一种多模多频通信传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多模多频通信传输系统，该系统包括：通信单元，用于通过电力线耦合的方式收发不同频率的载波信号；通信单元包括第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块，第四载波模块和MCU主控制器；用电信息采集终端，用于接收通信单元传输过来的载波信号；至少四个计量表；其中，通信单元与用电信息采集终端中的多模多频接口单元通过RJ45接口的8芯网络线相连；每个计量表与通信单元通过电力线连接；第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块和第四载波模块与MCU主控制器相连。该系统实现解决不同厂家的载波模块不能兼容抄表的问题，实现不同载波的互联互通。
【专利说明】
一种多模多频通信传输系统
技术领域
[0001] 本发明电力系统技术领域，特别是涉及一种多模多频通信传输系统。
【背景技术】
[0002] 目前，随着电网计量自动化系统的覆盖推进，目前电网大量的专变、公变，以及 21%的低压集抄用户已经实现自动采集，而且后续推进的速度和覆盖的范围都会进一步提 高，在前期的覆盖工作的开展中发现一些问题，特别是载波抄表通信技术的升级换代和不 同厂家的技术壁皇，经常带来终端和电能表之间载波通信的不兼容，给计量自动化系统长 期的维护和技术升级工作带来了严重的制约。目前市场上面载波抄表的厂家大概有10家左 右，不同厂家之间由于载波频率和调制方式不同，导致载波市场一直处互不兼容的现状，市 场上面也没有一款产品能同时实现载波模块的互联互通，同一台区中，不同厂家的载波模 块不能兼容抄表，不同载波之间不能互联互通。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种多模多频通信传输系统，以解决不同厂家的载波模块不 能兼容抄表的问题，实现不同载波的互联互通。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种多模多频通信传输系统，包括：
[0005]通信单元，用于通过电力线耦合的方式收发不同频率的载波信号；所述通信单元 包括第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块，第四载波模块和MCU主控制器;其中，所 述第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块和第四载波模块为四个不同厂家的载波模 块；
[0006] 用电信息采集终端，用于接收所述通信单元传输过来的载波信号；
[0007] 至少四个计量表；
[0008] 其中，所述通信单元与用电信息采集终端中的多模多频接口单元通过RJ45接口的 8芯网络线相连;每个计量表与所述通信单元通过电力线连接;所述第一载波模块，第二载 波模块，第三载波模块和第四载波模块与MCU主控制器相连。
[0009] 优选的，所述用电信息采集终端包括GPRS/LTE模块和所述多模多频通信接口单 元;所述多模多频通信接口单元设置在用电信息采集终端上的本地模块接口上，与所述本 地模块接口插接相连。
[0010] 优选的，所述MCU主控制器用于接收到各种不同频率的载波信号后，将载波信号进 行处理后透明传输给所述用电信息采集终端。
[0011]优选的，所述通信单元与用电信息采集终端之间的数据传输与控制信号传输采用 透明传输方式。
[0012]优选的，所述多模多频通信接口单元中包括RJ45接口，由8根平行的通信网络线组 成。
[0013]优选的，所述通信单元还包括：电源模块，用于将AC220V转换为DC12V，供给通信单 元中的所有载波模块。
[0014] 优选的，通信单元中的四个载波模块均设置在通信单元上的集中器接口上，每个 载波模块对应一个集中器接口，与集中器接口插接连接。
[0015] 优选的，所述MCU主控制器还包括:与所述第一载波模块相连的第一RLC滤波电路， 与所述第二载波模块相连的第二RLC滤波电路，与所述第三载波模块相连的第三RLC滤波电 路，和与所述第四载波模块相连的第四RLC滤波电路。
[0016] 优选的，所述计量表的个数为四个，第一计量表为第一载波模块对应的厂家的计 量表，第二计量表为第二载波模块对应的厂家的计量表，第三计量表为第三波模块对应的 厂家的计量表，第四计量表为第四载波模块对应的厂家的计量表。
[0017] 本发明所提供的一种多模多频通信传输系统，该系统包括:通信单元，用于通过电 力线耦合的方式收发不同频率的载波信号;所述通信单元包括第一载波模块，第二载波模 块，第三载波模块，第四载波模块和MCU主控制器;其中，所述第一载波模块，第二载波模块， 第三载波模块和第四载波模块为四个不同厂家的载波模块；用电信息采集终端，用于接收 所述通信单元传输过来的载波信号；至少四个计量表;所述通信单元与用电信息采集终端 中的多模多频接口单元通过RJ45接口的8芯网络线相连;每个计量表与所述通信单元通过 电力线连接;所述第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块和第四载波模块与MCU主控 制器相连。可见，第一载波模块、第二载波模块、第三载波模块和第四载波模块这四个载波 模块是四个不同厂家的载波模块，通信单元通过主控制器将不同载波信号传输给用电信息 采集终端，电信息采集终端上的多模多频接口单元实现通信单元与用电信息采集终端的信 号传输，这样实现了不同厂家载波模块的互联互通，解决了不同厂家的载波模块不能和同 一个终端之间的抄表，所以该系统解决同一台区中，不同厂家的载波模块不能兼容抄表的 问题，实现不同载波的互联互通。
【附图说明】
[0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0019] 图1为本发明所提供的一种多模多频通信传输系统的结构示意图；
[0020] 图2为多模多频通信传输系统的具体框架图；
[0021 ]图3为多模多频通信传输系统的原理框图；
[0022]图4为接口单元和南网13标准集中器之间接口定义原理图；
[0023]图5为接口单元与通信单元之间接口定义原理图；
[0024]图6为通信单元上面载波模块接口与集中器模块接口的原理图；
[0025] 图7为多模多频通信单元的抄表方案流程图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明的核心是提供一种多模多频通信传输系统，以解决不同厂家的载波模块不 能兼容抄表的问题，实现不同载波的互联互通。
[0027]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 术语解释：
[0029] 多模多频通信：指将窄带载波抄表、宽带载波抄表、双模抄表、微功率无线抄表这 四种抄表模式结合起来，在不同工作频率的环境下，实现对用电信息的双向传输。
[0030] 用电信息采集器终端:对各信息采集点用电信息采集的设备。可以实现电能表数 据的采集、数据管理、数据双向传输以及转发或执行控制命令的设备。以下简称终端。
[0031] 请参考图1，图1为本发明所提供的一种多模多频通信传输系统的结构示意图，该 系统包括：
[0032] 通信单元101，用于通过电力线耦合的方式收发不同频率的载波信号；通信单元 1 〇 1包括第一载波模块11，第二载波模块12，第三载波模块13，第四载波模块14和MCU主控制 器15;
[0033]其中，第一载波模块11，第二载波模块12,第三载波模块13和第四载波模块14为四 个不同厂家的载波模块；
[0034]用电信息采集终端102,用于接收通信单元101传输过来的载波信号；
[0035] 至少四个计量表103;
[0036]其中，通信单元101与用电信息采集终端102中的多模多频接口单元21通过RJ45接 口的8芯网络线相连；
[0037]每个计量表103与通信单元101通过电力线连接；
[0038]第一载波模块11，第二载波模块12,第三载波模块13和第四载波模块14与MCU主控 制器15相连。
[0039]可见，该系统中，第一载波模块、第二载波模块、第三载波模块和第四载波模块这 四个载波模块是四个不同厂家的载波模块，通信单元通过主控制器将不同载波信号传输给 用电信息采集终端，电信息采集终端上的多模多频接口单元实现通信单元与用电信息采集 终端的信号传输，这样实现了不同厂家载波模块的互联互通，解决了不同厂家的载波模块 不能和同一个终端之间的抄表，所以该系统解决同一台区中，不同厂家的载波模块不能兼 容抄表的问题，实现不同载波的互联互通。
[0040] 基于上述系统，具体的，用电信息采集终端包括GPRS/LTE模块和多模多频通信接 口单元;多模多频通信接口单元设置在用电信息采集终端上的本地模块接口上，与本地模 块接口插接相连。
[0041] Μ⑶主控制器用于接收到各种不同频率的载波信号后，将载波信号进行处理后透 明传输给用电信息采集终端。
[0042]其中，通信单元与用电信息采集终端之间的数据传输与控制信号传输采用透明传 输方式。
[0043]其中，多模多频通信接口单元中包括RJ45接口，由8根平行的通信网络线组成。 [0044]进一步的，通信单元还包括：电源模块，用于将AC220V转换为DC12V，供给通信单元 中的所有载波模块。
[0045] 通信单元中的四个载波模块均设置在通信单元上的集中器接口上，每个载波模块 对应一个集中器接口，与集中器接口插接连接。插接连接即插在集中器接口上，集中器接口 就是集中器上的接口，插在集中器接口上就是设置在集中器上，每个载波模块设置在通信 单元的集中器上，一个载波模块对应设置在一个集中器上，通信单元上有四个集中器接口， 也有四个集中器，每个集中器有一个集中器接口，来插接载波模块。文中的集中器也称为集 中器模块。
[0046] 具体的，计量表的个数为四个，第一计量表为第一载波模块对应的厂家的计量表， 第二计量表为第二载波模块对应的厂家的计量表，第三计量表为第三波模块对应的厂家的 计量表，第四计量表为第四载波模块对应的厂家的计量表。文中的计量表也称为计量表本 体。
[0047]进一步的，所述MCU主控制器还包括：与所述第一载波模块相连的第一RLC滤波电 路，与所述第二载波模块相连的第二RLC滤波电路，与所述第三载波模块相连的第三RLC滤 波电路，和与所述第四载波模块相连的第四RLC滤波电路。
[0048]系统中四个载波模块通过电力线耦合信号给通信单元的时候，存在信号互相干扰 的问题，严重的时候回导致通信单元上面的集中器接口不能组网抄表。为解决这四厂家的 载波模块在电力线上面信号互绕问题，分别在电力线耦合电路上面增加带通和带阻滤波器 电路，用RLC电路组成滤波器电路。这些RLC滤波器电路分别增加在集中器接口的电力线耦 合电路后，具体设置在MCU主控制器上。因为不同载波厂家的载波频率，工作带宽都不一样， 同过增加滤波器电路，实现了通信单元接收载波信号的互绕问题。
[0049]多模多频通信传输系统将不同厂家的载波模块实现互联互通，能够有效解决同台 区载波方案混合使用的问题，减少计量自动化系统长时间建设和维护中出现的一系列问 题，例如新老技术不兼容老技术难以被新型优势技术取代，以及老旧设备停产导致原有台 区在无法采购到轮换设备，导致整个台区都需要投入大量资金全部重新建设采集系统等问 题。
[0050] 本发明的多模多频通信传输系统应市场需求而生，实现了不同厂家载波模块的互 联互通，达到以下成果：
[0051] 1、解决了在台区内电网升级改造过程中，不同厂家的载波模块不能和同一个终端 之间的抄表。
[0052] 2、采用特有的软硬件设计方式，实现终端与不同载波表之间的控制信号和数据的 透明传输和处理传输。
[0053] 3、即插即用，无需人工设置。通过多频通信传输系统的指示灯就可以判断载波模 块的组网，数据收发。
[0054]详细的，多模多频通信传输系统的具体框架图如图2所示，该系统中，多模多频接 口单元主要用来传输终端和通信单元之间的数据，传输方式是RJ45接口的8芯网络线，通信 单元通过电力线耦合的方式收发不同频率的载波信号，然后通过通信单元的MCU主控制器 处理收发到的各种载波信号，然后通过多模多频接口单元传给终端。通信单元和多模多频 接口单元之前通过网线连接，通信单元和计量表之间通过电力线连接，或者小无线连接。通 信单元接收到各种载波频率的信号后，将信号处理后透明传输和处理传输给终端，终端与 接口单元之间的数据传输与控制信号传输采用透明传输方式。需要说明的是文中的终端均 指代用电信息采集终端，也称为用电信息采集终端本体，可简称为终端本体。
[0055] 详细的，图3为多模多频通信传输系统的原理框图。终端本体上面的本地模块接 口，插上多模多频的接口单元即多模多频接口单元，接口单元上面有RJ45接口，由8根平行 的通信网络线组成。需要说明的是，终端本体即指代用电信息采集器终端，接口单元指代多 模多频接口单元。
[0056] 终端本地上选择南网13集中器标准接口，对于接口单元和终端本体，接口电路如 图4所示。其中1^_六(：1'、1^_1^疆、1^+、1^-、了0+、了0-这6根信号线是以太网接口信号，用来 上行和主站通信的方式之一。
[0057] RST、DEC_RXD、DEC_TXD、/SET、GND这5根信号线就是接口单元和通信单元之间的数 据和控制信号。D12V这个电源是终端提供给接口单元，接口单元上面通过LD0电路降为5V和 3.3V，根据协议接口单元需要向终端提供5V电平，3.3V电路供以太网电路使用。
[0058] 接口单元上面的RJ45接口原理如图5中所示。RJ45接口通过8芯的平行网络线连接 到通信单元，接口单元上面的数据与控制信号，通过电平变化后直连到RJ45接口上面。 [0059]通信单元工作步骤如下：
[0060] 步骤一：给通信单元上AC220V电源后，通过通信单元上面的电源模块，稳压输出 DC12V，供给通信单元上面的载波模块，AC220V还要供载波模块的强电部分。图6为通信单元 上面载波模块接口与集中器模块接口的原理图。图6中，左边的图为载波模块接口，右边的 图为集中器模块接口，载波模块是设置在集中器模块上的。
[0061] 步骤二:通信单元上有4个集中器模块的位置，分别插入4家不同厂家的集中器模 块，分别选取四家，本发明最多可以同时支持4家不同载波厂家的模块。
[0062] 有代表性的载波厂家：鼎信、东软、高通、中宸泓昌。四家载波的基本情况如下表1 所示。然后将这四家载波厂家的集中器模块插入通信单元，4个集中器模块位置可以互换， 插针接口为南网13集中器接口协议。通信单元上面这四个集中器模块的位置，可以放入南 网13接口的任何厂家的载波或者无线模块，为方便说明该专利的原理，下面选取表1中的4 家集中器模块进行分析原理。
[0063] 表 1
[0065] 步骤三:整个系统中，需要在表端插入与集中器模块对应的载波或者无线表模块， 从图3系统原理框图可以知晓。在计量表上面插入鼎信、东软、高通宽带、中宸泓昌（双模模 块)这四家载波模块。通过以上三个步骤完成多模多频通信传输系统的工作环境。
[0066] 多模多频通信传输系统中数据信号与控制信号的传输过程如下：
[0067] 步骤一:通信单元上电，通过电源转换电路降压为直流12V，供通信单元上面的4个 集中器模块供电。集中器模块接口如图6中所示。
[0068]步骤二:通信单元上面另外一路电源转换电路提供5V和3.3V直流。3.3V主要用来 供通信单元上面的CHJ电源，5V主要用来UART口的串口电平转换。
[0069]步骤三：总个系统上电后，终端通过接口单元的UART口，发起载波模块的组网指 令。接口单元将组网指令通过RJ45接口透传到通信单元上，通信单元通过5V转3.3V电平转 换电路，将组网指令传输给通信单元的主控芯片，主控芯片内部缓存处理数据后，通过另外 一组UART 口输出给通信单元上面的集中器模块。
[0070]步骤四：通信单元上面的集中器模块通过UART口透传给载模芯片，然后经过电力 线发送组网指令给计量表部分，通过组网信息交换，实现某个载波厂家的成功组网抄表，系 统原理图可以参考图3。
[0071]步骤五：当系统内同时存在鼎信、东软，高通宽带，中宸泓昌这四家不同频率不同 调制方式的载波同时模块组网抄表时，通信单元上面需要解决2个难题：
[0072] 1、这四个载波模块通过电力线耦合信号给通信单元的时候，存在信号互相干扰的 问题，严重的时候回导致通信单元上面的集中器模块不能组网抄表。为解决这四家载波模 块在电力线上面信号互绕问题，分别在电力线耦合电路上面增加带通和带阻滤波器电路， 用RLC电路组成滤波器电路。这些RLC滤波器电路分别增加在集中器模块的电力线耦合电路 后。因为不同载波厂家的载波频率，工作带宽都不一样，同过增加滤波器电路，实现了接收 通信单元接收载波信号的互绕问题。
[0073] 2、多模多模传输设备的档案管理。档案管理是多模多频通信单元中非常重要的功 能，它决定了通信单元下发任务的方案，而决定了整个系统的通信效率。
[0074] 通信单元对3个档案进行管理，包括集中器下发的档案，每个本地通信单元模块下 已注册电表地址的档案，未注册的电表的档案。
[0075] 通过档案同步流程，可以得到集中器下发的档案。当抄过一轮电表之后，可以知道 已抄到表所注册的本地通信单元模块。将该电表地址管理到注册到的本地通信单元模块之 下。而没有归属的电表地址则归类到未注册的电表档案中。
[0076] 通信单元下发任务时，通过判断需要抄读的电表所在的档案来确定下发方案。若 电表在本地通信单元模块已注册电表档案中，则将该任务下发给已注册的本地通信单元模 块，若它在未注册的电表档案中，则需进行广播的方式下发将该任务下发给所有本地通信 单元模块，进行广播下发。需要注意的是，在已知了其中一个电表的注册本地通信模块后， 需将其它本地通信模块中关于该电表的地址档案删除。
[0077] 多模多频通信单元的抄表方案流程如图7所示。当集中器下发抄表命令后，多模多 频通信单元需判断是否为第一轮抄读。若为第一轮抄读则将抄表命令直接转发给全部的本 地通信模块(集中器模块）。若并非第一轮抄读，则查询本地通信模块下注册电表的表档案。 如果可查询到该电表所注册的本地通信模块，则将抄表命令转发给该模块。若无法查询到， 则转发给全部的本地通信模块。当命令下发后，判断是否抄到表数据。如果抄到数据，则对 表档案进行查询，是否已管理该表，若没管理，则需管理表档案。若无则结束抄表。将抄表数 据返回给集中器。最后结束抄表。
[0078]本发明在电网升级改造中，实现不同载波模块的互联互通，减少由于电网升级带 来的更换模块的成本，能实现同一台区内的不同频率不同调试方式载波模块的互联互通抄 表。同一台区能最大支持4家载波模块厂家，同时支持无线模块，在电网改造升级中，可做到 不同载波厂家的兼容。本发明提供的载波多模多频系统，增对不同载波厂家，可以做到升级 简单，维护方便。
[0079]以上对本发明所提供的一种多模多频通信传输系统进行了详细介绍。本文中应用 了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解 本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本 发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明 权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种多模多频通信传输系统，其特征在于，包括： 通信单元，用于通过电力线耦合的方式收发不同频率的载波信号；所述通信单元包括 第一载波模块，第二载波模块，第三载波模块，第四载波模块和MCU主控制器;其中，所述第 一载波模块，第二载波模块，第三载波模块和第四载波模块为四个不同厂家的载波模块； 用电信息采集终端，用于接收所述通信单元传输过来的载波信号； 至少四个计量表； 其中，所述通信单元与用电信息采集终端中的多模多频接口单元通过RJ45接口的8芯 网络线相连;每个计量表与所述通信单元通过电力线连接;所述第一载波模块，第二载波模 块，第三载波模块和第四载波模块与MCU主控制器相连。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用电信息采集终端包括GPRS/LTE模块和 所述多模多频通信接口单元;所述多模多频通信接口单元设置在用电信息采集终端上的本 地模块接口上，与所述本地模块接口插接相连。3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MCU主控制器用于接收到各种不同频率 的载波信号后，将载波信号进行处理后透明传输给所述用电信息采集终端。4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信单元与用电信息采集终端之间的数 据传输与控制信号传输采用透明传输方式。5. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述多模多频通信接口单元中包括R J 4 5接 口，由8根平行的通信网络线组成。6. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信单元还包括：电源模块，用于将 AC220V转换为DC12V，供给通信单元中的所有载波模块。7. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，通信单元中的四个载波模块均设置在通信单 元上的集中器接口上，每个载波模块对应一个集中器接口，与集中器接口插接连接。8. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述MCU主控制器还包括:与所述第一载波模 块相连的第一 RLC滤波电路，与所述第二载波模块相连的第二RLC滤波电路，与所述第三载 波模块相连的第三RLC滤波电路，和与所述第四载波模块相连的第四RLC滤波电路。9. 如权利要求1至8中任意一项所述的系统，其特征在于，所述计量表的个数为四个，第 一计量表为第一载波模块对应的厂家的计量表，第二计量表为第二载波模块对应的厂家的 计量表，第三计量表为第三波模块对应的厂家的计量表，第四计量表为第四载波模块对应 的厂家的计量表。
【文档编号】G08C17/02GK106097691SQ201610668488
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月15日 公开号201610668488.4, CN 106097691 A, CN 106097691A, CN 201610668488, CN-A-106097691, CN106097691 A, CN106097691A, CN201610668488, CN201610668488.4
【发明人】陈启冠, 向军, 林国营, 肖林松, 阙华坤, 任龙霞, 党三磊, 卢世祥, 孙勇
【申请人】广东电网有限责任公司电力科学研究院