CN205405850U - 一种针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，包括电力线接口、电表接口、电力线通讯调制解调芯片、控制器、LoRa无线通讯模块、供电模块和天线。本实用新型采用LoRa无线通讯技术解决电力线120KHz通讯频段受干扰通讯效果差、抄见率低的问题。LoRa无线通讯技术功耗低、抗干扰能力强，空旷地区通讯距离大于5公里。将其与电力线载波通讯的有线局域通讯相结合，可以有效改善传统用电信息采集系统通讯成功率低的问题，提高应用现场的抄见率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线转发终端，尤其是一种针对电力线载波通讯的无线转发终端。
背景技术
根据用电信息采集终端在全国范围的使用经验积累看来，在诸如密集的个体加点、冶炼厂、水泵房等供电线路较为复杂、集中的区域，以及低功率因素负载的区域，120KHz电力线载波通讯信号会受到较强的吸收衰减及干扰，从而使得电力线载波通讯成功率降低，影响抄见率。
LoRa是由升特公司（Semech）发布的一种专用于无线电调制解调的技术。LoRa技术，又称为远程无线射频技术（LongRange），它同时融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，使用高扩频因子将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。LoRa采用点对点通信方式，无需网格化网络，可以以低发射功率获得更广的传输范围和传输距离。
本实用新型将电力线载波通讯中受到干扰的电力线载波数据通过LoRa无线转发终端进行广播，利用无线通讯信道以及LoRa调制解调技术克服了电力线载波通讯的干扰，从而从根本上提高了整个用电信息采集系统的通讯成功率。而且本实用新型提供的LoRa无线转发终端可直接介入电力线载波通讯系统，施工简单，效果立竿见影。
发明内容
本实用新型的目的在于：针对120KHz电力线载波通讯成功率低的问题，提出一种针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，通过广播电力线载波数据的方式来提高用通讯的成功率。
本实用新型提供的转发终端具体设计方案如下：
一种针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于：所述的LoRa无线转发终端连接电力线和用户电表；LoRa无线转发终端包括电力线接口、电表接口、电力线通讯调制解调芯片、控制器、LoRa无线通讯模块、供电模块和天线；
其中供电模块连接电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块，为电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块供电；LoRa无线转发终端内通过电表接口连接用户电表；电表接口的另一端连接电力线通讯调制解调芯片；电力线调制解调芯片还同时连接电力线接口和控制器；电力线接口在连接电力线调制解调芯片的同时还连接电力线；控制器在连接电力线调制解调芯片的同时，通过LoRa无线通讯模块连接天线。
在电力线载波通信不受干扰时，电力线接口将接收到的指令信息传输至电力线载波通讯调制解调芯片，由电力线载波通讯调制解调芯片对指令信息进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，同时将控制其他终端所连接的用户电表的指令发送至控制器，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，将调制好的用电信息通过电力线接口发送至电力线进行传输；控制器对控制其他终端所连接的用户电表的指令进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输；
在电力线载波通信受干扰严重时，LoRa无线通讯模块通过天线接收指令信息，并将接收到的指令信息发送至控制器进行处理，控制器将处理后的指令信息发送至电力线载波通讯调制解调芯片进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，调制后的用电信息传输至控制器进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输。
所述电力线接口为220V工频交流信号隔离转换电路，隔离220V工频交流并通过120KHz载波信号。
所述电力线载波通讯调制解调芯片选用工作频点在120KHz，调制方式为BPSK的电力线通讯专用芯片。
BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)即二进制相移键控，是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一。它利用偏离相位的复数波组合来表现信息键控移相。BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的波，令一方代表0，另一方代表1，从而可以同时传送接受2值(1比特)的信息。
所述控制器采用MCULPC812M101JDH20控制器，控制器通过UART异步串口与电力线通讯调制解调芯片相连并交互数据，控制器通过SPI口与LoRa无线通讯模块相连，控制器根据协议对电力线通讯调制解调芯片传输来的指令进行处理并打包，并将打包后的指令发送至LoRa无线通讯模块，驱动LoRa无线通讯模块并进行数据传输。
其中，UART异步端口，即通用异步收发传输器（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)端口。UART可实现全双工的传输和接收，并对数据进行串并转换。
SPI是串行外设接口（SerialPeripheralInterface）的缩写。SPI口可以提供高速全双工同步通信，并且上只占用芯片的四根管脚。在节约芯片管脚的同时，也节省了电路板上的空间。
MCULPC812M101JDH20控制器是一种32位的微控制器(MCU，MicrocontrollerUnit)。它具备实时功能，同时具有32位应用能力。由于MCULPC812M101JDH20控制器采用了一个二级流水线，在降低功耗的同时还提高了它的性能。
所述LoRa无线模块为基于LoRa无线通讯技术的SPI接口模块，工作频率为470MHz-510MHz，发射功率为50mW，开阔通讯距离为5公里。
所述电表接口为RS-485通讯接口。
有益效果
本实用新型使用LoRa无线通讯技术取代电力线传输技术对受干扰较大的区域进行用电采集信息的转发，从而避免了电力线信道上受到环境因素影响而产生的干扰。本实用新型所述的转发终端，增加了原有用电信息采集系统的通讯方式。即将原先的用电信息采集系统的通讯信道从单一的电力线通讯信道增加至电力线通讯信道与无线信道两种。采用LoRa无线通讯技术进行转发相比单纯采用载波通讯方式提高了通讯成功率，也使得系统的抄见率（即抄表成功率）更高。
本实用新型所述的转发终端在添加至用电信息采集系统中时，仅需在电力线通讯干扰严重、抄见率不佳的区域成对接入即可，施工简便，对原系统有良好的兼容性。而且本实用新型所提供的转发终端不需要调试、免于维护。
本实用新型所采用的LoRa无线通讯技术功耗低，且传输距离远，能充分的满足用电信息采集系统的通讯需求。且LoRa无线通讯技术采用点对点通信方式，无需网格化网络，因而不需要对现有的用电信息采集系统进行特别的改造。
本实用新型所采用的MCULPC812M101JDH20控制器功耗低，配合LoRa无线通讯技术使得本申请所提供的转发终端在能耗方面的优势更加显著。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为各主要部分连接图。
具体实施方式
本实施例针对电力线通讯干扰提供一种用于提高载波II型采集器抄见率的LoRa无线转发终端，基本结构如图1所示。其特征在于：所述的LoRa无线转发终端连接电力线和用户电表；LoRa无线转发终端包括电力线接口、电表接口、电力线通讯调制解调芯片、控制器、LoRa无线通讯模块、供电模块和天线；
其中供电模块连接电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块，为电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块供电；LoRa无线转发终端内通过电表接口连接用户电表；电表接口的另一端连接电力线通讯调制解调芯片；电力线调制解调芯片还同时连接电力线接口和控制器；电力线接口在连接电力线调制解调芯片的同时还连接电力线；控制器在连接电力线调制解调芯片的同时，通过LoRa无线通讯模块连接天线。
在电力线载波通信不受干扰时，电力线接口将接收到的指令信息传输至电力线载波通讯调制解调芯片，由电力线载波通讯调制解调芯片对指令信息进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，同时将控制其他终端所连接的用户电表的指令发送至控制器，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，将调制好的用电信息通过电力线接口发送至电力线进行传输；控制器对控制其他终端所连接的用户电表的指令进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输。
在电力线载波通信受干扰严重时，LoRa无线通讯模块通过天线接收指令信息，并将接收到的指令信息发送至控制器进行处理，控制器将处理后的指令信息发送至电力线载波通讯调制解调芯片进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，调制后的用电信息传输至控制器进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输广播。
本实用新型以在用电信息采集系统中加入转发中端的方式将受干扰区域载波讯方式转换为LoRa无线通讯方式以应对电力线载波通讯120KHz频段的干扰，提高电力线载波通讯受阻区域的通讯成功率，改善抄见率。而通讯未受干扰的终端仍可通过电力线载波的通讯方式传输用电信息。本实用新型所述的电表接口选用RS-485通讯接口，通过RS-485接口连接用户电表，实现对用电信息的读取与传输。
本申请所述的LoRa转发终端通过广播的方式进行寻址，用电信息和指令信息可以通过本终端进行双向的传输。
本实用新型所针对II型采集器（如DCZL12-1296型），它符合国家电网公司的《电力用户用电信息采集系统》系列标准，电磁兼容性能优良，能抵御高压尖峰脉冲、强磁场、强静电、雷击浪涌的干扰，且具有较强的温度自适应能力范围；同时，由于运用了宽电压范围设计，其具有更高的可靠性；可以在当地或远程方便地修改设备参数；而且，载波II型采集器配备有存储芯片，可采集其所挂接的485电表档案信息的存储；此外，它还使用了ABS防水阻燃材料，采用壁挂式结构，体积轻巧、安装方便。载波II型采集器设有1路红外维护口，1路RS-485抄表接口，存储采用4KBitEEPROM，电表规约为DL/T645—1997DL/T645—2007。为了配合载波II型采集器，本实用新型所述LoRa转发终端具体模块选择如下：
所述电力线接口为220V工频交流信号隔离转换电路，其作用是隔离220V工频交流并通过120KHz载波信号。
所述电力线载波通讯调制解调芯片选用工作频点在120KHz，调制方式为BPSK的电力线通讯专用芯片。
所述控制器采用MCULPC812M101JDH20控制器，控制器通过UART异步串口与电力线通讯调制解调芯片相连并交互数据，控制器通过SPI口与LoRa无线通讯模块相连，控制器根据协议对电力线通讯调制解调芯片传输来的指令进行处理并打包，并将打包后的指令发送至LoRa无线通讯模块，驱动LoRa无线通讯模块并进行数据交互。其中URAT异步串口和SPI口具体引脚的连接关系参见图2。URAT异步串口连接电力线通讯调制解调芯片的RXD、TXD、GND端口；SPI口连接LoRa无线通讯模块的RST、SDO、SDI、SCLK、CS端口。
所述LoRa无线模块为基于LoRa无线通讯技术的SPI接口模块，工作频率为470MHz-510MHz，发射功率为50mW，开阔通讯距离为5公里。
所述电力线通讯调制解调芯片，为工作频点为120KHz，调制方式为BPSK的电力线通讯专用芯片。
所述LoRa无线模块为基于LoRa无线通讯技术的SPI接口模块，工作频率为470MHz-510MHz，发射功率为50mW，开阔通讯距离为5公里。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于：所述的LoRa无线转发终端连接电力线和用户电表；LoRa无线转发终端包括电力线接口、电表接口、电力线通讯调制解调芯片、控制器、LoRa无线通讯模块、供电模块和天线；
其中供电模块连接电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块，为电力线载波通讯调制解调芯片、控制器和LoRa无线通讯模块供电；LoRa无线转发终端内通过电表接口连接用户电表；电表接口的另一端连接电力线通讯调制解调芯片；电力线调制解调芯片还同时连接电力线接口和控制器；电力线接口在连接电力线调制解调芯片的同时还连接电力线；控制器在连接电力线调制解调芯片的同时，通过LoRa无线通讯模块连接天线。
2.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，在电力线载波通信不受干扰时，电力线接口将接收到的指令信息传输至电力线载波通讯调制解调芯片，由电力线载波通讯调制解调芯片对指令信息进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，同时将控制其他终端所连接的用户电表的指令发送至控制器，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，将调制好的用电信息通过电力线接口发送至电力线进行传输；控制器对控制其他终端所连接的用户电表的指令进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输；
在电力线载波通信受干扰严重时，LoRa无线通讯模块通过天线接收指令信息，并将接收到的指令信息发送至控制器进行处理，控制器将处理后的指令信息发送至电力线载波通讯调制解调芯片进行解调，并将控制本终端所连接的用户电表的指令发送至电表接口，电表接口控制抄收所连接的用户电表并接收用户电表的用电信息，然后将用电信息送至电力线通讯调制解调芯片进行调制，调制后的用电信息传输至控制器进行打包，并将打包后的指令发送至通过LoRa无线通讯模块，最后由LoRa无线通讯模块通过天线进行传输。
3.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，电力线接口为220V工频交流信号隔离转换电路，隔离220V工频交流并通过120KHz载波信号。
4.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，所述电力线载波通讯调制解调芯片选用工作频点在120KHz、调制方式为BPSK的电力线通讯专用芯片。
5.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，所述控制器采用MCULPC812M101JDH20控制器，控制器通过其内部的UART异步串口与电力线通讯调制解调芯片相连并交互数据，控制器通过其内部的SPI口与LoRa无线通讯模块相连；控制器根据协议对电力线通讯调制解调芯片传输来的指令进行处理并打包，并将打包后的指令发送至LoRa无线通讯模块，驱动LoRa无线通讯模块并进行数据传输。
6.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，所述LoRa无线模块为基于LoRa无线通讯技术的SPI接口模块，工作频率为470MHz-510MHz，发射功率为50mW，开阔通讯距离为5公里。
7.如权利要求1所述的针对电力线通讯干扰的LoRa无线转发终端，其特征在于，所述电表接口为RS-485通讯接口。
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