一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置的制作方法

本发明涉及电力线载波通信技术领域，特别涉及一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置。

背景技术：

宽带电力线载波通信(bplc)技术的出现，提高了电力线数据传输速率，为国家电网重点推进的智能电网建设项目和四表合一工程提供助力。bplc模块功耗测试是电力用户用电信息采集系统检验技术规范中重要指标之一，在通信单元技术规范中对bplc模块的静态功耗和动态功耗都有详细规定。在国内针对载波模块的测试功耗测试主要研究对象是窄带模块。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：

由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置，用以解决现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，实现了测试结果准确、成本较低、携便性好、可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置，所述功耗检测装置包括：

电源负载单元，所述电源负载单元连接电能表通信单元与集中器通信单元；

直流功耗测试单元，所述直流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第一数据，所述直流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第二数据；

交流功耗测试单元，所述交流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第三数据，所述交流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第四数据；

微控制单元，所述微控制单元与所述直流功耗测试单元、所述交流功耗测试单元连接，且所述微控制单元接收并计算所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据；

显示单元，所述显示单元与所述微控制单元连接，显示所述微控制单元的数据计算结果；

网络通信单元，所述网络通信单元与所述微控制单元连接，传递所述微控制单元的数据计算结果到计算机端上位机。

优选地，所述电源负载单元由dc20v电源电路、dc12v电源电路、交流采集3.3v电源电路、dc5v电源电路、dc3.3v电源电路和线路阻抗稳定网络电路组成。

优选地，所述电源负载单元为所述直流功耗测试单元与所述交流功耗测试单元提供电源。

优选地，所述直流功耗测试单元通过电流采样与电压采样检测瞬时功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。

优选地，所述交流功耗测试单元通过电流采样与电压采样计算交流功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。

优选地，在所述交流功耗测试单元与所述微控制单元之间设置所述交流采集光耦合电路。

优选地，所述微控制单元采用stm32f207ze芯片。

优选地，所述stm32f207ze芯片具有高速的运行主频和应用接口。

优选地，所述显示单元具有一触摸显示屏，且所述显示单元通过界面与所述直流功耗测试单元、所述交流功耗测试单元交互。

优选地，所述网络通信单元与上位机软件交互。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本发明实施例提供了一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置，所述功耗检测装置包括：电源负载单元，所述电源负载单元连接电能表通信单元与集中器通信单元；直流功耗测试单元，所述直流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第一数据，所述直流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第二数据；交流功耗测试单元，所述交流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第三数据，所述交流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第四数据；微控制单元，所述微控制单元与所述直流功耗测试单元、所述交流功耗测试单元连接，且所述微控制单元接收并计算所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据；显示单元，所述显示单元与所述微控制单元连接，显示所述微控制单元的数据计算结果；网络通信单元，所述网络通信单元与所述微控制单元连接，传递所述微控制单元的数据计算结果到计算机端上位机。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，实现了测试结果准确、成本较低、携便性好、可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

2、本发明通过所述电源负载单元由dc20v电源电路、dc12v电源电路、交流采集3.3v电源电路、dc5v电源电路、dc3.3v电源电路和线路阻抗稳定网络电路组成。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，加入线路阻抗稳定网络电路，可以消除外部载波对测试系统的影响，同时可以为系统测试提供稳定的电力线负载，进一步保证了电源输出精度优于1％，不同负载下(输出电流0～0.5a)电压稳定度≤1％，实现了测试结果准确，测试系统稳定的技术效果。

3、本发明通过所述直流功耗测试单元通过电流采样与电压采样检测瞬时功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，进一步达到了采样精度较高，测试结果准确的技术效果。

4、本发明通过在所述交流功耗测试单元与所述微控制单元之间设置光耦合电路。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，通过所述光耦合电路，实现了交流功耗测试单元与微控制单元之间的数据传输与隔离的技术效果。

5、本发明通过所述微控制单元采用stm32f207ze芯片。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，所述stm32f207ze芯片资源丰富，包含5个uart通信，其中，一个uart通信用于液晶屏通信，两个uart通信用于交流采样芯片通信，且具有6路12位ad采样，可用于对12v，5v，3.3v直流功耗的采样。进一步实现了测试结果准确，可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置的示意图；

图2为本发明实施例中提供的电源负载单元中的dc20v电源电路图；

图3为本发明实施例中提供的电源负载单元中的dc12v电源电路图；

图4为本发明实施例中提供的电源负载单元中的交流采集3.3v电源电路图；

图5为本发明实施例中提供的电源负载单元中的dc5v电源电路图；

图6为本发明实施例中提供的电源负载单元中的dc3.3v电源电路图；

图7为本发明实施例中提供的电源负载单元中的线路阻抗稳定网络电路图；

图8为本发明实施例中提供的直流功耗测试单元中的直流采集电压电流电路图；

图9为本发明实施例中提供的交流功耗测试单元中的esem16芯片模拟前端结构示意图；

图10为本发明实施例中提供的交流功耗测试单元中的交流采集电压电流电路图；

图11为本发明实施例中提供的交流功耗测试单元中的esem16芯片电路图；

图12为本发明实施例中提供的交流功耗测试单元中的光耦合电路图；

图13为本发明实施例中提供的网络通信单元电路图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置，解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，实现了测试结果准确、成本较低、携便性好、可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

本发明实施例中的技术方案，所述结构包括：电源负载单元，所述电源负载单元连接电能表通信单元与集中器通信单元；直流功耗测试单元，所述直流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第一数据，所述直流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第二数据；交流功耗测试单元，所述交流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第三数据，所述交流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第四数据；微控制单元，所述微控制单元与所述直流功耗测试单元、所述交流功耗测试单元连接，且所述微控制单元接收并计算所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据；显示单元，所述显示单元与所述微控制单元连接，显示所述微控制单元的数据计算结果；网络通信单元，所述网络通信单元与所述微控制单元连接，传递所述微控制单元的数据计算结果到计算机端上位机。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，实现了测试结果准确、成本较低、携便性好、可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置的示意图。如图1所示，所述装置包括：

电源负载单元1，所述电源负载单元1连接电能表通信单元2与集中器通信单元3。

进一步的，所述电源负载单元1由dc20v电源电路、dc12v电源电路、交流采集3.3v电源电路、dc5v电源电路、dc3.3v电源电路和线路阻抗稳定网络电路组成。所述电源负载单元1为所述直流功耗测试单元4与所述交流功耗测试单元5提供电源。

具体而言，请参考图1至图7，所述电源负载单元1连接电能表通信单元2与集中器通信单元3。所述电源负载单元1能够影响宽带电力线载波技术(bplc)的功耗。所述电源负载单元1接入功耗测试仪后，首先要对所述电源负载单元1进行处理。在所述电源负载单元1交流电接入端前，应对电源进行标准化处理，加入线路阻抗稳定网络，即可以消除外部载波对系统影响，也可以为系统测试提供稳定的电力线负载。所述电源负载单元1经变压，整流，滤波后，为整个功耗检测装置提供12v，5v，3.3v电压。

所述电源负载单元1由dc20v电源电路、dc12v电源电路、交流采集3.3v电源电路、dc5v电源电路、dc3.3v电源电路和线路阻抗稳定网络电路组成。其中，开关电源方案容易产生较大噪声，影响载波通信和测量精度，故所述dc20v电源电路使用线性电源方案，20v是指空载情况下电压，系统供电以及模块发送状态下该电压会拉低，但仍会高于14v，后级经过dcdc稳压达12v，满足所述电源负载单元工作要求。所述dc12v电源电路经过dcdc输出12v电压用于载波模块供电。所述交流采集3.3v电源电路使用变压器辅助绕组，半波整流方式，使用ldo输出3.3v电压用于交流采样芯片供电，交流采样需使用非隔离方式，直流采样需要隔离，故单独输出一路3.3v用于供电。所述dc5v电源电路使用ldo输出5v，一是用于液晶屏供电，二是兼容其它单元供电方案。所述dc3.3v电源电路使用ldo输出3.3v，用于整个系统供电，包括微控制单元(mcu)和phy芯片等。所述线路阻抗稳定网络电路包括隔离器和简易的阻抗稳定网络，测试单元动态功耗过程中因负载不同会导致不同的测试结果，可根据2-12m载波频率设计阻抗稳定网络。

直流功耗测试单元4，所述直流功耗测试单元4测试所述电能表通信单元2的第一数据，所述直流功耗测试单元4测试所述集中器通信单元3的第二数据。

进一步的，所述直流功耗测试单元4通过电流采样与电压采样检测瞬时功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。

具体而言，所述直流功耗测试单元4分别与所述电能表通信单元2、所述集中器通信单元3连接，所述直流功耗测试单元4测试所述电能表通信单元2的第一数据，测试所述集中器通信单元3的第二数据。所述直流功耗测试单元4通过电流采样与电压采样检测瞬时功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。测量直流平均功耗的通用方法为在一定时间内，以一定的采样率等间隔采样n组瞬时电压ui和瞬时电流ii的值。通过电压采集数值和电流采集数值相乘获得瞬时功耗。其中，所述直流功耗测试单元中电流采样使用ina282芯片。请参考图8，所述直流功耗测试单元电路中引脚1、引脚8为差分电压的输入引脚，引脚5为输出引脚，其中r1为采样电阻，r4、c9组成低通滤波，减少电流纹波对采样的影响。芯片引脚3、引脚7为基准电压连接引脚，两个引脚连接不同的基准电压来确定ina282芯片的工作方式，包括单向运转、双向运转等。由于功耗测试只会有单向电流，因此，将两基准电压均接地选择单相运转方式。所述电压采样为所述电源负载单元1提供电压为12v，模数转换器(adc)采样芯片的测量范围为3.3v，超出ad采样电压范围，电压采样使用电阻分压的方式，分别使用47k和10k的高精度电阻，使ad采样电压约为2.1v，满足所述模数转换器(adc)芯片采样要求。电流采样是将高精度低阻值的采样电阻串到12v电源上，使用精密差分运放，先将采样电阻两端电压进行比较后进行放大，输出一个合适的电压信号到单片机ad。所述ina282芯片可以将采样电阻两端的电压差放大50倍。根据电流采样精度、电压精度等计算出采样电阻在0.016r至0.132r范围内。根据采样电阻规格，本实施例选择0.1r电阻比较合适，其中采样电阻具有高精度低温漂的特点，采样精度较高。

交流功耗测试单元5，所述交流功耗测试单元5测试所述电能表通信单元2的第三数据，所述交流功耗测试单元5测试所述集中器通信单元3的第四数据。

进一步的，所述交流功耗测试单元5通过电流采样与电压采样计算交流功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。在所述交流功耗测试单元5与所述微控制单元6之间设置所述交流采集光耦合电路。

具体而言，所述交流功耗测试单元5分别与所述电能表通信单元2、所述集中器通信单元3连接，所述交流功耗测试单元5测试所述电能表通信单元2的第三数据，测试所述集中器通信单元3的第四数据。交流功耗主要是过零电路功耗，所述交流功耗测试单元5通过电流采样与电压采样计算交流功耗。交流电压和电流采样单元使用非隔离方案，在所述交流功耗测试单元5与所述微控制单元6之间设置所述交流采集光耦合电路。请参考图9至图11，所述交流功耗测试单元5使用上海微电子的电能计量芯片esem16，所述esem16芯片内部集成高精度电能计量模块的所述微控制单元(mcu)，可以计量有功电能，测量电压、电流有效值，计算平均有功功率。所述电压采样采用高精度电阻分压的方式，所述esem16芯片电压采样要求输入信号为100uv到500mv。考虑不同厂家模块交流功耗波动，交流功耗范围设为1mw到300mw。通过计算结果，采样电阻在1.1r至18.3r的范围内，本实施例选取采样电阻为10r。请参考图12，在所述交流功耗测试单元5与所述微控制单元6之间设置光耦合电路，所述光耦合电路用于所述交流功耗测试单元5与所述微控制单元6之间的数据传输与隔离。

微控制单元6，所述微控制单元6与所述直流功耗测试单元4、所述交流功耗测试单元5连接，且所述微控制单元6接收并计算所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据。

进一步的，所述微控制单元6采用stm32f207ze芯片。所述stm32f207ze芯片具有高速的运行主频和一应用接口。

具体而言，所述微控制单元6与所述直流功耗测试单元4、所述交流功耗测试单元5连接，所述微控制单元6接收所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据。所述微控制单元6是功耗测试装置的核心单元，所述微控制单元6采用stm32f207ze芯片，所述stm32f207ze芯片具有高速的运行主频和一应用接口。所述stm32f207ze芯片资源丰富，包含5个uart通信，其中，一个uart通信用于液晶屏通信，两个uart通信用于交流采样芯片通信，且具有6路12位ad采样，可用于对12v，5v，3.3v直流功耗的采样。所述adc模块具有12bit测量精度和30mhz的采样率，能够满足所述bplc动态功耗测试要求。

显示单元7，所述显示单元7与所述微控制单元6连接，显示所述微控制单元6的数据计算结果；网络通信单元8，所述网络通信单元8与所述微控制单元6连接，传递所述微控制单元6的数据计算结果到计算机端上位机。

进一步的，所述显示单元7具有一触摸显示屏，且所述显示单元7通过界面与所述直流功耗测试单元4、所述交流功耗测试单元5交互。所述网络通信单元8与所述上位机软件交互。

具体而言，所述显示单元7与所述微控制单元6连接，所述显示单元7显示所述微控制单元6的数据计算结果，所述显示单元7具有一触摸显示屏，且所述显示单元7通过界面与所述直流功耗测试单元4、所述交流功耗测试单元5交互，进行静态功耗和动态功耗测试。所述网络通信单元8与所述微控制单元6连接，所述网络通信单元8传递所述微控制单元6的数据计算结果到计算机端上位机。所述网络通信单元8使用lan8720a芯片，所述网络通信单元8与所述上位机软件交互，支持远程控制，能够将所述微控制单元6的数据计算结果上传给所述计算机端上位机，便于将功耗测试装置集成其他测试系统中。请参考图13，所述网络通信单元8电路中r70、r71为网络指示灯的限流电阻；r58使用mdc/mdio方式和主控通信需将16引脚置为上拉；r61、c63为复位电路；g2，c64、c67为有源晶振电路提供phy芯片50m时钟；r63、r64、r65、r66网口差分线之间约有100ω的阻抗，电阻为阻抗匹配的作用；c58、c59、c60、c61、c62、c66滤波稳压。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明实施例提供了一种基于宽带电力线载波通信单元的功耗检测装置，所述功耗检测装置包括：电源负载单元，所述电源负载单元连接电能表通信单元与集中器通信单元；直流功耗测试单元，所述直流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第一数据，所述直流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第二数据；交流功耗测试单元，所述交流功耗测试单元测试所述电能表通信单元的第三数据，所述交流功耗测试单元测试所述集中器通信单元的第四数据；微控制单元，所述微控制单元与所述直流功耗测试单元、所述交流功耗测试单元连接，且所述微控制单元接收并计算所述第一数据、所述第二数据、所述第三数据与所述第四数据；显示单元，所述显示单元与所述微控制单元连接，显示所述微控制单元的数据计算结果；网络通信单元，所述网络通信单元与所述微控制单元连接，传递所述微控制单元的数据计算结果到计算机端上位机。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，实现了测试结果准确、成本较低、携便性好、可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

2、本发明通过所述电源负载单元由dc20v电源电路、dc12v电源电路、交流采集3.3v电源电路、dc5v电源电路、dc3.3v电源电路和线路阻抗稳定网络电路组成。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，加入线路阻抗稳定网络电路，可以消除外部载波对测试系统的影响，同时可以为系统测试提供稳定的电力线负载，进一步保证了电源输出精度优于1％，不同负载下(输出电流0～0.5a)电压稳定度≤1％，实现了测试结果准确，测试系统稳定的技术效果。

3、本发明通过所述直流功耗测试单元通过电流采样与电压采样检测瞬时功耗，其中，所述电压采样采用分压电阻计算。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，进一步达到了采样精度较高，测试结果准确的技术效果。

4、本发明通过在所述交流功耗测试单元与所述微控制单元之间设置光耦合电路。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，通过所述光耦合电路，实现了交流功耗测试单元与微控制单元之间的数据传输与隔离的技术效果。

5、本发明通过所述微控制单元采用stm32f207ze芯片。解决现有技术中的由于现有技术中电力线宽带载波模块的动态功耗时间短和交流功耗小，从而造成设备动态响应低，交流功耗测试不准确，无法适用于电力线宽带载波通信单元的测试的技术问题，所述stm32f207ze芯片资源丰富，包含5个uart通信，其中，一个uart通信用于液晶屏通信，两个uart通信用于交流采样芯片通信，且具有6路12位ad采样，可用于对12v，5v，3.3v直流功耗的采样。进一步实现了测试结果准确，可用于程控和自动化测试宽带电力线载波通信单元的功耗的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。