CN204334565U - 一种电力线载波中继器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力线载波中继器，包括：MCU板、标准网线、电源、电力猫A、电力猫B、接线端子A、接线端子B、切换开关、电感、电力导线、底板、外壳；来自单相电力线上的载波通讯信号通过中继器内部的2针接线端子A/B进入电力猫A/B，电力猫A/B把接收到的通讯信号转换为网络数据包后通过标准网线发送给MCU板，MCU板把该包原封不动地通过标准网线发送给电力猫B/A，电力猫B/A把该数据包调制成载波通讯信号并且通过输出端子B/A发送给电力线；接线端子A、接线端子B之间设有切换开关与电感。本实用新型可以通过电力线通讯消除使用感性传感器的电能表对OFDM信号衰减的影响，并且增加电力线载波通讯的距离，扩大了电力线载波技术的使用范围。

Description

一种电力线载波中继器

技术领域

本实用新型涉及电力通信技术领域，尤其涉及一种电力线载波中继器。

背景技术

电力线载波技术，由于采用电力线作为传输介质，因此不需要布线，也不需要网线投资，是一种性价比较好的中短距离通讯网络。但是，电力线信号的传输收到电力线上连接的设备以及电力线上的噪声的很大影响，导致传输距离不能太远，通讯可靠性低、传输效率低(由于失败的传输而需要重传)的问题。目前采用的自动路由等技术基本可以解决传输距离近的问题，但是存在长传输延时、调试复杂等问题。此外，由于这种自动路由技术的各个载波节点决定是否转发一个包在调试时即已经确定，而网络结构随着电力线上设备的开关及运行状况处于不断的调整中，导致通讯存在很大不确定性。采用OFDM技术可以有效解决在强噪声环境中可靠接收信号的问题，然而即使如此，通常也只能用于300米之内的距离，在恶劣的网络环境下(比如电力线上串联有感性阻抗负载或并联有容性阻抗负载)，实际通讯距离更短。更严重的是，如果线路上存在以感性互感器为测量元件的电能表，则通讯信号会被电能表大量衰减，使得跨越电能表的电力线载波通讯成为一个大问题，这极大地影响了电力线载波技术的推广应用。

实用新型内容

本实用新型为克服上述的不足之处，目的在于提供一种电力线载波中继器，该装置为一个电力线载波信号接收、发送及转发模块组成的电子装置，可以消除使用感性传感器的电能表对OFDM等电力线通讯信号衰减引起的通讯失效问题，并且增加电力线载波通讯的距离，扩大了电力线载波技术的使用范围。

本实用新型是通过以下技术方案达到上述目的：一种电力线载波中继器，包括：MCU板、标准网线、电源、电力猫A、电力猫B、接线端子A、接线端子B、开关、电感、电力导线、底板、外壳；来自单相电力线上的载波通讯信号通过中继器内部的2针接线端子A/B进入电力猫A/B，电力猫A/B把接收到的通讯信号转换为网络数据包后通过标准网线发送给MCU板，MCU板把该包原封不动地通过标准网线发送给电力猫B/A,电力猫B/A把该数据包调制成载波通讯信号并且通过输出端子B/A发送给电力线；电源通过电力导线与接线端子A连接，电源与MCU板连接；电感一端通过电力导线连于接线端子A，另一端连于开关；开关分别与接线端子A、接线端子B连接；MCU板、电源、电力猫A、电力猫B、接线端子A、接线端子B、开关、电感固定在底板上；底板通过铜柱及螺帽固定于外壳。

作为优选，所述的MCU板为PCB组件，包括PCB板、ARM核心板、以太网络控制芯片、网络连接器、电源稳压电路、电源接线端子、电源开关；ARM核心板通过系统总线与以太网络控制芯片连接；以太网络控制芯片与网络连接器连接；电源接线端子与电源开关连接，电源开关与电源稳压电路连接；电源稳压电路分别与ARM核心板、以太网络控制芯片连接；ARM核心板、以太网控制芯片、网络连接器、电源稳压电路、电源接线端子、电源开关固定在PCB板上。

作为优选，所述的ARM核心板为集成了MCU、FLASH存储器、SDRAM、系统时钟、复位电路外设的32位ARM核心板。

作为优选，所述的以太网络控制芯片及网络连接器各有两个。

作为优选，所述的开关为4端切换开关；所述的接线端子A、接线端子B为2针接线端子。

作为优选，所述的电感为高频阻隔电感。

作为优选，所述的电源为5V AC-DC直流电源，电源的输出端与MCU板的电源接线端子连接；电源通过螺栓和螺帽固定在底板上。

作为优选，所述的开关通过电力导线分别与接线端子A、接线端子B及高频阻隔电感连接。

作为优选，所述的外壳一侧开有方孔，用以暴露接线端子A、接线端子B及开关把手。

作为优选，所述的底板厚度为2mm。

本实用新型的有益效果在于：(1)可以使得电力线通讯技术应用在安装有多个电能表的电力线上；(2)可以非常简单地增加电力线载波通讯的距离，而不需要复杂的调试；(3)可以通过电力线通讯来消除使用感性传感器的电能表对OFDM信号衰减的影响。

附图说明

图1是本实用新型物理结构示意图；

图2是本实用新型MCU模块结构图；

图3是延长通讯距离示意图；

图4是消除电能表或类似装置对通讯影响的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步描述，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：

实施例：如图1所示，一种电力线载波中继器结构由MCU板、5V AC-DC直流电源、2针接线端子A、电力猫A、2针接线端子B、电力猫B、一个4端切换开关、一个高频隔离电感、铝合金底板、硅钢外壳、大电流电力导线及标准网线组成。

MCU板通过标准网线分别连接到电力猫A和电力猫B；电力猫A通过额定电流为2A的2根电力导线分别连接到2针接线端子A的端子1和端子2；电力猫B通过额定电流为2A的2根电力导线分别连接到2针接线端子B的端子1和端子2；5V AC-DC直流电源通过额定电流为2A的2根电力导线分别连接到2针接线端子A的端子1和端子2；2针接线端子A的端子1使用电力导线连接到高频隔离电感的一端，高频隔离电感的另一端连接到切换开关的端子1；2针接线端子A的端子2使用电力导线连接到切换开关的端子2；切换开关的端子4和3分别使用电力导线连接到2针接线端子B的端子1和2；5V直流电源的输出连接到MCU板的电源接线端子为其供电。

2针接线端子A的1端接L1，2端接N1，L1为火线，N1为零线。2针接线端子B的1端接L2，2端接N2，L2为火线，N2为零线。

铝合金底板厚度为2mm，它以及其上安装的部件组成的组件用铜柱、镙帽固定在硅钢外壳的机壳上。硅钢外壳的一侧开方孔，用来暴露出2针接线端子A、B以及开关C的把手。

来自单相电力线上的载波通讯信号通过中继器内部的2针接线端子A/B进入电力猫A/B，电力猫A/B把接收到的通讯信号转换为网络数据包后通过标准网线发送给MCU板，MCU板把该包原封不动地通过标准网线发送给电力猫B/A,电力猫B/A把该数据包调制成载波通讯信号并且通过输出端子B/A发送给电力线。

端子A的L1/N1和端子B的L2/N2之间有切换开关和载波高频隔离电感。当开关C为ON时，L1通过电感连接到L2，N1直接连接到N2；当开关C为OFF时，L1同L2断路，N1同N2断路。

当电感接入到L1和L2之间时，来自L1/N1的载波信号会被电感吸收而衰减，因此L2/N2上只有很小中继前的信号和很大的中继后重新建立的信号；同理，来自L2/N2的信号也被电感吸收而衰减因此在L1/N1上只有很小的中继前信号和很大的中继后重新建立的信号。这样就消除了中继器转发后的信号受到到中继前信号干扰的状况。

当有高阻抗负载衰减信号时，不接入电感(开关C为OFF)，而利用该负载的衰减能力消除掉中继器转发后的信号受到增强前信号干扰的状况。

其中，所述的MCU板如图2所示，MCU板为一个PCB组件，通过铜柱和螺帽及其上的直径为3.5mm的4个安装孔安装在铝合金底板上。MCU板包括32位ARM核心板、2个以太网控制器芯片以及2个RJ45网络连接器、电源稳压电路、电源接线端子、电源开关和安装和连接这些部件的PCB板。ARM核心板通过系统总线连接到2个以太网控制器芯片；电源稳压电路把外部5V电源调整成稳定的3.3V和5V电压，然后把3.3V提供给以太网控制器芯片及RJ45网络连接器,把5V提供给MCU核心板。外部5V电源通过电源开关连接到电源稳压电路。

ARM核心板可采用FL2440核心板，该板集成了32位三星S3C2440A MCU、256MB NAND FLASH存储器、64MB SDRAM,4MB并行32位NOR FLASH存储器、系统时钟、复位电路，并且通过插针引出了系统总线和外设引脚，方便集成到产品中。该核心板可支持LINUX、WINCE等操作系统的移植。

S3C2440A MCU集成有ARM公司的AM920T RISC CPU，该CPU具有16KB指令CACHE和16KB数据CACHE，具有存储管理单元MMU，采用哈佛架构，使用AMBA作为CPU和外设的数据传输通道，可稳定工作在400MHz。

S3C2440A MCU还集成有丰富的外设，包括SDRAM控制器、DMA控制器、USB主机控制器、USB设备控制器、点阵彩色LCD控制器、摄像头控制器、NAND FLASH控制器、触摸屏控制器、SD卡控制器、ADC、RTC、PWM、UART、IIC、SPI、WDT、TIMERS及GPIO等。

在该核心板的256MB NANDFLASH中存储有专门移植的LINUX系统的根文件系统,而在4MB FLASH存储器中存储有系统的BOOT LOADER，用于启动LINUX系统。在该LINUX系统上运行一个专门编写的转发软件，该软件监听两个网络接口，并自动把来自一个接口的以太网帧转发到另外一个。

以太网控制器芯片采用DM9000A，它为3.3V工作电源的10/100M通讯速率、低功耗高性能以太网控制器芯片，它把CPU通过系统总线写入的数据组装成以太网帧，然后串行的发送到RJ45网络连接器。

RJ45网络连接器集成有网络变压器及连接、通讯指示灯，用于连接标准网线。可采用型号为HR911105A的连接器产品。

本实用新型所述的电力猫A及B可选用完全相同的2只TP-LINK公司的500M或200M通讯速率的电力猫，电力猫固定在铝合金底板板上。

2针接线端子A及B选用大额定电流的接线端子，同时端子之间的耐压应该大于1000VDC。

切换开关的把手有两个位置，在ON位置时端子2和3、1和4对应导通；在OFF位置时，端子2和3、1和4对应断开。

电感的电感量为50mH，这可以极大阻隔OFDM载波信号。可以根据需要适当增加或减少其电感量。

电感、切换开关、2针接线端子A、2针接线端子B以及电力导线的额定电流根据此装置后面电力线上的所有负载的最大电流的累加和的2倍确定。

本装置的具体使用方法如下所示：

(1)如图3所示，如果载波终端M+1因为各终端的负载效应以及线路阻抗而不能可靠收到载波终端1的信号，那么在电力线中载波终端M+1前面，终端M后面接入本中继器。同时把开关C打到ON位置。这样中继器会把来自其任一端的载波信号自动重建并通过另一端输送出去，实现了信号中继。由于被中继前信号本身比较小，又经过了电感的衰减，输入信号不会影响输出信号，反之亦然；因此实现了对信号的增强，进而扩大了通讯传输距离。

(2)如图4所示，如果载波终端M+1因为电能表或类似感性负载对OFDM信号衰减而不能可靠收到载波终端1的信号，那么并入本中继器到该负载。同时把开关打到OFF位置。这样中继器会把来自其任一端的载波信号自动重建并通过另一端输送出去，实现了信号中继。由于中继前信号本身比较小，又经过了负载阻抗的衰减，输入信号不会影响输出信号，反之亦然；因此实现了负载两端的电力线终端可以保持通讯。

以上的所述乃是本实用新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本实用新型的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力线载波中继器，其特征在于包括：MCU板、标准网线、电源、电力猫A、电力猫B、接线端子A、接线端子B、开关、电感、电力导线、底板、外壳；来自单相电力线上的载波通讯信号通过中继器内部的2针接线端子A/B进入电力猫A/B，电力猫A/B把接收到的通讯信号转换为网络数据包后通过标准网线发送给MCU板，MCU板把该包原封不动地通过标准网线发送给电力猫B/A,电力猫B/A把该数据包调制成载波通讯信号并且通过输出端子B/A发送给电力线；电源通过电力导线与接线端子A连接，电源与MCU板连接；电感一端通过电力导线连于接线端子A，另一端连于开关；开关分别与接线端子A、接线端子B连接；MCU板、电源、电力猫A、电力猫B、接线端子A、接线端子B、开关、电感固定在底板上；底板通过铜柱及螺帽固定于外壳。

2.根据权利要求1所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的MCU板为PCB组件，包括PCB板、ARM核心板、以太网络控制芯片、网络连接器、电源稳压电路、电源接线端子、电源开关；ARM核心板通过系统总线与以太网络控制芯片连接；以太网络控制芯片与网络连接器连接；电源接线端子与电源开关连接，电源开关与电源稳压电路连接；电源稳压电路分别与ARM核心板、以太网络控制芯片连接；ARM核心板、以太网控制芯片、网络连接器、电源稳压电路、电源接线端子、电源开关固定在PCB板上。

3.根据权利要求2所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的ARM核心板为集成了MCU、FLASH存储器、SDRAM、系统时钟、复位电路外设的32位ARM核心板。

4.根据权利要求2所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的以太网控制芯片及网络连接器各有两个。

5.根据权利要求1所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的开关为4端切换开关；所述的接线端子A、接线端子B为2针接线端子。

6.根据权利要求1所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的电感为高频阻隔电感。

7.根据权利要求1或2所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的电源为5V AC-DC直流电源，电源的输出端与MCU板的电源接线端子连接；电源通过螺栓和螺帽固定在底板上。

8.根据权利要求1或6所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的开关通过电力导线分别与接线端子A、接线端子B及高频阻隔电感连接。

9.根据权利要求1所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的外壳一侧开有方孔，用以暴露接线端子A、接线端子B及开关把手。

10.根据权利要求1所述的一种电力线载波中继器，其特征在于：所述的底板厚度为2mm。