一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块的制作方法

本发明是一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块，属于用电信息采集技术领域。

背景技术：

从20世界的90年代开始，我国的电力公司在全国各省（市，自治区）陆续展开了以负荷管理系统、集中抄表为主的用电信息采集试点建设。用电信息采集系统的覆盖率在经过多年的建设和完善后覆盖率逐年提高，取得了预期的效果，也获得了大量宝贵的经验。

随着系统的覆盖率逐步扩大，依托于用电采集系统的相应需求、有序用电、电费催缴、预购电灯各种应用也逐渐开展起来，这些新需求都对我国的用电采集系统提出了更高的标准和要求。传统的窄带电力载波技术在通信速率、抗噪声干扰、传输距离等方面都有着明显的不足，加上各个电信运营企业之间的相互模块不能做到互联互通，需要架设自己的通信网络，对整个电网系统的成本，可重复利用率与可使用资源带来了许多问题。

技术实现要素：

本发明提出的是一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块，其目的在于针对现有用电采集系统存在的通信速率、抗噪声干扰、传输距离不足、互联互通等方面存在的缺陷，提出了一种具有宽带载波且互联互通功能的电力线载波通信模块，解决目前窄带载波通信成功率低，数据流量不足且各家电信运营厂家互不兼容的问题。

本发明的技术解决方案：一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块，其结构包括电源控制单元、载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元、中央处理单元；其中，电源控制单元通过电力线连接载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元并提供电源输出，载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元的输入输出端分别连接中央处理单元的输出输入端。

本发明的有益效果：

1、相对于目前现状窄带载波通信技术，通过安装使用具有宽带载波通信能力且互联互通电力线载波通信模块，可以在电网载波通信时通过较好的抗干扰能力能实现载波通信成功的提升，而宽带载波在通信速率上相较于窄带载波有较大的提升，为智能配电网大数据技术的应用提供数据支撑，使智能电网使用与服务水平得到提高；

2、建立互联互通的载波通信系统，实现电网的数据采集、整理、分析工作，为智能配电网大数据技术的应用互联互通提供数据支撑，能够进一步强化电网的利用率，节约了不同电信运营厂家架设各自通信网络的成本。

附图说明

附图1是具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块框图。

附图2是载波信号接收和发送单元框图。

附图3是载波信号接收单元原理框图。

附图4是载波信号发送单元原理框图。

附图5是相位控制单元原理框图。

具体实施方式

一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块，其结构包括电源控制单元、载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元、中央处理单元；其中，电源控制单元通过电力线连接载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元并提供电源输出，载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位控制单元、网口通信单元、双模通信单元的输入输出端分别连接中央处理单元的输出输入端。

所述载波信号接收电路单元包括接收电路和滤波电路，接收电路输出端连接滤波电路输入端，滤波电路输出端连接中央处理单元输入端；接受电路接收电力线上的载波信号经过滤波电路传输给中央处理单元。

所述滤波电路包括高通滤波器与低通滤波器，所述滤波电路前半部分为lc构成的低通滤波器，通过lc的具体值，使3mhz以下频率的信号通过低通滤波器；所述滤波电路后半部分为rc构成的高通滤波器，通过rc的具体值，使0.7mhz以上频率的信号通过高通滤波器；随后将信号送至中央处理单元中的载波芯片进行调制解调。

所述载波信号发射电路单元包括放大电路和发送电路，中央处理单元输出端连接放大电路输入端，放大电路输出端连接发送电路输入端，中央处理单元调制好载波信号后通过放大后发送至电力线上。

所述放大电路包括一个linedriver芯片及外围电路：经中央处理单元中的载波芯片解调后的载波信号从tx_p与tx_n管脚发出，信号经过linedriver芯片后传输到发送电路。

所述linedriver芯片为电流反馈架构的差分线路驱动器放大器。

所述电源控制单元包括ac/dc电路、dc/dc电路和控制电路，输出多规格直流电压并控制各单元电源的打开和关断。

其工作方法包括如下步骤：

1）通过变压器将强电上的信号耦合出来；

2）耦合出来的信号通过相位选择电路后传输载波信号接收电路单元；

3）将通过载波信号接收电路单元后的对应频段的信号发送至中央处理单元；

4）中央处理单元中的载波芯片将信号进行调制解调后发送至载波信号发射电路单元；

5）载波信号发射电路单元将信号放大后通过变压器发送到电网中。

下面结合附图对本发明技术方案进一步说明

如图1所示，一种具有宽带载波的互联互通电力线载波通信模块，其结构包括电源控制单元、载波信号接收电路单元、载波信号发射电路单元、相位识别检测单元、双模通信单元、网口通信单元、中央处理单元；其中，l为火线，n为零线。

电源控制单元包括ac/dc电路、dc/dc电路及控制电路，为其他各单元提供电源输出，输出各种规格的直流电压，如：+12v、+3.3v、+1.2,以及对其他各单元电源的打开和关断等时序控制。控制电路控制ac/dc电路、dc/dc电路，控制电路的控制信号由中央处理单元输出，高电平电源打开，低电平电源关断。

如图2所示，l为火线，n为零线，载波信号接收和发送单元分别用于接收电力线上的载波信号与将模块调制好的载波信号通过放大后再发送至电力线上。

如图3所示，为载波信号接收具体电路，由于电力线网络的开放性，连接在电力线上的配用电设备及各种家用电器组成了一个复杂、多样而又时变性很强的网络，所以其载波信道的通信质量是很恶劣的。因此，需要在模块中有对应的载波信号接收电路，其作用主要是有lcr器件组成带通滤波器，将模块对应的宽带载波频段从电力线中抽离出来进行接收，减少噪声和干扰，以提高载波通信的性能，保证系统稳定可靠的工作。

载波信号在经过互感器的耦合后从强电中被抽离出来，经过带通滤波器，带通滤波器分为高通滤波器与低通滤波器两部分。带通滤波器的前半部分为lc构成的低通滤波器，通过lc的具体值，使3mhz以下频率的信号通过低通滤波器。后半部分为rc构成的高通滤波器，通过rc的具体值，使0.7mhz以上频率的信号通过高通滤波器，以此共同构成0.7~3mhz的带通滤波器信号接收电路。然后将信号送至载波芯片进行调制解调。

如图4所示，为载波信号发送具体电路，由载波芯片调制好的载波因为信号强度不满足在电网中长距离通信的要求，故需要经过载波信号放大电路放大后再发送至电力网络中。具体是通过一个linedriver芯片及外围电路将载波芯片发出载波信号进行线性放大，然后发送至电力线路上，经过放大的载波信号能保证长距离的传输，提高长距离传输通信的成功率。

经载波芯片解调后的载波信号从tx_p与tx_n管脚发出，为差分信号。信号经过linedriver芯片，该芯片实质为电流反馈架构的差分线路驱动器放大器，该器件为专用于宽带电力线通信(plc)线路驱动器且拥有足以支持14.5dbm线路功率（在高达30mhz的频率下）的高速度，经过linedriver的载波信号最后通过变压器送到电力网络中进行传输。

如图5所示，为相位识别具体电路，通过载波芯片发出的对应不同a,b,c相位的控制信号以及有三极管组成的开关电路来确定具体的相位是哪相，在使用对应的不同的通路将信号发送到电力线上。

通过变压器将电力网络中的载波信号耦合到相位选择电路，若设备接法为三相四线，则通过载波芯片控制对应引脚控制对应相通路的通断，从而选择在哪相中接收和发送信号，若设备接法为单相，则通过提前配置好设备信息来确保用相应的单相相位来收发信号。