CN204272111U - 基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，包括ARM微处理器单元、宽带载波处理器单元、宽带载波信号耦合单元、宽带载波信号放大单元、以太网单元、串口UART单元、LED指示单元、电平接口转换单元。其中ARM微处理器连接有以太网、宽带载波处理器、串口UART、LED指示和电平转换接口；宽带载波处理器连接有宽带载波信号耦合和宽带载波信号放大。本实用新型结合光纤通信，替代传统GPRS/CDMA通信，具有准确性、及时性以及高带宽。可实现传统技术无法实现的实时性抄收，从而实现对用电量的实时监控，并为预付费的实现提供了可能。该模式现场无需布线，自动路由，施工简单。

Description

基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置

技术领域

本实用新型涉及基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置。

背景技术

随着电力用电信息采集系统应用的不断深化，对用电信息采集系统通信网络的网络覆盖、带宽、可靠性和安全性提出了高要求。但目前包括光纤通信、电力线窄带载波通信、GPRS/CDMA和230M无线通信等方式都不完全满足要求。其中，光纤等有线网络具有较高带宽、可靠性和较好安全性，但受成本等条件的限制，网络覆盖面较小，一般适用在变电站或大型小区；电力线窄带载波技术目前主要用于集中器和电能表之间通信，但同样受电力网络的阻抗特性及其衰减的影响制约信号的传输距离，噪声的干扰也决定着数据传输的质量，因此该通信技术带宽和可靠性有待提高，技术还需进一步完善；GPRS/CDMA是借用公网资源进行网络建设的一种方式，虽然前期投资小，但主要存在网络通道建设、稳定性、安全性、可用性及通信质量完全依赖运营商，且后期运营成本高等问题。230M数传电台在安全性和覆盖方面有很大的优势，但230M数传电台数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据，一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查询数据，数传速率低(300bps～19.2kbps)，瞬间发射功率十几瓦到几十瓦，对终端电源提出较高要求，也无法满足用电采集应用。因此，在用电信息采集系统通信网络搭建上，建设具备双向性、实时性、可靠性、安全性特征的智能通信网是一个重要问题，特别是如何在现有通信资源条件下，充分利用先进的通信技术升级改造现有通信方式，进一步挖掘潜力是当前亟待解决的问题。随着HomePulg宽带载波技术的发展，利用其OFDM调制及IP技术，结合光纤及现有低压用电采集通信资源，能可靠的解决抄表领域的几大难题。首先，本通信装置采用分布式架构，在光纤端是BPLC OCC路由网关装置，在集中器端是BPLC STA装置，从而大大的减少了GPRS/CDMA或光纤承担的用户数，进而减少了所需要管理的光纤设置及集中器的远程模块而直接减少了成本要求。其次，本通信装置采用了OFDM的调制方式，不会发生码间互相干扰的现象，从而极大地提高了数据传输的可靠性，能满足用电信息采集数据量日益增长的要求。还有，由于宽带载波是在原有的电力线路上进行通信，不存在类似GPRS/CDMA等无线通信在地下变电房无信号问题。当然，宽带载波也同样跟窄带载波一样受电力网络的阻抗特性及其衰减的影响制约信号的传输距离，有时需要增加中继来提高其传输距离。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述缺点，提供一种基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，它能够实时连接客户端采集设备和电力用电信息采集系统，实现电力用电信息采集系统与集中器、采集器、智能电表的对接，保证信息采集系统通讯链路可靠性和经济性，能为客户提供对用电信息采集的全覆盖、全采集、全费控的要求。

本实用新型的目的是这样实现的，所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，包括ARM微处理器、宽带载波处理器、宽带载波信号耦合单元、宽带载波信号放大单元、以太网、串口UART和电平转换接口，其特征在于所述ARM微处理器连接有以太网、 宽带载波处理器、串口UART和电平转换接口；宽带载波处理器连接有宽带载波信号耦合单元和宽带载波信号放大单元。

所述ARM微处理器与宽带载波处理器、串口UART、以太网和电平转换接口进行数据通讯连接。

宽带载波处理器与宽带载波信号耦合单元和宽带载波信号放大单元进行数据通讯连接。

所述ARM微处理器通过通讯串口链路与客户端采集设备进行通讯。

所述ARM微处理器通过通讯宽带载波链路与宽带载波路由网关单元进行通讯。

所述ARM微处理器通过以太网或光纤链路与电力用电信息采集系统进行通讯。

所述ARM微处理器通过通讯链路与客户端采集设备和电力用电信息采集系统进行交互，实现实时性抄收、实时监控；同时在客户端采集设备或集中器能够自动与附近的宽带载波路由网关装置实现自动注册，并验证信息，宽带载波路由网关装置自动记录客户端的通信链路信息，实时知道客户端的通信情况及增减设备信息。

ARM微控制器将从串口UART或以太网接收到的信号移交给宽带载波微处理器处理，宽带载波微处理器把处理的数据调制成OFDM编码信号，宽带载波信号放大单元将调制后的OFDM信号进行放大，放大后的信号经耦合电路耦合到电力线中，从而完成串口UART或以太网到宽带载波PLC的通信。

所述宽带载波路由网关通过以太网或光纤实时接收到系统对抄表的指令。ARM微控制器完成将从以太网或光纤接收到的数据进行分组，分组后移交给宽带载波微处理器进行处理，宽带载波微处理器把接收到的数据调制成OFDM的编码信号，同时通过放大单元AMPLIFY将调制后的OFDM信号进行放大，放大后的信号再经COUPLLER耦合电路耦合到电力线中，完成以太网或光纤到宽带在载波PLC的通信。

所述从串口UART或以太网实时接收到客户端采集设备对抄表的响应或主动上报指令。ARM微控制器完成将从串口UART或以太网接收到的信号移交给宽带载波微处理器，宽带载波微处理器把数据调制成OFDM的编码信号，放大单元AMPLIFY将调制后的OFDM信号进行放大。放大后的信号经COUPLLER耦合电路耦合到电力线中，从而完成串口UART或以太网到宽带载波PLC的通信。

所述ARM微处理器通过通讯链路与客户端采集设备和电力用电信息采集系统进行交互，实现实时性抄收、实时监控；同时在客户端采集设备或集中器能够自动与附近的宽带载波路由网关装置实现自动注册，并验证信息，宽带载波路由网关装置自动记录客户端的通信链路信息，实时知道客户端的通信情况及增减设备信息。

本实用新型有如下优势：

1)电力用电信息采集系统原来上行通讯信道大量使用GRRS/CDMA模式，该模式通讯信道带宽比较小，且采集终端每年需缴纳大量通讯费用。利用现代小区光纤到楼道与配电房光纤线路，改造现有用电信息采集系统通信网络和基础设施，进一步挖掘现有通信资源潜力；

2)利用电力线宽带载波通讯技术和相关模块设备，提供变电站台区集中器设备到小区楼道光纤接入或配电房光纤接入通讯链路。在多网融合网络平台上实现电能信息采集和传输，进一步提高用电信息采集系统的通信可靠性、实时性和安全性；

3)带有光纤接入口的小区楼道或台区配电房到电力用电信息系统中的集中器设备可能存在距离，使用电力线宽带载波相关模块设备，无需布线施工简单。

附图说明

图1为本实用新型的BPLC-CCO路由网关通信装置外形结构图。

图2为本实用新型的BPLC-CCO路由网关通信装置弱电接口定义俯视图。

图3为本实用新型的BPLC-CCO路由网关通信装置载波耦合接口定义俯视图。

图4为本实用新型的BPLC-STA通信装置外形结构图。

图5为本实用新型的BPLC-STA载波通信装置接口定义俯视图。

图6为本实用新型的BPLC-STA通信装置强电接口定义male部分俯视图。

图7为本实用新型的BPLC-STA通信装置强电接口定义female部分俯视图。

图8为本实用新型的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

本实用新型组成：如图8所示，包括ARM微处理器、宽带载波处理器、宽带载波信号耦合单元、宽带载波信号放大单元、以太网、串口UART、LED指示、电平转换接口，所述的ARM微处理器、宽带载波处理器、宽带载波信号耦合单元、宽带载波信号放大单元、以太网、串口UART、LED指示、电平转换接口为现有技术产品，其特征在于所述ARM微处理器连接有以太网、宽带载波处理器、串口UART、LED指示和电平转换接口；宽带载波处理器连接有宽带载波信号耦合单元和宽带载波信号放大单元。所述ARM微处理器与宽带载波处理器、串口UART、以太网、电平转换接口、LED指示进行数据通讯连接。所述ARM微控制器将从串口UART或以太网接收到的信号移交给宽带载波微处理器处理，宽带载波微处理器把处理的数据调制成OFDM编码信号，宽带载波信号放大单元将调制后的OFDM信号进行放大，放大后的信号经耦合电路耦合到电力线中，从而完成串口UART或以太网到宽带载波PLC的通信，并可以以LED指示方式显示。

上述的以太网:通信接口，与光纤转以太网接口进行通信，实现用电信息主站对采集要求；串口UART：通信接口，实时宽带载波转串口及串口转宽带载波通信要求；ARM微处理器：中央处理单元，协调载波、串口、以太网等通信；宽带载波处理器：载波调制解调处理单元，将从ARM微处理器接收到数据调制成OFDM的编码信号；信号放大AMPLIFY:将OFDM信号进行放大；耦合COUPLLER：耦合电路，将放大后的OFDM信号耦合到电力线中。

所述从串口UART或以太网实时接收到客户端采集设备对抄表的响应或主动上报指令。ARM微控制器完成将从串口UART或以太网接收到的信号移交给宽带载波微处理器，宽带载波微处理器把数据调制成OFDM的编码信号，放大单元AMPLIFY将调制后的OFDM信号进行放大。放大后的信号经COUPLLER耦合电路耦合到电力线中，从而完成串口UART或以太网到宽带载波PLC的通信。

本实用新型的外观：外观因功能不同分两种，一种用作宽带载波主节点CCO，如图1所示；另外一种用作宽带载波从节点STA，如图4所示。本实用新型的BPLC-CCO路由网关通信装置接口各引脚功能定义见图2；本实用新型的BPLC-CCO路由网关通信装置载波耦合接口定义见图3；BPLC-CCO路由网关通信装置弱电接口管脚定义说明见表1；BPLC-CCO路由网关通信装置载波通信耦合接口管脚定义说明见表2；BPLC-STA通信装置接口各引脚功能定义见图5；BPLC-STA通信装置与外部电源相连接线通过中间插头过渡。电源线材料为聚氯乙烯绝缘电子线，耐压300V，耐温80℃，线缆压制时不应有短路或断路现象，结构件不应有断裂和松动现象；电源线的接插结构件分male和female两部分，female部分与STA载波通信装置内部直接相连，引线线长L＝15cm；male部分电源和采集装置电源相连，引线线长L可按需求确定，预制导线接头并上锡，电源线应采用线鼻。male部分接 口截面图见图6，female部分接口截面图见图7。BPLC-STA载波通信装置弱电接口管脚定义说明见表3，BPLC-STA通信装置强电接口管脚定义说明见表4。

表1 BPLC-CCO路由网关通信装置弱电接口管脚定义说明

表2 BPLC-CCO路由网关通信装置载波通信耦合接口管脚定义说明

表3 BPLC-STA载波通信装置弱电接口管脚定义说明

表4 BPLC-STA通信装置强电接口管脚定义说明

本实用新型结合光纤通信，替代传统GPRS/CDMA通信，具有准确性、及时性以及高带宽。可实现传统技术无法实现的实时性抄收，从而实现对用电量的实时监控，并为预付费的实现提供了可能。通过本实用新型的客户端设备或集中器能够自动与附近的本实用新型的宽带载波路由网关自动注册，并验证信息，宽带载波路由网关自动记录客户端的通信链路信息，可以实时知道客户端的通信情况以及增减设备模块的信息。宽带载波路由网关上行端口与光纤接入接口连接，设备与光纤接入接口通讯使用以太网MAC帧格式通讯，客户端设备或集中器可通过本实用新型装置连接到光纤线路自动路由到用电信息采集主站系统。该模式现场无需布线，自动路由，施工简单。使用本实用新型装置可构建面向智能用电领域的低成本、高速、高可靠性的新型通信网络。为电力用电信息采集系统选择经济适用的通信技术方案，进一步降低系统建设运维成本。

Claims (1)

1.一种基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，包括ARM微处理器、宽带载波处理器、宽带载波信号耦合单元、宽带载波信号放大单元、以太网、串口UART和电平转换接口，其特征在于所述ARM微处理器连接有以太网、宽带载波处理器、串口UART和电平转换接口；宽带载波处理器连接有宽带载波信号耦合单元和宽带载波信号放大单元。

2.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，其特征在于所述ARM微处理器与宽带载波处理器、串口UART、以太网和电平转换接口进行数据通讯连接。

3.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，其特征在于宽带载波处理器与宽带载波信号耦合单元和宽带载波信号放大单元进行数据通讯连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，其特征在于所述ARM微处理器通过通讯串口链路与客户端采集设备进行通讯。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，其特征在于所述ARM微处理器通过通讯宽带载波链路与宽带载波路由网关单元进行通讯。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于电力线宽带载波用电采集上行通信装置，其特征在于所述ARM微处理器通过以太网或光纤链路与电力用电信息采集系统进行通讯。