CN205356335U - 一种分体式键盘表载波通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供一种分体式键盘表载波通信系统，包括集中器、若干分体式键盘表、若干户内显示单元，所述户内显示单元和所述分体式键盘表数量相同；所述集中器进一步包括集中器载波模块和通信模块，所述户内显示单元进一步包括底板载波模块，所述分体式键盘表进一步包括电能表载波模块，所述集中器载波模块通过电力线与所述电能表载波模块相连，所述电能表载波模块通过电力线与底板载波模块相连，所述通信模块用于将电能表数据传送至管理中心。采用本实用新型实施例提供的技术方案可以实现在满足单点对单点抄表的同时，还能兼容集中器的组网抄表，便于电表的现场管理。

Description

一种分体式键盘表载波通信系统

技术领域

本实用新型涉及一种载波通信技术领域，特别涉及一种分体式键盘表载波通信系统。

背景技术

电力线载波通信技术(PLC)指利用专用的调制解调器对信号进行调制，然后将信号加载到现有电力线中进行数据通信的技术。从使用的带宽角度来说，电力线载波分为宽带电力线载波和窄带电力线载波。宽带的范围在2～30MHz，通信速率通常在1Mbit/s以上，多采用各种扩频技术；而窄带的范围限定在3～500kHz,通信速率小于1Mbit/s，多采用普通的PSK技术、DSSS技术等。该电力线载波具备的最大的优势是依托电力线网络，不需要重新布线，施工、运行成本低。

目前国际市场上主流的分体式键盘表系统主要是采用电力线载波来进行单点对单点的通信。该分体式键盘表系统由户内显示单元和电能表两部分组成，只有这两者的地址完全一致时，才能互相通信。其中，分体式电能表(通常为预付费表)安装在户外的电线杆上，以防漏电窃电，而户内显示单元安装在用户家中。用户可通过户内显示单元与分体式电能表进行载波通信，获取用电信息，并进行预付费操作。同时，考虑到用户在预付费用超支断电后，仍能通过户内显示单元进行交费和恢复供电，要求户内显示单元在断电情况下采用电池供电，并能在此情况下与分体式电能表进行载波通信。

但是单点对单点的抄读方式并不方便统一管理，也不符合海外分体式键盘表的发展趋势。

实用新型内容

有鉴于此,本实用新型实施例的目的在于提供一种分体式键盘表载波通信系统，可以实现在满足单点对单点抄表的同时，还能兼容集中器的组网抄表。

本实用新型实施例是这样实现的，一种分体式键盘表载波通信系统，包括集中器、若干分体式键盘表、若干户内显示单元，所述户内显示单元和所述分体式键盘表数量相同；

所述集中器进一步包括集中器载波模块和通信模块，所述户内显示单元进一步包括底板载波模块，所述分体式键盘表进一步包括电能表载波模块，所述集中器载波模块通过电力线与所述电能表载波模块相连，所述电能表载波模块通过电力线与底板载波模块相连；所述通信模块用于将电能表数据传送至管理中心。

进一步地，所述电能表载波模块插入所述分体式键盘表表内PCB的背部用于插放载波模块的位置，所述底板载波模块与户内显示单元的电源部分在同一块PCB板上，并与所述户内显示单元的上层PCB板通过一个10Pin的插口组装在一起。

进一步地，所述集中器安装在任意位置，所述分体式键盘表安装在电线杆上，所述户内显示单元安装在居民家里。

进一步地，其特征在于，还包括抄控器，所述抄控器进一步包括抄控器载波模块，所述抄控器载波模块通过电力线与电能表载波模块和底板载波模块相连。

进一步地，所述底板载波模块包括主用交流电供电电路、备用干电池供电电路、防倒灌电路、电源控制电路、电源切换电路、IHD-PLC窄带载波电路、IHD-PLC信号发送电路、IHD-PLC信号耦合电路、IHD-PLC接收滤波电路、IHD-PLC信号解调电路、IHD-PLC信号防干扰电路、IHD-PLC指示灯电路、IHD-PLC调试串口电路、IHD-PLC程序烧录电路、IHD-PLC弱电电源接口、IHD-PLC弱电通信接口、IHD-PLC强电电源接口；

所述主用交流电供电电路和备用干电池供电电路分别连接至电源控制电路，电源控制电路连接至电源切换电路，电源切换电路连接至防倒灌电路，IHD-PLC强电电源接口连接至所述主用交流供电电路；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；

IHD-PLC强电电源接口与IHD-PLC信号耦合电路相连，用于供电；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；IHD-PLC窄带载波电路通过IHD-PLC接收滤波电路与IHD-PLC信号解调电路相连接；IHD-PLC窄带载波电路相连通过IHD-PLC信号发送电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；

IHD-PLC指示灯电路、IHD-PLC调试串口电路、IHD-PLC程序烧录电路、IHD-PLC弱电电源接口分别与IHD-PLC窄带载波电路相连。

进一步地，交流电经过开关电源电路供电进行正常工作，所述开关电源电路为TNY274芯片，所述开关电源电路输出+12V±0.7V电压供信号发射电路，通过三端稳压器后输出5V供载波芯片；

所述干电池供电电路，采用两节AAA1.8V的干电池串联供电，电池容量1.2AH，通过LM2623升压IC进行升压到5.4V；

所述防倒灌电路，用于防止+12V电压和+5V电压相互间的影响，使用D5和D16两个二极管确保主用交流供电电路输出端的12V和5V线路电流的单向流动，并输出VHH；使用D15二极管确保备用干电池供电电路升压输出端的5.4V线路电流的单向流动，并输出5V1；使用一个D11二极管确保DVCC线路电流的单向流动，并输出5V1；

所述电源控制电路采用PMOS管构成，交流或直流提供的5V1经过所述PMOS管，利用所述PMOS管的开关作用对弱电接口的电源进行控制；

所述电源切换电路，用于对所述主用交流电供电电路和备用干电池电路进行切换；通过XC61CN2502MR电压检测IC对交流提供的+12V电源分压得到的3V电压进行电压检测，当有12V电压时，MAIN_DROP输出5V高电平，无12V时，MAIN_DROP输出低电平，当MAIN_DROP为+5V高电平时，Q3导通，LM2623的EN脚为低电平，备用干电池供电电路不工作，当MAIN_DROP为低电平时，Q3断开，LM2623的EN脚上拉到电池电源，备用干电池供电电路工作；由此达到主用交流电供电电路与备用干电池供电电路的相互切换；

所述IHD-PLC窄带载波芯片电路包括SWNP270F芯片；

所述IHD-PLC信号发送电路；载波信号SSCOUT为5VTTL电平的信号，由SWNP270F芯片的24脚SSCAOUT输出，经过ROHM/罗姆公司的US6M2的MOS管将该信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行L8、C26的串联LC滤波，最后输出标准的正弦波信号INOUT；

所述IHD-PLC信号耦合电路，包括安规电容C19，容值为0.15uF/310VAC；BT1信号耦合变压器的磁芯采用越峰电子材料股份有限公司生产的型号为A102，尺寸：外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米，绕线采用直径0.3mm的双层或三层绝缘线，两个绕组各绕17圈，再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量在700uH～1600uH；硕凯电子的VP1瞬态二极管SMBJ22CA三部分组成，其中，C6滤除交流50Hz信号，采用隔离变压器BT1使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C6和隔离变压器的次级线圈电感L构成高通滤波器的功能，VP1消除来自电力线的瞬间冲击电压，保护后级电路；信号耦合输出接收到的INOUT信号，并传入到接收滤波电路；(电能表载波模块也是如此)

所述IHD-PLC接收滤波电路从信号耦合电路输出的INOUT信号，经过带通滤波器和模拟前端电路SWNO4361接收来自电力线上的扩频通信信号并进行模拟解调，最终输出FSK信号至信号解调电路；

所述IHD-PLC信号解调电路的载波信号FSK首先由16脚输入，与1脚输入的185kHz信号进行混频，混频后得到一个差频(270kHz‐185kHz＝85kHz)和一个和频(270kHz+185kHz＝455kHz)，由于是两个频率的混叠，所以此时的波形比较杂乱，由第3脚输出，经过LT455BW陶瓷滤波器滤波后，波形仅保留和频455kHz，由第5脚输入，经过限幅放大、鉴频、音频放大后恢复数据雏形，由第9脚输出，再经过有源滤波放大限幅后，滤除455kHz信号，仅保留数据雏形，由11脚输出，经过电容耦合后，再由12脚输入，经过静噪指示后，由13脚输出SSCIN信号到载波芯片的29脚，此时已经恢复数字信号，完成解调过程；

IHD-PLC指示灯电路的红灯为HL3，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第11脚LED_TXD，红灯闪烁时表示载波有数据发送；绿灯为HL4，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第13脚LED_RXD，绿灯闪烁时表示载波接收到数据；调试串口以2.54mm的1×3单排通孔作为连接件，其收发管脚分别连接在SWNP270F芯片的第20脚和第21脚；程序烧录接口总共4个管脚，以2.54mm的1×5单排通孔作为连接件，为了防止反插，特意将第4脚去掉，其中第1脚表示VDD＝5V电源；第2脚表示复位信号引脚RESET；第3脚表示信号地GND；第4脚悬空；第5脚表示数据信号引脚TOOL0；

所述IHD-PLC弱电电源接口为一个2PIN的2.54mm间距的排插孔，直接焊线接电池弹簧座，第1脚为正，第2脚为负；

所述IHD-PLC弱电通信接口以2.54mm的2×5双排插座作为连接件，与上层板的插针相匹配；其中，第1脚为干电池供电电压VBAT,信号方向为输出；第2脚悬空；第3、4脚为给上层板供电的电源5V1，由干电池升压后提供或7805提供，信号方向为输出；第5脚为上层板给IHD-PLC发送信号PLC_POWER，控制IHD-PLC的5V电源，信号方向为输入；第6脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的发送脚TXD_TOP，信号方向为输入；第7脚为电压检测信号MAIN_DROP，信号方向为输出；第8脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的接收脚RXD_TOP，信号方向为输出；第9脚为通信地VSS，第10脚悬空；

IHD-PLC强电电源接口以2个3*5mm的焊盘作为连接件，与标准交流电220V电源母座相匹配焊接，两个焊盘分别接火线L和零线N作为信号耦合的接入端。

进一步地，所述电能表载波模块包括M-PLC窄带载波电路；M-PLC信号发送电路；M-PLC信号耦合电路、M-PLC接收滤波电路、M-PLC信号解调电路、M-PLC指示灯电路、M-PLC调试串口电路、M-PLC程序烧录电路、M-PLC强电电源接口、M-PLC弱电通信接口；所述抄控器载波模块与所述电能表载波模块电路相同；M-PLC强电电源接口与M-PLC信号耦合电路相连，用于供电；M-PLC信号解调电路与M-PLC信号耦合电路相连；M-PLC窄带载波电路通过M-PLC接收滤波电路与M-PLC信号解调电路相连接；M-PLC窄带载波电路通过M-PLC信号发送电路与M-PLC信号耦合电路相连；

M-PLC指示灯电路、M-PLC调试串口电路、M-PLC程序烧录电路、M-PLC弱电电源接口分别与M-PLC窄带载波电路相连。

进一步地，所述M-PLC窄带载波芯片电路包括SWNP270F芯片；

所述M-PLC信号发送电路；载波信号SSCOUT为5VTTL电平的信号，由SWNP270F芯片的24脚SSCAOUT输出，经过ROHM/罗姆公司的US6M2的MOS管将该信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行L8、C26的串联LC滤波，最后输出标准的正弦波信号INOUT；

所述M-PLC信号耦合电路，包括安规电容C19，容值为0.15uF/310VAC；BT1信号耦合变压器的磁芯采用越峰电子材料股份有限公司生产的型号为A102，尺寸：外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米，绕线采用直径0.3mm的双层或三层绝缘线，两个绕组各绕17圈，再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量在700uH～1600uH；硕凯电子的VP1瞬态二极管SMBJ22CA三部分组成，其中，C6滤除交流50Hz信号，采用隔离变压器BT1使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C6和隔离变压器的次级线圈电感L构成高通滤波器的功能，VP1消除来自电力线的瞬间冲击电压，保护后级电路；信号耦合输出接收到的INOUT信号，并传入到接收滤波电路；

所述M-PLC接收滤波电路从信号耦合电路输出的INOUT信号，经过带通滤波器和模拟前端电路SWNO4361接收来自电力线上的扩频通信信号并进行模拟解调，最终输出FSK信号至信号解调电路；

所述M-PLC信号解调电路的载波信号FSK首先由16脚输入，与1脚输入的185kHz信号进行混频，混频后得到一个差频(270kHz‐185kHz＝85kHz)和一个和频(270kHz+185kHz＝455kHz)，由于是两个频率的混叠，所以此时的波形比较杂乱，由第3脚输出，经过LT455BW陶瓷滤波器滤波后，波形仅保留和频455kHz，由第5脚输入，经过限幅放大、鉴频、音频放大后恢复数据雏形，由第9脚输出，再经过有源滤波放大限幅后，滤除455kHz信号，仅保留数据雏形，由11脚输出，经过电容耦合后，再由12脚输入，经过静噪指示后，由13脚输出SSCIN信号到载波芯片的29脚，此时已经恢复数字信号，完成解调过程；

M-PLC指示灯电路的红灯为HL3，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第11脚LED_TXD，红灯闪烁时表示载波有数据发送；绿灯为HL4，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第13脚LED_RXD，绿灯闪烁时表示载波接收到数据；调试串口以2.54mm的1×3单排通孔作为连接件，其收发管脚分别连接在SWNP270F芯片的第20脚和第21脚；程序烧录接口总共4个管脚，以2.54mm的1×5单排通孔作为连接件，为了防止反插，特意将第4脚去掉，其中第1脚表示VDD＝5V电源；第2脚表示复位信号引脚RESET；第3脚表示信号地GND；第4脚悬空；第5脚表示数据信号引脚TOOL0；

M-PLC强电电源接口以2.54mm的2×4双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的强电插座相匹配；其中，第1、2脚为火线接口L，第3、4、5、6脚悬空；第7、8脚为零线接口N；火线和零线作为信号耦合的接入端；

M-PLC弱电通信接口以2.54mm的2×6双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的弱电插座相匹配；其中，第1、2脚为电表提供的电源VCC＝12V；第3、4脚为通信地VSS＝GND；第5脚串口发送脚TXD，信号方向为输出；第6脚为电表提供的电源VDD＝5V；第7脚MAC地址设置使能脚SET，低电平时，方可设置载波模块MAC地址；第8脚为串口接收脚RXD，信号方向为输入；第9脚为复位脚RST，信号方向为输入；第10脚悬空；第11脚为事件检测管脚EVENOUT，信号方向为输出，当有事件发生时，输出高电平，请求查询异常事件；查询完毕输出低电平；第12脚悬空。

进一步地，当焊接R10而将R7置空时，为抄控器载波模块，当焊接R7而将R10置空时，为电能表载波模块。

进一步地，所述通信模块为GPRS模块、3G通信模块或4G通信模块。

根据上述技术方案，本实用新型实施例具有如下效果：该集抄系统由集中器和多个电能表组成，由集中器负责采集该系统下的所有电能表数据并通过传输媒介传输至管理中心，便于电表的现场管理。集中器载波模块在上电后，自动根据集中器配置的电能表关系进行抄表路径的组网。组网过程中需要电能表载波模块软件支持中继传输功能。另外，由于设置具有电力线载波模块的抄控器，可以对电能表或户内显示单元进行电力线载波升级\调试\设置。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的一种分体式键盘表载波通信系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的底板载波模块的结构框图；

图3为本实用新型实施例提供的电能表载波模块和抄控器载波模块结构框图；

图4为本实用新型实施例提供的底板载波模块主用交流电供电电路；

图5为本实用新型实施例提供的底板载波模块备用干电池供电电路；

图6为本实用新型实施例提供的底板载波模块防倒灌电路；

图7为本实用新型实施例提供的底板载波模块电源控制电路；

图8为本实用新型实施例提供的底板载波模块电源切换电路；

图9为本实用新型实施例提供的窄带载波芯片电路；

图10为本实用新型实施例提供的电力线载波信号发送电路；

图11为本实用新型实施例提供的电力线载波信号耦合电路；

图12为本实用新型实施例提供的电力线载波信号接收滤波电路；

图13为本实用新型实施例提供的实施例提供的电力线载波信号解调电路；

图14为本实用新型实施例提供的指示灯电路、调试串口电路和程序烧录电路；

图15为本实用新型实施例提供的底板载波模块弱电电源接口；

图16为本实用新型底板载波模块弱电通信接口；

图17为本实用新型底板载波模块强电电源接口；

图18为本实用新型电能表载波模块强电电源接口；

图19为本实用新型电能表载波模块弱电通信接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本实用新型采取如下的技术解决方案，以13标准国网I型集中器、长沙威胜集团分体式键盘表和户内显示单元及珠海中慧微电子股份有限公司的抄控器为说明：海外分体式键盘表270KHz载波通信系统，如图1所示，包括13标准的国网I型集中器载波模块(PLC-Router)、电能表载波模块(M-PLC)、户内显示单元底板载波模块(IHD-PLC)和抄控器载波模块(C-PLC)、13标准的国网I型集中器、13标准的国网I型集中器GPRS模块、分体式键盘表、户内显示单元、抄控器。其中，所述PLC-Router插入13标准集中器载波模块位置，所述的13标准的国网I型集中器GPRS模块插入13标准集中器的右模块位置，所述的M-PLC插入分体式键盘表表内PCB的背部用于插放载波模块的位置，所述IHD-PLC与户内显示单元的电源部分在同一块PCB板上，并与户内显示单元的上层PCB板通过一个10Pin的插口组装在一起，所述的C-PLC与M-PLC硬件基本一致，当焊接R10而将R7置空时，为抄控器载波模块/C-PLC，当焊接R7而将R10置空时，为电能表载波模块/M-PLC，C-PLC需插入抄控器内用于插放载波模块的位置。其中，13标准集中器安装在现场任意一个位置，分体式键盘表安装在电线杆上，户内显示单元安装在居民家里，抄控器则是工程人员随身携带。PLC-Router、IHD-PLC、M-PLC、C-PLC之间通信是采用直接序列扩频(DSSS)技术及CSMA/CA冲突检测与避让机制。一个IHD-PLC只能与同地址的M-PLC通信，反之亦然；C-PLC无地址，为透明转发数据的载波模块，因此一个C-PLC可以匹配多个IHD-PLC和M-PLC进行通信；一个PLC-Router可以与多个M-PLC通信，并具备自组网功能，此组网功能需M-PLC具备中继转发功能。由于设置具有电力线载波模块的抄控器，可以对电能表或户内显示单元进行电力线载波升级\调试\设置。抄控器采用透明传输DLT645-2007/1997报文，所有的电力线升级协议、调试和配置报文格式均需满足645协议。一个抄控器可匹配多个电能表或户内显示单元。

其中，所述的IHD-PLC如图2所示，包括IHD-PLC主用交流电供电电路；IHD-PLC备用干电池供电电路；IHD-PLC防倒灌电路；IHD-PLC电源控制电路；IHD-PLC电源切换电路；窄带载波电路，采用珠海中慧微电子股份有限公司(以下简称珠海中慧)的SWNP270F芯片；信号发送电路；信号耦合电路；接收滤波电路；信号解调电路采用珠海中慧的SWNO4361芯片；信号防干扰电路；指示灯电路；调试串口电路；程序烧录电路；IHD-PLC弱电电源接口；IHD-PLC弱电通信接口；IHD-PLC强电电源接口。所述主用交流电供电电路和备用干电池供电电路分别连接至电源控制电路，电源控制电路连接至电源切换电路，电源切换电路连接至防倒灌电路，IHD-PLC强电电源接口连接至所述主用交流供电电路；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；IHD-PLC强电电源接口与IHD-PLC信号耦合电路相连，用于供电；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；IHD-PLC窄带载波电路通过IHD-PLC接收滤波电路与IHD-PLC信号解调电路相连接；IHD-PLC窄带载波电路相连通过IHD-PLC信号发送电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；IHD-PLC指示灯电路、IHD-PLC调试串口电路、IHD-PLC程序烧录电路、IHD-PLC弱电电源接口分别与IHD-PLC窄带载波电路相连。

所述的M-PLC和C-PLC硬件电路完全一样，仅软件有差别，如图3所示，包括窄带载波电路，采用珠海中慧的SWNP270F芯片；信号发送电路；信号耦合电路；接收滤波电路；信号解调电路采用珠海中慧的SWNO4361芯片；指示灯电路；调试串口电路；程序烧录电路；M-PLC强电电源接口；M-PLC弱电通信接口；M-PLC强电电源接口与M-PLC信号耦合电路相连，用于供电和信号传输；M-PLC信号解调电路与M-PLC信号耦合电路相连；M-PLC窄带载波电路通过M-PLC接收滤波电路与M-PLC信号解调电路相连接；M-PLC窄带载波电路相连通过M-PLC信号发送电路与M-PLC信号耦合电路相连；

M-PLC指示灯电路、M-PLC调试串口电路、M-PLC程序烧录电路、M-PLC弱电电源接口分别与M-PLC窄带载波电路相连。

如图4所示，IHD-PLC主用交流供电电路，交流电经过开关电源电路供电进行正常工作，开关电源IC为PI(PowerIntegrations)公司的TNY274芯片，该IC的开关频率为132KHZ，开关电源输出+12V±0.7V供信号发射电路，400mA。12V通过7805三端稳压器(Imax＝800mA)输出5V供载波芯片。

如图5所示，IHD-PLC备用干电池供电电路；采用两节AAA1.8V的干电池串联供电，电池容量1.2AH。利用美国国家半导体公司设计的LM2623升压IC进行升压到+5V4＝5.4V。IHD-PLC可以在无市电的情况下采用3V干电池供电的方式进行电力线载波通信，方便用户在停电的情况下缴费。该干电池由2节1.8V组成，可待机60天或至少288条不分帧报文(载波64字节)的传输。

如图6所示，IHD-PLC防倒灌电路；由于采用了两路供电，为了防止电压相互间的影响，用了D5和D16的两个二极管确保主用交流供电电路输出端的12V和5V线路电流的单向流动，并输出VHH；用了D15的二极管确保备用干电池供电电路升压输出端的5.4V线路电流的单向流动，并输出5V1；用了一个D11的二极管确保DVCC线路电流的单向流动，并输出5V1。

如图7所示，IHD-PLC电源控制电路；交流或直流提供的5V1经过一个PMOS管，利用PMOS管的开关作用对弱电接口的PLC_POWER＝5V电源进行控制。

如图8所示，IHD-PLC电源切换电路；由于有两路电源供电，在主用交流电供电电路与备用干电池供电电路间有一个电源切换电路。通过TOREX(特瑞仕)公司的XC61CN2502MR电压检测IC对交流提供的+12V电源分压得到的3V电压进行电压检测，当有12V电压时，MAIN_DROP输出5V高电平，无12V时，MAIN_DROP输出低电平。如图5所示，当MAIN_DROP为+5V高电平时，Q3导通，LM2623的EN脚为低电平，备用干电池供电电路不工作，当MAIN_DROP为低电平时，Q3断开，LM2623的EN脚上拉到电池电源，备用干电池供电电路工作。由此达到主用交流电供电电路与备用干电池供电电路的相互切换。

如图9所示，窄带载波芯片电路(IHD-PLC和M-PLC一致)；采用珠海中慧SWNP270F芯片，此芯片采用了先进的直接序列扩频(DSSS)技术及CSMA/CA冲突检测与避让机制，保证多主抢占式通信的稳定可靠性。单电源VDD＝1.6～5.5供电，可编程闪存64KB,数据闪存4KB,SRAM＝4KB，20MHz的外部晶振提供时钟频率。当焊接R10而将R7置空时，为C-PLC，当焊接R7而将R10置空时，为M-PLC。

如图10所示，信号发送电路(IHD-PLC和M-PLC一致)；载波信号SSCOUT为5VTTL电平的信号，由SWNP270F芯片的24脚SSCAOUT输出，经过ROHM/罗姆公司的US6M2的MOS管将该信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行L8、C26的串联LC滤波，最后输出标准的正弦波信号INOUT。

如图11所示，信号耦合电路(IHD-PLC和M-PLC一致)，由OKAYA(冈谷)公司设计的安规电容C19＝0.15uF/310VAC；BT1信号耦合变压器的磁芯采用越峰电子材料股份有限公司生产的型号为A102，尺寸：10*6*5(即外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米)，绕线采用直径0.3mm的双层或三层绝缘线，两个绕组各绕17圈，再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量在700uH～1600uH；硕凯电子(SOCAY)的VP1瞬态二极管SMBJ22CA三部分组成。其中，C6滤除交流50Hz信号，采用隔离变压器BT1使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C6和隔离变压器的次级线圈电感L构成高通滤波器的功能，VP1消除来自电力线的瞬间冲击电压，保护后级电路。信号耦合输出接收到的INOUT信号，并传入到接收滤波电路。

如图12所示，接收滤波电路(IHD-PLC和M-PLC一致)；从信号耦合电路输出的INOUT信号，经过带通滤波器和模拟前端电路SWNO4361接收来自电力线上的扩频通信信号并进行模拟解调，最终输出FSK信号至信号解调电路。其设计目标是提高频带内的信号接收功率，并最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，且使无源滤波网络的插入损耗最小。

如图13所示，信号解调电路(IHD-PLC和M-PLC一致)；载波信号FSK首先由16脚输入，与1脚输入的185kHz信号进行混频，混频后得到一个差频(270kHz‐185kHz＝85kHz)和一个和频(270kHz+185kHz＝455kHz)，由于是两个频率的混叠，所以此时的波形比较杂乱，由第3脚输出，经过LT455BW陶瓷滤波器滤波后，波形仅保留和频455kHz，由第5脚输入，经过限幅放大、鉴频、音频放大后恢复数据雏形，此时的波形由于含有455kHz的信号，所以比较杂乱，由第9脚输出，再经过有源滤波放大限幅后，滤除455kHz信号，仅保留数据雏形，由11脚输出，经过电容耦合后，再由12脚输入，经过静噪指示后，由13脚输出SSCIN信号到载波芯片的29脚，此时已经恢复数字信号，完成解调过程。一个完整的窄带载波信号发送、耦合、滤波、解调、接收过程得到完成。

如图14所示，指示灯电路、调试串口电路和程序烧录电路(IHD-PLC和M-PLC一致)；指示灯电路的红灯为HL3，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第11脚LED_TXD，红灯闪烁时表示载波有数据发送；绿灯为HL4，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第13脚LED_RXD，绿灯闪烁时表示载波接收到数据。调试串口以2.54mm的1×3单排通孔作为连接件，其收发管脚分别连接在SWNP270F芯片的第20脚和第21脚。程序烧录接口总共4个管脚，以2.54mm的1×5单排通孔作为连接件，为了防止反插，特意将第4脚去掉，其中第1脚表示VDD＝5V电源；第2脚表示复位信号引脚RESET；第3脚表示信号地GND；第4脚悬空；第5脚表示数据信号引脚TOOL0。

如图15所示，IHD-PLC弱电电源接口；弱电电源接口为一个2PIN的2.54mm间距的排插孔，直接焊线接电池弹簧座，第1脚为正，第二脚为负。

如图16所示，IHD-PLC弱电通信接口；弱电通信接口以2.54mm的2×5双排插座作为连接件，与上层板的插针相匹配。其中，第1脚为干电池供电电压VBAT,信号方向为输出；第2脚悬空；第3、4脚为给上层板供电的电源5V1，由干电池升压后提供或7805提供，信号方向为输出；第5脚为上层板给IHD-PLC发送信号PLC_POWER，控制IHD-PLC的5V电源，信号方向为输入；第6脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的发送脚TXD_TOP，信号方向为输入；第7脚为电压检测信号MAIN_DROP，信号方向为输出；第8脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的接收脚RXD_TOP，信号方向为输出；第9脚为通信地VSS，第10脚悬空。

如图17所示，IHD-PLC强电电源接口；强电接口以2个3*5mm的焊盘作为连接件，与标准交流电220V电源母座相匹配焊接，两个焊盘分别接火线L和零线N。作为信号耦合的接入端。

如图18所示，M-PLC强电电源接口；以2.54mm的2×4双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的强电插座相匹配。其中，第1、2脚为火线接口L，第3、4、5、6脚悬空；第7、8脚为零线接口N。火线和零线作为信号耦合的接入端。

如图19所示，M-PLC弱电通信接口；弱电通信接口以2.54mm的2×6双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的弱电插座相匹配。其中，第1、2脚为电表提供的电源VCC＝12V；第3、4脚为通信地VSS＝GND；第5脚串口发送脚TXD，信号方向为输出；第6脚为电表提供的电源VDD＝5V；第7脚MAC地址设置使能脚SET，低电平时，方可设置载波模块MAC地址；第8脚为串口接收脚RXD，信号方向为输入；第9脚为复位脚RST，信号方向为输入；第10脚悬空；第11脚为事件检测管脚EVENOUT，信号方向为输出，当有事件发生时，输出高电平，请求查询异常事件；查询完毕输出低电平；第12脚悬空。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请所涉及的实用新型范围，不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，包括集中器、若干分体式键盘表、若干户内显示单元，所述户内显示单元和所述分体式键盘表数量相同；

所述集中器进一步包括集中器载波模块和通信模块，所述户内显示单元进一步包括底板载波模块，所述分体式键盘表进一步包括电能表载波模块，所述集中器载波模块通过电力线与所述电能表载波模块相连，所述电能表载波模块通过电力线与底板载波模块相连；所述通信模块用于将电能表数据传送至管理中心。

2.根据权利要求1所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，所述电能表载波模块插入所述分体式键盘表表内PCB的背部用于插放载波模块的位置，所述底板载波模块与户内显示单元的电源部分在同一块PCB板上，并与所述户内显示单元的上层PCB板通过一个10Pin的插口组装在一起。

3.根据权利要求1所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，所述集中器安装在任意位置，所述分体式键盘表安装在电线杆上，所述户内显示单元安装在居民家里。

4.根据权利要求1～3任一所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，还包括抄控器，所述抄控器进一步包括抄控器载波模块，所述抄控器载波模块通过电力线与电能表载波模块和底板载波模块相连。

5.根据权利要求1～3任一所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，所述底板载波模块包括主用交流电供电电路、备用干电池供电电路、防倒灌电路、电源控制电路、电源切换电路、IHD-PLC窄带载波电路、IHD-PLC信号发送电路、IHD-PLC信号耦合电路、IHD-PLC接收滤波电路、IHD-PLC信号解调电路、IHD-PLC信号防干扰电路、IHD-PLC指示灯电路、IHD-PLC调试串口电路、IHD-PLC程序烧录电路、IHD-PLC弱电电源接口、IHD-PLC强电电源接口；

所述主用交流电供电电路和备用干电池供电电路分别连接至电源控制电路，电源控制电路连接至电源切换电路，电源切换电路连接至防倒灌电路，IHD-PLC强电电源接口连接至所述主用交流供电电路；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；

IHD-PLC强电电源接口与IHD-PLC信号耦合电路相连，用于供电和信号传输；IHD-PLC信号解调电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；IHD-PLC窄带载波电路通过IHD-PLC接收滤波电路与IHD-PLC信号解调电路相连接；IHD-PLC窄带载波电路通过IHD-PLC信号发送电路与IHD-PLC信号耦合电路相连；

IHD-PLC指示灯电路、IHD-PLC调试串口电路、IHD-PLC程序烧录电路、IHD-PLC弱电电源接口分别与IHD-PLC窄带载波电路相连。

6.根据权利要求5所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，

交流电经过开关电源电路供电进行正常工作，所述开关电源电路为TNY274芯片，所述开关电源电路输出+12V±0.7V电压供信号发射电路，通过三端稳压器后输出5V供载波芯片；

所述干电池供电电路，采用两节AAA1.8V的干电池串联供电，电池容量1.2AH，通过LM2623升压IC进行升压到5.4V；

所述防倒灌电路，用于防止+12V电压和+5V电压相互间的影响，使用D5和D16两个二极管确保主用交流供电电路输出端的12V和5V线路电流的单向流动，并输出VHH；使用D15二极管确保备用干电池供电电路升压输出端的5.4V线路电流的单向流动，并输出5V1；使用一个D11二极管确保DVCC线路电流的单向流动，并输出5V1；

所述电源控制电路采用PMOS管构成，5V1经过所述PMOS管，利用所述PMOS管的开关作用对弱电接口的电源进行控制；

所述电源切换电路，用于对所述主用交流电供电电路和备用干电池电路进行切换；通过XC61CN2502MR电压检测IC对交流提供的+12V电源分压得到的3V电压进行电压检测，当有12V电压时，MAIN_DROP输出5V高电平，无12V时，MAIN_DROP输出低电平，当MAIN_DROP为+5V高电平时，Q3导通，LM2623的EN脚为低电平，备用干电池供电电路不工作，当MAIN_DROP为低电平时，Q3断开，LM2623的EN脚上拉到电池电源，备用干电池供电电路工作；由此达到主用交流电供电电路与备用干电池供电电路的相互切换；

所述IHD-PLC窄带载波芯片电路包括SWNP270F芯片；

所述IHD-PLC信号发送电路；载波信号SSCOUT为5VTTL电平的信号，由SWNP270F芯片的24脚SSCAOUT输出，经过ROHM/罗姆公司的US6M2的MOS管将该信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行L8、C26的串联LC滤波，最后输出标准的正弦波信号INOUT；

所述IHD-PLC信号耦合电路，包括安规电容C19，容值为0.15uF/310VAC；BT1信号耦合变压器的磁芯采用越峰电子材料股份有限公司生产的型号为A102，尺寸：外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米，绕线采用直径0.3mm的双层或三层绝缘线，两个绕组各绕17圈，再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量在700uH～1600uH；硕凯电子的VP1瞬态二极管SMBJ22CA三部分组成，其中，C6滤除交流50Hz信号，采用隔离变压器BT1使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C6和隔离变压器的次级线圈电感L构成高通滤波器的功能，VP1消除来自电力线的瞬间冲击电压，保护后级电路；信号耦合输出接收到的INOUT信号，并传入到接收滤波电路；所述IHD-PLC接收滤波电路从信号耦合电路输出的INOUT信号，经过带通滤波器和模拟前端电路SWNO4361接收来自电力线上的扩频通信信号并进行模拟解调，最终输出FSK信号至信号解调电路；

所述IHD-PLC信号解调电路的载波信号FSK首先由16脚输入，与1脚输入的185kHz信号进行混频，混频后得到一个差频85kHz和一个和频455kHz，由于是两个频率的混叠，所以此时的波形比较杂乱，由第3脚输出，经过LT455BW陶瓷滤波器滤波后，波形仅保留和频455kHz，由第5脚输入，经过限幅放大、鉴频、音频放大后恢复数据雏形，由第9脚输出，再经过有源滤波放大限幅后，滤除455kHz信号，仅保留数据雏形，由11脚输出，经过电容耦合后，再由12脚输入，经过静噪指示后，由13脚输出SSCIN信号到载波芯片的29脚，此时已经恢复数字信号，完成解调过程；

IHD-PLC指示灯电路的红灯为HL3，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第11脚LED_TXD，红灯闪烁时表示载波有数据发送；绿灯为HL4，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第13脚LED_RXD，绿灯闪烁时表示载波接收到数据；调试串口以2.54mm的1×3单排通孔作为连接件，其收发管脚分别连接在SWNP270F芯片的第20脚和第21脚；程序烧录接口总共4个管脚，以2.54mm的1×5单排通孔作为连接件，为了防止反插，特意将第4脚去掉，其中第1脚表示VDD＝5V电源；第2脚表示复位信号引脚RESET；第3脚表示信号地GND；第4脚悬空；第5脚表示数据信号引脚TOOL0；

所述IHD-PLC弱电电源接口为一个2PIN的2.54mm间距的排插孔，直接焊线接电池弹簧座，第1脚为正，第二脚为负；

所述IHD-PLC弱电通信接口以2.54mm的2×5双排插座作为连接件，与上层板的插针相匹配；其中，第1脚为干电池供电电压VBAT,信号方向为输出；第2脚悬空；第3、4脚为给上层板供电的电源5V1，由干电池升压后提供或7805提供，信号方向为输出；第5脚为上层板给IHD-PLC发送信号PLC_POWER，控制IHD-PLC的5V电源，信号方向为输入；第6脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的发送脚TXD_TOP，信号方向为输入；第7脚为电压检测信号MAIN_DROP，信号方向为输出；第8脚为上层板和IHD-PLC之间通信串口的接收脚RXD_TOP，信号方向为输出；第9脚为通信地VSS，第10脚悬空；

IHD-PLC强电电源接口以2个3*5mm的焊盘作为连接件，与标准交流电220V电源母座相匹配焊接，两个焊盘分别接火线L和零线N作为信号耦合的接入端。

7.根据权利要求4所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，所述电能表载波模块包括M-PLC窄带载波电路；M-PLC信号发送电路；M-PLC信号耦合电路、M-PLC接收滤波电路、M-PLC信号解调电路、M-PLC指示灯电路、M-PLC调试串口电路、M-PLC程序烧录电路、M-PLC强电电源接口、M-PLC弱电通信接口；所述抄控器载波模块与所述电能表载波模块电路相同；

M-PLC强电电源接口与M-PLC信号耦合电路相连，用于供电和信号传输；M-PLC信号解调电路与M-PLC信号耦合电路相连；M-PLC窄带载波电路通过M-PLC接收滤波电路与M-PLC信号解调电路相连接；M-PLC窄带载波电路通过M-PLC信号发送电路与M-PLC信号耦合电路相连；

M-PLC指示灯电路、M-PLC调试串口电路、M-PLC程序烧录电路、M-PLC弱电电源接口分别与M-PLC窄带载波电路相连。

8.根据权利要求7所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，

所述M-PLC窄带载波芯片电路包括SWNP270F芯片；

所述M-PLC信号发送电路；载波信号SSCOUT为5VTTL电平的信号，由SWNP270F芯片的24脚SSCAOUT输出，经过ROHM/罗姆公司的US6M2的MOS管将该信号转化为更高电平的方波信号，然后对方波信号进行L8、C26的串联LC滤波，最后输出标准的正弦波信号INOUT；

所述M-PLC信号耦合电路，包括安规电容C19，容值为0.15uF/310VAC；BT1信号耦合变压器的磁芯采用越峰电子材料股份有限公司生产的型号为A102，尺寸：外径10毫米，孔径6毫米，厚度5毫米，绕线采用直径0.3mm的双层或三层绝缘线，两个绕组各绕17圈，再套热缩管加固，在270kHz/0.1V条件下测得单个绕组电感量在700uH～1600uH；硕凯电子的VP1瞬态二极管SMBJ22CA三部分组成，其中，C6滤除交流50Hz信号，采用隔离变压器BT1使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C6和隔离变压器的次级线圈电感L构成高通滤波器的功能，VP1消除来自电力线的瞬间冲击电压，保护后级电路；信号耦合输出接收到的INOUT信号，并传入到接收滤波电路；

所述M-PLC接收滤波电路从信号耦合电路输出的INOUT信号，经过带通滤波器和模拟前端电路SWNO4361接收来自电力线上的扩频通信信号并进行模拟解调，最终输出FSK信号至信号解调电路；

所述M-PLC信号解调电路的载波信号FSK首先由16脚输入，与1脚输入的185kHz信号进行混频，混频后得到一个差频85kHz和一个和频455kHz，由于是两个频率的混叠，所以此时的波形比较杂乱，由第3脚输出，经过LT455BW陶瓷滤波器滤波后，波形仅保留和频455kHz，由第5脚输入，经过限幅放大、鉴频、音频放大后恢复数据雏形，由第9脚输出，再经过有源滤波放大限幅后，滤除455kHz信号，仅保留数据雏形，由11脚输出，经过电容耦合后，再由12脚输入，经过静噪指示后，由13脚输出SSCIN信号到载波芯片的29脚，此时已经恢复数字信号，完成解调过程；

M-PLC指示灯电路的红灯为HL3，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第11脚LED_TXD，红灯闪烁时表示载波有数据发送；绿灯为HL4，正极接5V电源，负极接SWNP270F芯片的第13脚LED_RXD，绿灯闪烁时表示载波接收到数据；调试串口以2.54mm的1×3单排通孔作为连接件，其收发管脚分别连接在SWNP270F芯片的第20脚和第21脚；程序烧录接口总共4个管脚，以2.54mm的1×5单排通孔作为连接件，为了防止反插，特意将第4脚去掉，其中第1脚表示VDD＝5V电源；第2脚表示复位信号引脚RESET；第3脚表示信号地GND；第4脚悬空；第5脚表示数据信号引脚TOOL0；

M-PLC强电电源接口以2.54mm的2×4双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的强电插座相匹配；其中，第1、2脚为火线接口L，第3、4、5、6脚悬空；第7、8脚为零线接口N；火线和零线作为信号耦合的接入端；

M-PLC弱电通信接口以2.54mm的2×6双排插座作为连接件，与国网2009年标准单相载波电表的弱电插座相匹配；其中，第1、2脚为电表提供的电源VCC＝12V；第3、4脚为通信地VSS＝GND；第5脚串口发送脚TXD，信号方向为输出；第6脚为电表提供的电源VDD＝5V；第7脚MAC地址设置使能脚SET，低电平时，方可设置载波模块MAC地址；第8脚为串口接收脚RXD，信号方向为输入；第9脚为复位脚RST，信号方向为输入；第10脚悬空；第11脚为事件检测管脚EVENOUT，信号方向为输出，当有事件发生时，输出高电平，请求查询异常事件；查询完毕输出低电平；第12脚悬空。

9.根据权利要求8所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，当焊接R10而将R7置空时，为抄控器载波模块/C-PLC，当焊接R7而将R10置空时，为电能表载波模块/M-PLC。

10.根据权利要求1～3任一所述的分体式键盘表载波通信系统，其特征在于，所述通信模块为GPRS模块、3G通信模块或4G通信模块。