和强电接口，弱电接口、晶振电路和放大电路分别与微控制器相连，放大电路又和载波信号发送电路的输入端相连，载波信号发送电路的输出端和发送耦合电路相连，发送耦合电路再和强电接口相连。弱电接口接电能采集器或安装在电能采集器中，其采集到的电能信号经弱电接口输送给微控制器，经微控制器处理，发送给放大电路，经放大电路处理后再发送给载波信号发送电路，再经发送耦合电路耦合后，由强电接口加载到电力线上。微控制器最大可以在80MHZ时钟频率下，但进行数据传输需要使用外部晶振电路提供的20MHZ晶振作为基准。本实用新型使用OFDM调制技术，即正交频分复用技术。OFDM调制技术的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
作为优选，所述的电力线载波装置包括复位电路，复位电路的输入端和所述的弱电接口相连，复位电路的输出端和所述的微控制器相连。通过复位电路使微控制器实现复位。
作为优选，所述的电力线载波装置包括电源转换电路，电源转换电路的输入端和所述的弱电接口相连，电源转换电路的输出端和所述的微控制器相连。电源转换电路将从弱电接口进来的5V电压信号转换成3.3V电压信号，为微控制器提供工作电压。
作为优选，所述的电力线载波装置包括模拟信号接收电路，模拟信号接收电路的输入端和所述的发送耦合电路相连，模拟信号接收电路的输出端和所述的放大电路相连。使得本实用新型既可以发送载波信号，又可以接收载波信号，可进行双向通信，增加通用性。
作为优选，所述的发送耦合电路包括电感L、电容C1、电容C2、电阻R、TVS管ZD和隔离变压器T，电阻R和电容C2相串联，TVS管ZD和该串联电路相并联，并且TVS管ZD的负极和电阻R的一端并接，该并接点和所述的载波信号发送电路的输出端相连，TVS管ZD的正极接地，该并联电路的两端又分别和隔离变压器T的两个输入端相连，隔离变压器T的两个输出端分别和电容C1的一端、强电接口上的接线端VN相连，电容C1的另一端经电感L和强电接口上的接线端VL相连。发送耦合电路主要负责将信号无损的耦合到电力线中。载波信号发送电路发出的信号，首先经过电阻R和电容C2组成的滤波电路，滤除信号中的高频尖峰信号，再通过TVS管。TVS管主要用于保护放大电路不会被电网中的冲击电压损坏。信号经过隔离变压器T耦合，电感L和电容C1的阻抗匹配，再传输到电力线的零线和火线中。电容C1用于隔离220V/50HZ高压信号，保护弱电侧电路。电感L用于匹配传输端到电力线端的阻抗，形成谐振，降低电路阻抗。
作为优选，所述的微控制器采用TMS320F28PLC83PNT单片机，所述的放大电路采用AFE031放大芯片。
本实用新型的有益效果是：电路简单，实现方便，工作稳定且可靠，抗干扰能力强，提高载波数据的传输速率，减少误码率，使自动集抄系统实现成功抄表。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。
图2是本实用新型中发送耦合电路的一种电路原理图。
图中1.弱电接口，2.微控制器，3.晶振电路，4.放大电路，5.载波信号发送电路，6.发送耦合电路，7.强电接口，8.复位电路，9.电源转换电路，10.模拟信号接收电路。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，如图1所示，包括弱电接口1、微控制器2、晶振电路3、复位电路8、电源转换电路9、放大电路4、载波信号发送电路5、发送耦合电路6、模拟信号接收电路10和强电接口7，晶振电路3和微控制器2相连，弱电接口1的数据端和微控制器2相连，弱电接口1的复位信号端经复位电路8和微控制器2的复位端相连，弱电接口1的电源接线端经电源转换电路9和微控制器2的工作电压端相连，放大电路4和微控制器2相连，放大电路4又分别和载波信号发送电路5的输入端、模拟信号接收电路10的输出端相连，载波信号发送电路5的输出端、模拟信号接收电路10的输入端分别和发送耦合电路6相连，发送耦合电路6又和强电接口7相连。如图2所示，发送耦合电路6包括电感L、电容C1、电容C2、电阻R、TVS管ZD和隔离变压器T，电阻R和电容C2相串联，TVS管ZD和该串联电路相并联，并且TVS管ZD的负极和电阻R的一端并接，该并接点和载波信号发送电路5的输出端TXRX相连，TVS管ZD的正极接地，该并联电路的两端又分别和隔离变压器T的两个输入端相连，隔离变压器T的两个输出端分别和电容C1的一端、强电接口7上的接线端VN相连，电容C1的另一端经电感L和强电接口7上的接线端VL相连。本实施例中，微控制器2采用TMS320F28PLC83PNT单片机，放大电路4采用AFE031放大芯片。
使用时，在用电现场电能采集器这端安装一个电力线载波装置，在远程测量端安装一个电力线载波装置。在用电现场端，电能采集器上的5V电源信号、复位信号及采集到的电能信号分别和电力线载波装置上的弱电接口的电源接线端、复位信号端、数据端相连，该电力线载波装置上的强电接口7和电力线（火线及零线）相连。
电能采集器采集到的电能信号通过弱电接口输送给微控制器，微控制器采用的TMS320F28PLC83PNT单片机，是一款专为电力线载波设计的高性能Piccolo系列微控制器，其内部包括有C28x 内核和并行加速器，并带有浮点运算单元，为应用提供高速和优化的数据运算性能。内部高速HRPWM模块为子载波发送提供高性能的载波方式，高速12位ADC模块具有双采样保持功能，采样速率可达3.46MSPS。芯片外部最小系统电路简单，便于使用。该单片机最大可以在80MHZ时钟频率下，但进行数据传输需要使用外部晶振电路提供的20MHZ晶振作为基准。电能信号经微控制器处理后，输送给AFE031放大芯片，AFE031放大芯片主要用来滤波、调理、放大信号，同时耦合调制信号到传输线。能够大电流来驱动低阻抗电力线，能够通过高压电容和变压器来耦合信号到电力线，能够检测小到20UVrms 的信号、具有宽范围的增益选项来适应可变的输入信号。AFE031放大芯片是集成的、高性能的适用于电力线通信的模拟前端芯片，由许多功能块组成，能够被微控制器无缝地连接和驱动。AFE031放大芯片的发送通路从微控制器通过SPI 接收数字信号，由内部数模转换模块转换成模拟信号，经过滤波和功率放大，发送给载波信号发送电路，再通过发送耦合电路驱动电力线，载波信号发送电路同时起到隔离直流信号的作用。电力线中的载波信号经过发送耦合电路耦合后，传输给模拟信号接收电路，模拟信号接收电路由电阻、电容、电感组合成四阶带通滤波电路，滤波频率为20KHZ～105KHZ，再由模拟信号接收电路输送到AFE031放大芯片的接收通路，滤除噪声，通过可编程增益放大器放大，经过模数转换模块转换成数字信号输入到微控制器处理。发送耦合电路主要负责将信号无损的耦合到电力线中。信号首先经过电阻R和电容C2组成的滤波电路，滤除信号中的高频尖峰信号，再通过TVS管。TVS管主要用于保护AFE031放大芯片不会被电网中的冲击电压损坏。信号经过隔离变压器T耦合，电感L和电容C1的阻抗匹配，再传输到电力线的零线和火线中。电容C1用于隔离220V/50HZ高压信号，保护弱电侧电路。电感L用于匹配传输端到电力线端的阻抗，形成谐振，降低电路阻抗。电源转换电路将从弱电接口进来的5V电压信号转换成3.3V电压信号，为TMS320F28PLC83PNT单片机提供工作电压。复位电路输出低电平使得微控制器复位。
本实施例主要由AFE031放大芯片和TMS320F28PLC83PNT单片机组成。AFE031放大芯片是T可变增益程控放大器，与TMS320F28PLC83PNT单片机组成电力线载波模块。该载波模块使用OFDM调制方式，兼容CHENEL A/B/C/D各种传输频段，适用于G3、PRIME传输协议，可用于单相采集器模块进行电表相关数据的电力线载波传输。
Claims (6)
1. 一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于包括弱电接口（1）、微控制器（2）、晶振电路（3）、放大电路（4）、载波信号发送电路（5）、发送耦合电路（6）和强电接口（7），弱电接口（1）、晶振电路（3）和放大电路（4）分别与微控制器（2）相连，放大电路（4）又和载波信号发送电路（5）的输入端相连，载波信号发送电路（5）的输出端和发送耦合电路（6）相连，发送耦合电路（6）再和强电接口（7）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于包括复位电路（8），复位电路（8）的输入端和所述的弱电接口（1）相连，复位电路（8）的输出端和所述的微控制器（2）相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于包括电源转换电路（9），电源转换电路（9）的输入端和所述的弱电接口（1）相连，电源转换电路（9）的输出端和所述的微控制器（2）相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于包括模拟信号接收电路（10），模拟信号接收电路（10）的输入端和所述的发送耦合电路（6）相连，模拟信号接收电路（10）的输出端和所述的放大电路（4）相连。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于所述的发送耦合电路（6）包括电感L、电容C1、电容C2、电阻R、TVS管ZD和隔离变压器T，电阻R和电容C2相串联，TVS管ZD和该串联电路相并联，并且TVS管ZD的负极和电阻R的一端并接，该并接点和所述的载波信号发送电路（5）的输出端相连，TVS管ZD的正极接地，该并联电路的两端又分别和隔离变压器T的两个输入端相连，隔离变压器T的两个输出端分别和电容C1的一端、强电接口（7）上的接线端VN相连，电容C1的另一端经电感L和强电接口（7）上的接线端VL相连。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于OFDM技术的电力线载波装置，其特征在于所述的微控制器（2）采用TMS320F28PLC83PNT单片机，所述的放大电路（4）采用AFE031放大芯片。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103795442A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-05-14 | 青岛东软载波科技股份有限公司 | 一种基于ofdm模式调制的低压电力线载波通信电路 |
| CN104467920A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-03-25 | 常熟市九洲电器设备有限公司 | 电力载波通信传输装置 |
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2013
- 2013-06-21 CN CN2013203618825U patent/CN203327000U/zh not_active Expired - Lifetime
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