CN204965713U - 基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器 - Google Patents

Abstract

基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，包括宽带电力线载波通信单元和数据采集控制单元，宽带电力线载波通信单元包括开关电源、载波信号耦合电路和宽带电力线载波处理芯片，开关电源为宽带电力线载波处理芯片及数据采集控制单元供电，宽带电力线载波处理芯片与载波信号耦合电路相连；数据采集控制单元包括设置于电路板上的单片机及与单片机相连的红外双向通信模块、微功率无线通信模块、RS485通信模块和外置接口模块；宽带电力线载波处理芯片与单片机相连。本实用新型采用电力线宽带载波通信作为上行信道，结合多种无线通信方式，充分发挥了宽带电力线载波技术实时性高及抗干扰能力强的优点，又可以满足现场各种应用的需求。

Description

基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器

技术领域

本实用新型涉及电力通讯技术领域，尤其涉及一种主力网基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器。

背景技术

纵观近年来电力线窄带载波通信技术及微功率无线通信技术的发展，虽然已经广泛应用，但已不能很好地满足客户需求，特别是智能电网对智能用电、互动用电等的需求。例如，电力线窄带载波技术实时抄表成功率不高，无法满足实时拉/合闸需求，而且现有的窄带载波通信技术，如421kHz、270kHz方案，其数据通信速率偏低，十分影响载波抄表系统的工作效率。虽然微功率无线通信技术通信速率稍高，但也只有10kbps，且在钢筋水泥结构建筑物内或地下室等环境下，受障碍物影响很大，无法有效组网。因此基于OFDM技术的2～30MHz宽带电力线载波技术应需而生。宽带电力线载波技术具有10Mbps载波传输速率、15级中继组网、实时性高及抗干扰能力强等优点，成为通信最后1公里工业物联的通信主干网的最佳选择，可满足工业控制领域、家用电器、路灯控制及智能楼宇领域的各种应用需求。

公开号为201336071的中国实用新型公开的一种电力系统用数据采集终端，包括单片机电路及与单片机电路连接的存储器、上行通讯电路、下行通讯电路、显示电路。其中，上行通讯电路由RS485信道、电力载波信道或无线信道中的任意两种或以上的通讯信道组合而成。该采集终端可采用多种通讯方式上行与集中器进行数据交换、接收集中器指令或向上传输电力数据，采用的通讯电路简洁，易实现，无需增加设备体积；同时有效避免了采用单一信道时一旦出现通信故障而影响整个集抄系统运行的情况，使数据能够稳定、可靠传输，有利于提高电力集抄系统工作效率,具有很强实用价值和良好的市场前景。但是，该数据采集器采用多种通讯方式上行，不可避免就要采用多种组网方式，会造成整个系统的组网变得复杂而且不稳定，也没有发挥出宽带电力线载波技术传输速率高、组网快速、实时性高的优点，无法满足目前在工业控制领域、家用电器、路灯控制及智能楼宇领域的大规模实时物联的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，包括宽带电力线载波通信单元和数据采集控制单元，其中，所述宽带电力线载波通信单元包括设置于电路板上的开关电源、载波信号耦合电路和宽带电力线载波处理芯片，所述开关电源为所述宽带电力线载波处理芯片及所述数据采集控制单元供电，所述宽带电力线载波处理芯片与所述载波信号耦合电路相连；所述数据采集控制单元包括设置于电路板上的单片机、以及与所述单片机相连的红外双向通信模块、微功率无线通信模块、RS485通信模块和外置接口模块；所述宽带电力线载波处理芯片与所述单片机相连。

本实用新型采用电力线宽带载波通信作为上行通道，采用RS485信道、红外信道、微功率无线信道中至少一种作为下行通道。

本实用新型的数据采集控制单元包括内置串口模块，单片机可通过所述内置串口模块与蓝牙模块、Z-Wave模块、ZigBee模块及WIFI模块中的至少一种相连；下行通道采用RS485信道、红外信道、微功率无线信道、蓝牙信道、ZigBee信道、Z-Wave信道、WIFI信道中至少一种。

本实用新型的开关电源为隔离式开关电源。

本实用新型的外置接口模块包括温湿度传感器模拟输入接口、红外人体感应探头输入接口、PWM调光输出接口及开关控制输出接口。

本实用新型的微功率无线通信模块采用SILICONLABS公司型号为SI4438的无线收发芯片。

本实用新型的单片机的型号为R7F0C902。

由以上技术方案可知，本实用新型的多信道数据采集器由宽带电力线载波通信单元和数据采集控制单元组合而成，宽带电力线载波通信单元包括宽带电力线载波处理芯片，数据采集控制单元包括红外双向通信模块、微功率无线通信模块、RS485通信模块，上行通道采用电力线宽带载波通信，充分发挥宽带电力线载波技术具有10Mbps载波传输速率、15级中继组网、实时性高及抗干扰能力强等优点。下行通道则采用RS485信道、红外信道、微功率无线信道、或进一步的采用蓝牙信道、ZigBee信道、Z-Wave信道、WIFI信道等多信道混合通信方式，既可以满足现场各种应用的需求，又可以作为电力线宽带载波通信的延伸，有效解决现场个别终端载波通信不通的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的结构框图；

图2为单片机的电路连接图；

图3为RS485通信模块和包括温湿度传感器模拟输入的外置接口模块的电路连接图；

图4为红外双向通信电路模块的电路图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的多信道数据采集器包括宽带电力线载波通信单元A和数据采集控制单元B，宽带电力线载波通信单元A和数据采集控制单元B的串口通过排针排母和3.3V直流电源相连。根据不同的应用需求，两个单元都可以独立更换，为产品未来的功能扩展带来极大方便。宽带电力线载波通信单元A包含设置于电路板上的开关电源1、载波信号耦合电路2和宽带电力线载波处理芯片3。数据采集控制单元B包括设置于电路板上的单片机4、红外双向通信模块5、微功率无线通信模块6、RS485通信模块7以及外置接口模块8，外置接口模块8包括温湿度传感器模拟输入接口、红外人体感应探头输入接口、PWM调光输出接口及开关控制输出接口等。作为一个优选的实施例，数据采集控制单元B还包括内置串口模块9，单片机可通过内置串口模块9选接蓝牙模块10、Z-Wave模块11、ZigBee模块12及WIFI模块13等。

宽带电力线载波通信单元A通过外置接口连接220V交流电源线。本实施例的开关电源为隔离式开关电源，开关电源1为宽带电力线载波处理芯片3供电，同时也为数据采集控制单元B提供3.3V直流电源。宽带电力线载波处理芯片3通过载波信号耦合电路2与220V交流电源线相连。本实施例的宽带电力线载波处理芯片3的串口通过排针排母与单片机4的串口相连。隔离式开关电源为宽带电力线载波通信单元和数据采集控制单元提供低传导辐射的3.3V直流电源，保障了电力线宽带载波的良好通信性能；同时，相对于传统的线性变压器电源，开关电源具有极低的待机功耗和更高的转换效率，更加绿色环保，特别适用于能源管理系统。

数据采集控制单元B包括单片机4、红外双向通信模块5、微功率无线通信模块6、RS485通信模块7及外置接口模块8。本实施例单片机的型号为R7F0C902，图2为本实施例单片机的电路图，其带有3个串口：串口0、串口1和串口2。如图3所示，RS485通信模块7与单片机4的串口2相连，其模拟输入接口ANI1、ANI2和ANI3分别与单片机的带有A/D转换功能的IO口P21、P22和P23相连。

图4所示为本实施例红外双向通信模块5的电路图。红外接收头D9解调出红外接收信号后，通过二极管D8输出至单片机的IO口P17。单片机内部将准备输出的红外发射信号加上38KHZ调制后，通过IO口P31和三极管V16，从而推动红外发射管LED3发出红外发射信号。电阻R36可调节红外发射电流，从而可以调节红外遥控距离。此外，红外发射信号也可以通过电阻R344、三极管Q3和电阻R346，输出至外置接口ANI3，用于外接红外延伸线。本实用新型的红外双向通信电路单元可实现红外自学习功能，同时又可以外接红外延伸线，弥补个别现场自身红外发射管LED3覆盖不到的死角。

本实施的微功率无线通信模块6选用较低功耗同时在中国水表和气表行业内广泛应用的SILICONLABS公司的SI4438型芯片，无线信号通过设置于电路板上的天线座和外置天线发射或接收，可以很方便的和市场主流的水表和气表对接，从而为未来智能住宅小区的水电气热四表集抄应用打下基础。

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的权利要求范围之中。

Claims (7)

1.基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：包括宽带电力线载波通信单元和数据采集控制单元，其中，

所述宽带电力线载波通信单元包括设置于电路板上的开关电源、载波信号耦合电路和宽带电力线载波处理芯片，所述开关电源为所述宽带电力线载波处理芯片及所述数据采集控制单元供电，所述宽带电力线载波处理芯片与所述载波信号耦合电路相连；

所述数据采集控制单元包括设置于电路板上的单片机、以及与所述单片机相连的红外双向通信模块、微功率无线通信模块、RS485通信模块和外置接口模块；

所述宽带电力线载波处理芯片与所述单片机相连。

2.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：采用电力线宽带载波通信作为上行通道，采用RS485信道、红外信道、微功率无线信道中至少一种作为下行通道。

3.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：所述数据采集控制单元包括内置串口模块，单片机可通过所述内置串口模块与蓝牙模块、Z-Wave模块、ZigBee模块及WIFI模块中的至少一种相连；下行通道采用RS485信道、红外信道、微功率无线信道、蓝牙信道、ZigBee信道、Z-Wave信道、WIFI信道中至少一种。

4.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：所述开关电源为隔离式开关电源。

5.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：所述外置接口模块包括温湿度传感器模拟输入接口、红外人体感应探头输入接口、PWM调光输出接口及开关控制输出接口。

6.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：所述微功率无线通信模块采用SILICONLABS公司型号为SI4438的无线收发芯片。

7.如权利要求1所述的基于电力线宽带载波通信的多信道数据采集器，其特征在于：所述单片机的型号为R7F0C902。