基于电力线载波的抄表系统设计

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1、电子质量(2o15第04期)基于电力线载波的抄表系统设计计算机KQ一330待调制信号—l--RXIRX．I

2、—__J载波输入信号I解调后信号卜啊一TX0UT——一．一l载波输出信号GL——竺l数据集中器图3载波芯片部分引脚图载波模块如图3所示，RX、TX引脚与电表MCU相连实现电表与载波模块通信。数据集中器发出的指令信号通过电低压电力线载波力线输入载波电表中KQ330的IRX，该芯片将输入的载波指令信号解调还原为数字信号，并送入载波电表的MCU，MCU根据接收的信号读出集中器与载波电表通信规约中规定的有效指令，进而去完成该指令所要求的l操作。抄取的数据(如电量、时间等信息)再通过载波芯

3、片ll调制为载波应答信号，最后馈人电力线通信信道，实现载波模块载波模块自动抄表回。电表电表2．2载波模块的输入输出调理电路图1系统总结构图如图4所示，电表的MCU传来载波应答信号经载大、A／D转换和乘法器电路进行乘法运算，进而完成电波芯片KQ330调制后输出T1，T1是频率为120KHz和能计量f1]。电能数据由MCU传给载波模块，经调制后进135KHz的方波信号，两种频率分别代表数字信号0和人低压电力网，实现与数据集中器的通信。1。由于方波信号直接经放大后进行通信效率低、功率小，故将方波信号经L4、c7、c8组成的Lc振荡电路变换成正弦波，然后经过驱动、放大、耦合电路进入电力线L、N

4、，虽然电路较为复杂，但效率高、输出功率大。电力线上传来的信号经过带通滤波电路选出需要的频率信号，该信号输入到载波芯片的IRX进行解调，最后传给载波电表的MCU。2．3过零检测电路目前，我国使用的是50Hz的交流电，每个交流周期会出现两次峰值，两次峰值将会带来两次脉冲干扰，即在电力线中存在着固定的频率为100Hz的脉冲干扰，这图2载波电表结构图对电力载波的质量存在很大的威胁。为了避免这一固定的脉冲干扰，可以利用交流正弦波每个周期两次过零点2载波模块设计时进行数据传输。2．1载波芯片工作方式所谓零点时刻这里指的是接近零点的一个微小范围，零点的确定可以通过硬件设计实现。如图5所示，电要实现载

5、波信号在电力线上准确传输，关键在于载力线上的信号经过一个光电耦合器，输出零点检测信号波模块的设计，其中载波模块的核心部分为电力线载波GL到载波芯片。当输入信号不为零时光耦中三极管接专用芯片。本设计采用四川科强电子生产的载波芯片通，GL=0；当输入信号信号为零即过零点的时刻，光耦KQ一330，实现了信号的调制和解调，进而将信号传入电中三极管截止，GL=I。除此之外，也可以利用电压比较力网络。器进行过零检测。这样既有效提高了电力载波的通信质量，也可以满足系统对传输信息量和传输速度的要求。26基于电力线载波的抄表系统设计电子质量(2015第04期)2G×笪REs^叫l2701”‘n∞hlWI

6、’lVccMODE)_画垦堕>c考~-100C0uI)F5／16V．1Ll【’·R24_7K-ED=9=D

7、=l=0—--------二_5vKQ。30GL7器厂6h．=垂I-IIJI，、：RXGNDlIlc3I1I口______TX暑0-33Td—O1．1Ul4厂．1．，、，、．．．)(上髓lIl680opFr娜pT·⋯厂II30：01Ⅻ1厂＼一0．1，250图4输入输出调理电路调制方式，具有调制方法简单、易于实现、解调不需要恢复本地载波、可异步传输、抗噪声和抗衰落性能较强等优点，因而在中低速数据传输系统中得到了广泛的应用。3载波抄表的实现数据集中器是电力线载波自动抄表系统的关键部分

8、，主要由MCU、载波模块、存储单元、时钟单元、显示等部分组成，负责载波电表与计算机管理中心的联系，起图5过零检测电路总线隔离、信息定时存储和中转传送的作用。2．4载波通信技术数据集中器与载波电表之间通过电力线通信，传送的方式分为两种：一种是三相耦合方式即三相之间利用若要在电力线上实现可靠的数据传输，采用合适的电容耦合，经一个载波模块连接到集中器，这种方法简物理层调制解调技术至关重要。常见的有频移键控单、节约成本；另一种是三相三模块方式即每相连接一(FsK)、直接序列扩频(Dsss)、跳频扩频(FHss)等。Dsss将个载波模块，这种方式相与相之间无关联，不会叠加干低速数据扩展至高速码流

9、传输，FHss则使用一组频率扰信号，通信质量高。为了保证高质量的通信，本设计采并通过一定规律的跳变来传输数据。DsSS和FHss占用三相三模块传送方式，其结构如图6所示。其中，载波用较宽的频带，可较好地对付频率选择性干扰，但在接模块之间采用半双工的工作方式，即数据可以沿两个方收端具有较宽的噪声带宽。FSK用不同频率来传输二进向传输，但两个方向的传输不能同时进行。制数据流，占用较窄带宽阿。本设计中载波芯片采用FsK计算机管理中心通过公用电话网络，