CN212782268U - 一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，包括MCU控制模块、宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB‑IoT通信模块、数据存储模块、计量模块，所述MCU控制模块分别与宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB‑IoT通信模块、数据存储模块、计量模块电连接；该基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，具有有线和无线两种通信方式，相比于现有电能表的单模通信方式，该电能表通信系统具有更好的抗干扰能力，能够更好的适应复杂的工作环境，将多种通信方式的优点进行整合并利用，可以提高采集系统的抗干扰能力，提高集抄系统的可靠性和成功率。

Description

一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统

技术领域

本实用新型属于移动通信技术领域，具体涉及一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统。

背景技术

随着智能电能表的广泛使用，我国已逐步建立和完善了电网的用电信息采集系统，该系统实现了电网公司营销管理的集约化、标准化和精益化，提升了电网公司供电服务的质量，目前，在用电信息采集系统中的本地通信方式应用最广的是电力载波通信方式，电力载波通信是利用低压电力线作为载波传输媒介的一种通信方式，不需要重新架设网络，成本低廉。电力载波分为窄带电力载波和宽带电力载波两种方式，电力线宽带载波具有性能高、速率快、扩展性强的优点，正越来越多地被运用到用电信息采集系统中，但电力线作为通信介质有许多非理想因素，如时变性强、信道衰减严重，干扰和噪声强等，尤其在用电高峰期是，电力线载波容易出现通信效果不理想的情况。

窄带物联网NB-IoT，不受电力线的各种因素影响，不受电网用电高峰期和噪声干扰等因素影响，而且NB-IoT技术相对于2G/3G/4G无线技术，具有更高的覆盖增益，可以覆盖到楼宇深处，但其通信速率相对较低。

受限于国家电网公司对接口形式和外观规格的统一要求，电能表往往配置一个宽带电力载波通信模块，单模通信方式的工作模式单一，在现场环境复杂时会出现采集效果不理想的情况；宽带电力载波通信采用低压电力线缆作为通信介质，具有建设快、成本低等优点，但是电力线通信环境复杂，尤其是在用电高峰期，电力线上的噪声干扰和信号衰减严重，致使部分边缘节点无法通信。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有电能表在传输用电数据容易受到环境影响的问题。

为此，本实用新型提供了一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，包括MCU控制模块、宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块，所述MCU控制模块分别与宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块电连接。

还包括时钟同步模块，所述时钟同步模块与MCU控制模块电连接。

所述时钟同步模块的型号为RX-8025A。

所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，还包括电源模块，所述电源模块与MCU控制模块电连接。

所述MCU控制模块的型号为STM32L151C8T6。

所述数据存储模块型号为W25Q128。

所述计量模块的型号为CSE7766。

所述宽带载波HPLC通信模块的型号为SSC1650。

所述窄带物联网NB-IoT通信模块的型号为BC-95。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，具有有线和无线两种通信方式，相比于现有电能表的单模通信方式，该电能表通信系统具有更好的抗干扰能力，能够更好的适应复杂的工作环境，将多种通信方式的优点进行整合并利用，可以提高采集系统的抗干扰能力；所设置的窄带物联网NB-IoT采用无线通信，不受电力线噪声和电力线衰减的影响，并且NB-IoT采用较窄的带宽，更高的频谱密度，具有更大的覆盖增益，可以覆盖到建筑物深处区域，宽带电力载波和窄带物联网技术结合，可以有效提升电力采集的成功率。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1为基于宽带载波和窄带物联网双模的网络架构图。

图2为基于宽带载波和窄带物联网双模的电能表通信系统原理图。

图3为基于宽带载波和窄带物联网双模通信流程图。

图4为MCU主控电路图。

图5为存储模块电路图。

图6为时钟同步模块电路图。

图7为计量模块电路图。

图8为宽带载波HPLC模块电路原理图。

图9为NB-IoT无线通信模块电路原理图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为此，本实用新型提供了一种如图1～图9所示的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，包括MCU控制模块、宽带载波HPLC 通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块，所述MCU控制模块分别与宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块电连接；所述宽带载波HPLC模块实现电能表与集中器之间的通信；所述窄带物联网NB-IoT模块实现电能表与NB基站之间的通信；两种通信方式结合使用不仅能够提高电能表的抗干扰能力，而且能够提高集抄系统的可靠性和成功率。

所述基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，还包括时钟同步模块，所述时钟同步模块与MCU控制模块电连接。

进一步的，如图6所示，所述时钟同步模块主要为电能表提供时间基准；时钟同步模块采用RX-8025A芯片。芯片内部自带32.768KHz具有温度补偿功能的晶振，工作电压为1.7V～5.5V，时间累积误差很小，运行一个月的误差小于0.5秒，运行精度高。

进一步的，如图4所示，所述MCU控制模块是电能表的核心，数据的采集、处理与传送都是在控制模块下进行；所述MCU控制模块的型号为 STM32L151C8T6。

进一步的，如图5所示，所述数据存储模块由存储芯片电路组成，主要用来存储初始参数、驱动、全数据采集和全事件上报等数据。存储单元通过SPI接口与主控单元通信。数据存储模块采用型号为W25Q128的 FLASH存储器，容量为128MB，通信频率最大可达104MHz，存储模块的电路原理图如图所示，芯片的片选引脚/CS、时钟引脚CLK以及数据输入DI、输出引脚DO与单片机SPI四根信号线分别对应相连。

进一步的，如图7所示，所述计量模块主要采集各种计量数据，包括环境信息和用电信息等，所述计量模块的型号为CSE7766。

进一步的，如图8所示，所述宽带载波HPLC采用OFDM调制解调方式，频段为2-12MHZ，通信速率100kbps-25Mbps。其工作原理是电压线上的载波信号通过内部的耦合变压器从初级部分耦合到次级部分，而来自电能表的信号也是通过耦合变压器从次级部分耦合到初级部分，从而将信号传送到电力线上完成载波通信。宽带载波模块采用SSC1650芯片。

进一步的，如图9所示，窄带物联网NB-IoT通信模块与主控MCU模块可以通过USB、PHY等高速率接口传输数据，终端的入网功能，数据发送、接收功能都要依靠其实现。NB-IOT模块采用BC-95通信芯片，芯片尺寸紧凑，支持超低功耗，超高灵敏度，支持COAP协议和UDP协议。其电路图如下图所示。USIM卡提供终端在蜂窝网络中的身份识别与鉴权功能，芯片与USIM卡连接，USIM_CLK，USIM_DATA，USIM_RST分别是USIM卡的时钟、数据、复位引脚。

最后，需要说明的是，所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，还包括电源模块，所述电源模块与MCU控制模块电连接。所述电源模块将输入的交流电进行电压转换，它为电能表各元件提供稳定的工作电压，保证整个系统的稳定运行。该电源模块主要由整流单元、滤波单元、变压单元、稳压单元组成；整流单元为常用的交流-直流整流桥，其作用是将220V交流电转换成直流电；滤波单元的作用是将直流电中的交流杂波滤除；变压单元的作用是将所得到的的直流电转换为满足各个电路模块工作需求的直流电；稳压单元的作用是稳定所得到的直流电，以便确保各个电路模块能够获得稳定的电源。该电源模块为现有技术中常用电源模块，本实施例不再详述。

实际应用该基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统的电能表的步骤如下：

Step1:电能表上电，上电完成后，进行step2；

Step2:电能表采用宽带电力载波(HPLC)组网，如果组网成功，则进行step4，如果未组网成功，进行stpe3；

Step3:电能表采用窄带物联网NB-IoT组网，组网完成后，进行step4；

Step4:对组网成功的电能表进行优化，如果当前电能表的宽带载波组网层级小于X级，则进行step6，否则进行step5；

Step5:如果当前NB-IoT信号强度小于R，进行step6；否则进行step3；

Step6:电能表通信组网优化完成。

综上所述，该基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，具有有线和无线两种通信方式，相比于现有电能表的单模通信方式，该电能表通信系统具有更好的抗干扰能力，能够更好的适应复杂的工作环境，将宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块两种通信方式的优点进行整合并利用，可以提高采集系统的抗干扰能力；所设置的宽带电力载波通信是电力采集系统中最常用的通信手段，其采用低压电力线缆作为通信介质，具有建设快、成本低等优点；所设置的窄带物联网NB-IoT采用无线通信，不受电力线噪声和电力线衰减的影响，并且NB-IoT采用较窄的带宽，更高的频谱密度，具有更大的覆盖增益，可以覆盖到建筑物深处区域，宽带电力载波和窄带物联网技术结合，可以有效提升电力采集的成功率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：包括MCU控制模块、宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块，所述MCU控制模块分别与宽带载波HPLC通信模块、窄带物联网NB-IoT通信模块、数据存储模块、计量模块电连接。

2.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：还包括时钟同步模块，所述时钟同步模块与MCU控制模块电连接。

3.如权利要求2所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述时钟同步模块的型号为RX-8025A。

4.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块与MCU控制模块电连接。

5.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述MCU控制模块的型号为STM32L151C8T6。

6.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述数据存储模块型号为W25Q128。

7.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述计量模块的型号为CSE7766。

8.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述宽带载波HPLC通信模块的型号为SSC1650。

9.如权利要求1所述的基于宽带载波和窄带物联网双模通信的电能表通信系统，其特征在于：所述窄带物联网NB-IoT通信模块的型号为BC-95。

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