用于基于电力线载波的远程抄表的集中器的制作方法

本发明涉及一种用于基于电力线载波的远程抄表的集中器，特别涉及一种用于远程抄表的集中器的信号耦合解耦模块及时分接入方法。

背景技术：

电力载波通信技术利用电力线作为信号传输载体，将需要传输的高频信号耦合到电力线上，不需要进行额外的布线，从而实现数据远程传输。电力载波通信方式具有应用范围广、成本低、操作便利等优点，在Internet时代电力线通信异军突起，成为解决“最后一公里”问题的极具竞争力的方案之一。

一般而言，宽带电力抄表技术在500KHz～30MHz范围利用载波通信技术，实现多个电表与集中器通信。由于信号频率范围宽，而电力线对高频信号衰减很快，所以利用中继(relay)技术，将信号逐级传递，才能保证在较大范围内、所有节点之间实现高速通信。在供电公司需要对某个小区的电表进行数据采集时，可以将采集指令发送至集中器，集中器将采集指令转发给用户电表上。

单相电表分布在三相电力线与N线组成的三组线对上；三相电表则可能使用所有三相电力，并通过任意一个火线-零线线对与远程集中器通信。为了保证不同种类的电表(单相、三相)，能够在任意线对上与远程集中器通信，需要实现：(1)集中器发出的高频信号均匀分布于三组火线-零线线对；(2)集中器可以从任意三组线对上接收到信号；(3)电表可以从任一火线-零线线对上接收高频信号。

目前宽带抄表方案一般在集中器处采用三组通信模块分别对应三个火线-零线线对，成本高，尺寸大，功耗高，且实际上任然存在共模-单线通信。因此，需要开发一种集中器，采用一个通信模块即可实现多路通信。

技术实现要素：

本发明致力于提供一种用于基于电力线载波的远程抄表的集中器，其包括：主控模块、数据存储模块、信号耦合解耦模块以及其它通信模块；所述主控模块用于控制信号耦合解耦模块与电表进行通信，并且控制其它通信模块与中继通信模块进行通信，将从信号耦合解耦模块接收的电表数据进行处理，并将处理后的电表数据存储到数据存储模块以及传送至其它通信模块，以及将从其它通信模块接收的数据进行处理，并将处理后的数据存储到数据存储模块传送至信号耦合解耦模块；所述数据存储模块与主控模块电连接，用于存储电表数据；所述信号耦合解耦模块的一端与主控模块电连接，另一端与电力线电连接，其用于将高频信号耦合到电力线中，并从电力线解耦高频信号；所述其它通信模块与主控模块电连接，用于与其它中继通信模块进行通信；所述主控模块采用分时接入处理方式来控制信号耦合解耦模块与电表的通信；所述电表数据包括：用户电表的地址和电量。

所述信号耦合解耦模块包括：耦合变压器T1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的一端连接至电力线，另一端连接至耦合变压器T1；第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3均为高压电容且电容值相等，并且第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3并联连接。

第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的耐压值≥275VAC；第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容值均为0.0047uF；耦合变压器T1的绕组匝数比例为4.5:4.5，即绕组原边为4.5匝，副边为4.5匝。

所述主控模块包括型号为CR600的处理器。

本发明的远程抄表系统的特点：

1.集中器发出的高频信号均匀地分布于三组火线-零线线对，可以从任意三组线对上接收到信号；

2.电表可以从任一火线-零线线对上接收高频信号；

3.集中器利用了电力线上不可或缺的工频信号(50Hz或60Hz)，产生过零信号，并充分利用三个线对上过零信号存在的相差，避开其他线对上的信号干扰，也避免了不同线对之间电表存在通信的可能性；

4.在宽带抄表时，不同火线-零线线对上的节点通过分时接入处理实现了与集中器的多址、双向通信。

附图说明

通过随后结合附图所呈现的具体描述，本发明的以上和其它目的、特征以及优点将会更明显，在这些附图中：

图1为本发明的基于电力线载波的远程抄表系统的架构图；

图2为本发明的集中器的结构框图；

图3为本发明的集中器的信号耦合解耦模块的电路图；

图4为根据本发明三相电表之间避免直接通信/串扰的多址示意图。

具体实施方式

下面将参考所附附图对本发明的示例性实施例进行详细的描述。

图1为本发明的基于PLC技术的远程抄表系统的架构图，图中所示的架构为一个多用户共享电力线的通信网络，其功能是采集用户家中的电量并通过电力线将数据传输给集中器，然后再经由中继通信模块传输至电力公司。

集中器的主要功能是集中电表的数据并发给上级模块，集中器有两个通信对象，面对不同对象时，需要采取不同的通信方式，在与电表通信时，使用电力线载波通信，而与其它中继通信模块通信时通过其它通信形式。集中器的信息存储和处理量较大，作为载波抄表系统的中心环节，是整个系统的核心，是电力公司与用户电表之间的枢纽。

图3为本发明的集中器的结构框图。集中器主要包括：主控模块、数据存储模块、信号耦合解耦模块和其它通信模块。

集中器既要做上位机的从机，又要做电表的主机。主控模块是集中器的核心，数据的采集、处理以及传输都是在主控模块的控制下进行的。主控模块选用了Clouder(上海云间半导体科技有限公司)的CR600处理器，其主要将从信号耦合解耦模块接收的电表数据进行处理，并将处理后的电表数据存储到数据存储模块以及传送至其它通信模块，以及将从其它通信模块接收的数据进行处理，并将处理后的数据存储到数据存储模块传送至信号耦合解耦模块。所述主控模块采用分时接入处理方式来控制信号耦合解耦模块与电表的通信。所述电表数据包括用户电表信息，例如，地址、电表数等。

信号耦合解耦模块用于将高频信号耦合到电力线中，并从电力线解耦高频信号。使用电力线进行数据通信，必须能够将高频的数据信号从电力线上输出或者输入，而电力线上的电压较高、电流较大，因此不能将信号线和电力线直接相连，从而需要一种非接触式的设备，即信号耦合解耦模块，利用线圈的感应耦合原理，将高频信号通过线圈耦合到电力线中以及从电力线解耦，使得集中器的内部线路与电力线在物理上隔离开来，不会直接连接。

数据存储模块与主控模块电连接，用于存储电表数据。所述数据存储模块中的存储介质可以为：RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器等。

其它通信模块与主控模块电连接，用于集中器与其它中继通信模块进行通信。

图4为本发明的集中器的信号耦合解耦模块的电路图，其中，该信号耦合解耦模块主要包括：耦合变压器T1、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3为高压电容(耐压值≥275V AC)，并且电容值相同，均为0.0047uF。第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3并联连接，一端连接至电力线，另一端连接至耦合变压器，既耦合高频载波信号，又起到高压工频隔离的作用。耦合变压器T1不仅具有隔离作用，还实现了信号线平衡-不平衡的变化和阻抗的变化作用。由于高压电容和耦合变压器T1的初级线圈组成高通滤波电路，阻止了50Hz的工频电流，并能够尽可能的减少衰减低频噪声及干扰信号，而对高频载波信号，提供尽可能小的衰减，即线形幅频、相频特性。

耦合变压器的绕组比为4.5:4.5，即绕组原边为4.5匝，副边为4.5匝；绕组采用匝间并绕方式，其具有较高的耦合系数；绕组的原边连接至第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；绕组采用耐高温线材料。

在宽带抄表时，不同火线-零线线对上的节点需要多址接入方法才能实现与集中器的多址、双向通信。当多址接入与中继结合起来时，必然存在此类情况：A线对上的电表需要与B线对上的节点直接通信。这对载波通信是需要极力避免的，因为此时实际上是利用N线而实现的“单线通信”，是共模信号通过N线-大地回路实现的，极易产生噪声，也极易受外界干扰影响，导致系统不稳定。

为了避免此类情况，本发明的集中器的主控模块采用分时接入处理，利用了电力线上不可或缺的工频信号(50Hz或60Hz)，产生过零信号，并充分利用三个线对上过零信号存在的相差，避开其他线对上的信号干扰，也避免了不同线对之间电表存在通信的可能性。

图4为根据本发明的三相电表之间避免直接通信/串扰的多址示意图。三相电表可任意选择一路过零信号，只需要保证每个电表在过零信号后固定的时间t(t≤1/3T0)时间内通信即可。

如上所述，尽管已经参照示例性实施方案和附图对本发明进行了描述，但是本发明不限于此，而是，本发明所述领域的技术人员可以进行各种修改和改变而不脱离所附权利要求书中所要求的本发明的精神和范围。