CN217721191U - 一种高速电力线载波通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于通信技术领域，公开了一种高速电力线载波通信系统。包括电力线高速载波通信模组和边缘计算模组，其中：所述电力线高速载波通信模组用于数据采集；所述边缘计算模组用于接收所述电力线高速载波通信模组的数据进行边缘计算；所述电力线高速载波通信模组和所述边缘计算模组通过串口通信。通过电力线高速载波通信模组的数据采集和边缘计算模组的边缘计算，并将电力线高速载波通信模组和边缘计算模组进行串口通讯，改变了传统电力线高速载波通信模组功能单一的缺陷，同时使用空间小，效率高。

Description

一种高速电力线载波通信系统

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种高速电力线载波通信系统。

背景技术

随着智能电能表的广泛使用，电网的用电信息采集系统也越来越完善，该系统实现了电网营销管理的集约化、标准化和精益化，提升了电网供电服务的质量。同时由于低压台区需采集数据量的剧增和多元化，单单依靠主站集中式处理的方式已经无法满足对海量数据的分析计算，故需引入边缘计算，通过减轻主站压力来实现台区本地边缘计算和任务处理。

由于用电采集集中器只配置了一个本地载波通信模块槽位和一个远程4G通信模块槽位，无法安装边缘计算模块，现有的解决方法是利用具有边缘计算能力的能源控制器代替原有用电信息采集系统中的采集集中器。由于现存的采集集中器数量庞大，全部更换造成不容小视的资源浪费，同时更换过程需安装调试，存在费用高、影响采集业务等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高速电力线载波通信系统，以解决现有技术中的问题；

为了实现上述技术方案，本实用新型提供如下技术方案：

一种高速电力线载波通信系统，包括电力线高速载波通信模组和边缘计算模组，其中：

所述电力线高速载波通信模组用于数据采集；

所述边缘计算模组用于接收所述电力线高速载波通信模组的数据进行边缘计算；

所述电力线高速载波通信模组和所述边缘计算模组通过串口通信。

进一步地，所述电力线高速载波通信模组包括：载波通信主控芯片、载波耦合电路、过零检测电路、放大电路、LED指示灯、存储器和时钟信号器，其中：

所述载波耦合电路、过零检测电路、放大电路与所述存储器和所述时钟信号器分别与所述载波通信主控芯片连接，并形成双向数据传输，所述LED指示灯连接于所述载波通信主控芯片的控制端。

进一步地，所述电力线高速载波通信模组还包括光电隔离器和电源控制单元，其中：

所述光电隔离器设置于所述电力线高速载波通信模组上，所述电源控制单元设置于所述电力线高速载波通信模组上，与所述载波通信主控芯片相连接，用于给所述电力线高速载波通信模组供电。

进一步地，所述边缘计算模组包括微处理器ARM、内存器DRAM、存储器FLASH和蓝牙模组，其中：

所述微处理器ARM设置于所述边缘计算模组上，所述内存器DRAM、存储器FLAS和蓝牙模组分别连接于所述微处理器ARM，并形成双向数据传输。

进一步地，还包括连接组件，所述连接组件包括采集集中模块、移动终端、采集主站、变压器和电能表，其中：

支持边缘计算的高速电力载波模块设置于采集集中模块内，采集集中模块包括采集集中器和通信模块，高速电力线载波通信系统、采集集中器和通信模块分别互联进行数据采集和传输，所述采集主站与所述采集集中模块中的通信模块相连接，并形成双向数据传输；所述移动终端与所述采集集中模块中的高速电力线载波通信系统相连接，并进行双向数据传输；所述变压器通过多相电线与所述采集集中器相连接，所述电能表包括至少一个三相电能表和多个单相电能表，三相电能表通过所述多相电线连接于连接变压器和采集集中器的多相电线上，单相电能表连接于所述多相电线的零线和火线上。

进一步地，所述电能表用于收集用户电量的使用情况，在电能表内设置有载波通信模块，电能表内的载波通信模块与边缘计算的高速载波通信模块进行相互通信，用于传输电量数据。

进一步地，所述串口为UART串口，UART串口的一端连接于处理器ARM上，另一端连接于载波通信主控芯片上。

进一步地，还包括外壳，所述外壳设置于所述电力线高速载波通信模组和边缘计算模上，将所述电力线高速载波通信模组和所述边缘计算模包覆。

进一步地，所述外壳上设置有电源、信号接收/发送模块和指示灯，其中：

所述电源、信号接收/发送模块和指示灯均固定设置于所述外壳上，所述信号接收/发送模块与所述电源相连接，所述指示灯与载波通信主控芯片相连接。

进一步地，所述边缘计算模组上固定设置有多个针脚，多个所述针脚包括信号发送针脚、信号接收针脚、复位输入针脚、电源地针脚、直流电源针脚和若干支撑针脚。

相较于现有技术，本实用新型的优点在于：

通过电力线高速载波通信模组的数据采集和边缘计算模组的边缘计算，并将电力线高速载波通信模组和边缘计算模组进行串口通讯，通过边缘计算模组对电力线高速载波通信模组采集的数据进行计算，改变了传统电力线高速载波通信模组功能单一的缺陷，同时边缘计算模组使用空间小，效率高。

通过边缘计算模组的结构，能够对电力线高速载波通信模组采集的数据进行计算，同时，搭载有边缘计算模组的电力线高速载波通信模组直接安装在台区原有集中器，而集中器不需要进行升级，省时省费。

通过外壳的结构，将电力线高速载波通信模组和边缘计算模包覆，避免了电力线高速载波通信模组和边缘计算模受损。

通过在外壳上设置电源、信号接收/发送模块和指示灯的结构，使得当高速电力线载波通信系统出现运行问题时能够及时预警，进一步保障了边缘计算的准确性和可靠性。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一种高速电力线载波通信系统硬件结构框图示意图；

图2为本实用新型一种高速电力线载波通信系统硬件连接的整体结构示意图；

图3为本实用新型一种高速电力线载波通信系统和连接组件连接的整体结构示意图；

其中：1-变压器、2-采集集中器、3-采集主站、4-移动终端、5-三相电能表、6-单相电能表、7-通信模块、8-高速电力线载波通信系统、9-信号发送针脚、10-信号接收针脚、11-复位输入针脚、12-电源地针脚、13-直流电源针脚、14-第一支撑针脚、15-第二支撑针脚、16-零线、 17-火线。

具体实施方式

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

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本实用新型提供进一步的详细说明。除非另有指明，本实用新型所采用的所有技术术语与本实用新型所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。

本实用新型的一种高速电力线载波通信系统通过边缘计算的高速电力线载波通信模块，将边缘计算嵌入到该高速电力线载波通信模块中并应用于用电信息采集中，实现了低压配电台区的智能管理。该高速电力线载波通信系统8改变传统采集集中器2的功能单一的缺陷；并且支持边缘计算的高速电力线载波通信的除能提供1Mbps级的数据传输速率，同时提供边缘计算能力。边缘计算模组自行侦听电力线高速载波信道，只有在信道空闲时才会进行数据采集，不会对原有业务产生影响，另外边缘运算在边缘计算模组中实现，不会频繁和主站进行交互，不会频繁占用集中器的上行信道。同时，高速电力线载波通信系统8直接安装在台区原有集中器，而集中器不需要进行软件升级，省时省费。

进一步地，如图1所示，电力线高速载波通信模组包括载波通信主控芯片、电源控制单元、载波耦合电路、过零检测电路、放大电路、存储器和时钟信号器，其中电源控制单元和光电隔离器通过电力线连接于电力线高速载波通信模组的第一控制端和第二控制端，载波耦合电路、过零检测电路、放大电路、时钟信号器和存储器分别连接于载波通信主控芯片的输入端， LED指示灯连接于载波通信主控芯片的输出端。

进一步地，如图2所示，边缘计算模组包括存储单元和蓝牙模组，其中存储单元包括微处理器ARM、内存器DRAM、第二内存器FLASH和蓝牙模组，其中：内存器DRAM、第二内存器FLASH和蓝牙模组分别连接于微处理器ARM的第一输入端、第二输入端和第三输入端。其中，边缘计算模组用于存储电力线载波通信模组采集发送的数据信息，并进行边缘计算。

进一步地，边缘计算模组设置于电力线高速载波通信模组上，通过串口进行通信，以插针插槽的方式进行连接，可进行插拔操作。更为具体地，边缘计算模组上设置有多个针脚，其中边缘计算模组上的信号发送针脚9，信号接收针脚10、复位输入针脚11、电源地针脚12和支撑针脚分别对应插入于电力线高速载波通信模组的针脚插槽内。

进一步具体地，蓝牙模组与微处理器ARM相连接且形成双向数据传输，对外提供与手机和手持终端的通信，可以通过手机和手持终端对边缘计算模组进行调试。

进一步具体地，边缘计算模组采用300MHz主频，32位ARM内核，64M片内存、128MFLASH，1路UART、2路SPI、2路IIC、3路USB2.0、2路10/100M以太网、8路12位ADC，且内嵌枢纽轻量级操作系统采用Docker容器自主编排技术及基础APP，并支持数据采集和设备控制，同时具备边缘计算的支撑能力，包含边缘计算APP管理、函数计算、流计算和批量计算。

进一步，的边缘计算模组由的电力线载波通信模组上的电源控制单元提供工作电源，工作电压为3.3V。

进一步地，本实用新型的一种支持边缘计算的高速电力载波通信模块和边缘计算模块以采集集中器2的方式在应用中与外部电网相连接，其中外部电网包括变压器1、采集主站3、移动终端4和电能表，其中：电能表包括两个单相电能表6和一个三相电能表5，两个单相电能表6和一个三相电能表5分别对应连接于变压器1的多相电线上，两个单相电能表6分别连接于连接三相电能表5和变压器1的零线和火线上，其中变压器1和三相电能表5分别位于外部电网的两端，两个单相电能表6位于变压器1和三相电能表5之间。具体地，边缘计算模组和电力线高速载波通信模组设置于采集集中器2上，采集集中器2的一端分别连接于连接变压器1和三相电能表5的多相电线上，边缘计算高速载波模块设置于采集集中模组上，采集集中模组包括通信模块、边缘计算高速载波模块和采集集中器2，采集主站3连接于采集集中模组上的通信模块上，与通信模块的控制端相连接，移动终端4连接于采集集中模组的边缘计算高速载波模块的控制端上，三相电能表5、两个单相电能表6负责收集台区用户电量使用情况，生成冻结时段电量数据，各电能表通过安装在其内部的载波通信模块与安装在的采集集中器2 的支持边缘计算的高速载波通信模块进行通信，传输电量数据；本实用新型用于汇聚各电能表的信息采集和转发工作，在本地执行端实时接收台区电能表的电量数据，采用边缘计算模组，实现了信息流的有序管理和智能识别，不仅数据传输时延小，而且减轻主站的运算处理压力。

进一步地电能表包括但不限于两个单相电能表6和一个三相电能表5，三相电能表5和单相电能表的数量也可设置为多个。

优选地，通信模块为4G/5G通信模块。

可选地，通讯模块为有线通讯，如光纤，通过光纤将各个模块相连接。

进一步地，边缘计算模组与本地载波通信模组通过UART串口进行通信，UART串口的一端连接于处理器ARM上，另一端连接于载波通信主控芯片上。

进一步，高速电力线载波通信系统8还包括外壳，电力线载波通信模组、边缘计算模组在外壳内。外壳上面板上还设有PWR电源、信号发送/接收、ABC相位LED指示灯，LED指示灯实现系统运行状态的展示。

优选的，高速电力线载波通信模组的载波主控芯片融合模拟前端、基带调制解调、数字信号处理、CPU内核等功能，提供物理层PHY、介质访问控制层MAC、适配层ADP、网络层NET和应用层APP，型号为Hi3911CRQIV200。

边缘计算模组中微处理器ARM采用低功耗的STM32F301芯片主频为180MHz，DRAM为64Mb，FLASH介质选用eMMC，eMMC可选配4GB/8GB/16GB；且内嵌枢纽轻量级操作系统采用Docker容器自主编排技术及基础APP，并支持数据采集和设备控制，同时具备边缘计算的支撑能力，包含边缘计算APP管理、函数计算、流计算和批量计算。

进一步地，如图3所示，连接组件包括主站端管理模块、采集集中器2和电能表，其中：电能表是负责收集台区用户电量使用情况，生成冻结时段电量数据，各电能表通过安装在其内部的载波通信模块与安装在的采集集中器2的支持边缘计算的高速载波通信模块进行通信，传输电量数据。此外本实用新型还可用于汇聚各电能表的信息采集和转发工作，在本地执行端实时接收台区电能表的电量数据，采用边缘计算模组，实现了信息流的有序管理和智能识别，不仅数据传输时延小，而且减轻主站的运算处理压力。

进一步地，如图2所示，边缘计算模组上的针脚包括：信号发送针脚9、信号接收针脚 10、复位输入针脚11、电源地针脚12、直流电源针脚13和若干支撑针脚。具体地，支撑针脚包括第一支撑针脚14和第二支撑针脚15。但支撑针脚包括但不限于第一支撑针脚14和第二支撑针脚15。

最后应当说明的是：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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，包括电力线高速载波通信模组和边缘计算模组，其中：

所述电力线高速载波通信模组用于数据采集；

所述边缘计算模组用于接收所述电力线高速载波通信模组的数据进行边缘计算；

所述电力线高速载波通信模组和所述边缘计算模组通过串口通信。

2.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述电力线高速载波通信模组包括：载波通信主控芯片、载波耦合电路、过零检测电路、放大电路、LED指示灯、存储器和时钟信号器，其中：

所述载波耦合电路、过零检测电路、放大电路与所述存储器和所述时钟信号器分别与所述载波通信主控芯片连接，并形成双向数据传输，所述LED指示灯连接于所述载波通信主控芯片的控制端。

3.根据权利要求2所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述电力线高速载波通信模组还包括光电隔离器和电源控制单元，其中：

所述光电隔离器设置于所述电力线高速载波通信模组上，所述电源控制单元设置于所述电力线高速载波通信模组上，与所述载波通信主控芯片相连接，用于给所述电力线高速载波通信模组供电。

4.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述边缘计算模组包括微处理器ARM、内存器DRAM、存储器FLASH和蓝牙模组，其中：

所述微处理器ARM设置于所述边缘计算模组上，所述内存器DRAM、存储器FLAS和蓝牙模组分别连接于所述微处理器ARM，并形成双向数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，还包括连接组件，所述连接组件包括采集集中模块、移动终端(4)、采集主站(3)、变压器(1)和电能表，其中：

高速电力线载波通信系统设置于采集集中模块内，采集集中模块包括采集集中器(2)和通信模块(7)，高速电力线载波通信系统(8)、采集集中器(2)和通信模块(7)分别互联进行数据采集和传输，所述采集主站(3)与所述采集集中模块中的通信模块(7)相连接，并形成双向数据传输；所述移动终端(4)与所述采集集中模块中的高速电力线载波通信系统(8)相连接，并进行双向数据传输；所述变压器(1)通过多相电线与所述采集集中器(2)相连接，所述电能表包括至少一个三相电能表(5)和多个单相电能表(6)，三相电能表(5)通过所述多相电线连接于连接变压器(1)和采集集中器(2)的多相电线上，单相电能表(6)连接于所述多相电线的零线(16)和火线(17)上。

6.根据权利要求5所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述电能表用于收集用户电量的使用情况，在电能表内设置有载波通信模块(7)，电能表内的载波通信模块(7)与边缘计算的高速载波通信模块(7)进行相互通信，用于传输电量数据。

7.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述串口为UART串口，UART串口的一端连接于处理器ARM上，另一端连接于载波通信主控芯片上。

8.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，还包括外壳，所述外壳设置于所述电力线高速载波通信模组和边缘计算模上，将所述电力线高速载波通信模组和所述边缘计算模包覆。

9.根据权利要求8所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述外壳上设置有电源、信号接收/发送模块和指示灯，其中：

所述电源、信号接收/发送模块和指示灯均固定设置于所述外壳上，所述信号接收/发送模块与所述电源相连接，所述指示灯与载波通信主控芯片相连接。

10.根据权利要求1所述的一种高速电力线载波通信系统，其特征在于，所述边缘计算模组上固定设置有多个针脚，多个所述针脚包括信号发送针脚(9)、信号接收针脚(10)、复位输入针脚(11)、电源地针脚(12)、直流电源针脚(13)和若干支撑针脚。

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