高速电力线通信装置的制作方法

本实用新型是关于一种电力通信领域，特别是关于一种高速电力线通信装置。

背景技术：

电力线通信(powerlinecommunication,plc)是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式，因其建设成本低、覆盖范围广等优势，已成为用电信息采集系统中本地通信的主流技术。但由于电力线通信信道存在强干扰与强噪声，依靠电力线通信无法完全避免通信孤点，达到“全覆盖、全采集”的目的，且在电力线出现电线断掉、开关断开时，依靠电力线通信进行停电上报时效果较差，因此通常需要其他本地通信方式来补充。电力线本地通信方式常用的还有微功率无线、rs485等、蓝牙、wifi等方式。

现有的用电信息采集技术方案大多基于低速窄带载波通信技术，通过采用加装中继通信装置、以及在板级上增加无线通信模组的方式来进行扩展。有少数方案采用了高速电力线通信技术。

基于此本申请的发明人发现，现有的单一的低速窄带载波通信技术或高速电力线通信技术在解决智能电网用电环节的双向交互业务需求、恶劣环境下信息孤点以及停电事件上报等方面都存在成本高、功耗大的问题，并且现有电力线通信装置中的协议处理与应用处理采用不同的技术标准，应用处理采用的标准升级较快，且不同终端厂商、不同用户的应用层的接口、功能、性能要求皆有所不同，不利于协议处理与应用处理的开发、维护与升级以及无线通信的扩展。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高速电力线通信装置，其能够便于协议处理与应用处理的升级与更新。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高速电力线通信装置，包括：高速电力线通信协议处理器，用于实现高速电力线通信的物理层协议以及数据链路层协议的处理；无线通信协议处理器，用于实现无线通信的物理层协议以及数据链路层协议的处理；应用处理器，用于实现所述高速电力线通信与所述无线通信的应用层协议的处理；通信模块，分别与所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器、所述应用处理器通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器以及所述无线通信协议处理器的控制下，将所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器、所述应用处理器处理后的数据进行发送，或者，将接收到的数据发送给所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器、所述应用处理器进行处理；以及存储器，分别与所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器、所述应用处理器以及所述通信模块通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器的控制下对所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器、所述应用处理器处理后的数据进行存储；或者对所述通信模块接收到的数据进行存储；其中，所述通信模块还用于将所述存储器中存储的数据进行发送，或者，将接收到的数据存储至所述存储器中。

在一优选的实施方式中，还包括：进程间通信模块，所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器通过所述进程间通信模块通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器之间进行数据交互。

在一优选的实施方式中，所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器中分别设置有矢量中断控制器nvic；所述高速电力线通信协议处理器中设置的nvic用于对所述高速电力线通信协议处理器的中断进行控制；所述无线通信协议处理器中设置的nvic用于对所述无线通信协议处理器的中断进行控制；所述应用处理器中设置的nvic用于对所述应用处理器的中断进行控制。

在一优选的实施方式中，所述存储器包括：外部存储器接口，用于与同步动态随机存取内存sdram和/或伪静态随机存储器psram和/或spiflash存储器相连接；静态随机存取存储器sram，用于对程序以及数据进行存储；以及高速缓存控制器，分别与所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器相连接，用于平滑所述高速电力线通信协议处理器、所述无线通信协议处理器以及所述应用处理器与通过所述外部存储器接口连接的存储器之间的性能差异。

在一优选的实施方式中，所述存储器还包括：一次可编程器件，用于存储所述高速电力线通信装置的启动代码及装置参数。

在一优选的实施方式中，所述高速电力线通信装置还包括：系统控制单元scu，用于对所述高速电力线通信装置的功耗、复位以及时钟进行控制。

在一优选的实施方式中，还包括：接口模块；所述接口模块包括：太网控制器接口emac、两线串行接口i2c、通信输入输出接口gpio、通用异步收发器uart以及串行外设接口spi；其中，所述spi接口与微功率无线射频模块、无线局域网或蓝牙模块相连接，用于实现所述高速电力线通信装置的无线通信。

在一优选的实施方式中，所述高速电力线通信装置还包括：直接存储器访问控制器dmac，用于对i2c、spi、uart接口的直接存储器存储模式进行控制。

在一优选的实施方式中，所述通信模块包括：调制解调器，与电力线通信连接，用于对通过所述电力线接收到的信号进行解调以及滤波处理，或者对发送的数据进行调制，将调制后的数据通过所述电力线进行发送；加解密模块，与所述调制解调器相连接，用于对解调以及滤波处理后的信号进行解密，或者对发送的数据进行加密；以及校验模块，与所述加解密模块相连接，用于对解密后的信号进行校验；所述调制解调器还用于对加解密模块加密后的数据进行调制。

在一优选的实施方式中，所述通信模块还包括：无线射频模块，用于接收无线射频信号，并对接收到的所述无线射频信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块；所述无线射频模块还用于将加解密模块加密后的数据通过无线射频进行发送；wifi模块，用于接收wifi信号，并对接收到的所述wifi信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块；所述wifi模块还用于将所述加解密模块加密后的数据通过wifi进行发送；蓝牙模块，用于接收蓝牙信号，并对接收到的所述蓝牙信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块；所述蓝牙模块还用于将加解密模块加密后的数据通过蓝牙进行发送。

与现有技术相比，根据本实用新型的高速电力线通信装置，采用基于ofdm的高速电力线通信技术，通过高速电力线通信协议处理器实现高速电力线通信物理层的控制与调度以及数据链路层的组网与路由，无线通信协议处理器实现wifi、蓝牙、微功率无线通信的协议的处理，应用处理器实现高速电力线通信与无线通信的应用层协议处理，使得协议与应用处理采用各自单独的处理器来执行，便于协议处理与应用处理软件的独立开发、维护与升级以及无线通信方式的扩展。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施方式的高速电力线通信装置的结构示意图。

主要附图标记说明：

11-高速电力线通信协议处理器，12-无线通信协议处理器，13-应用处理器，14-进程间通信单元，21-系统控制单元，22-直接存储器访问控制器，3-通信模块，31-调制解调器，32-加解密模块，33-校验模块，34-无线射频模块，35-wifi模块，36-蓝牙模块，4-存储器，41-高速缓存控制器，42-外部存储器接口，43-一次可编程器件，44-静态随机存取存储器，5-接口模块，51-两线串行接口，52-通信输入输出接口，53-通用异步收发器，54-串行外设接口，55-定时器，56-以太网控制器接口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的高速电力线通信装置的结构示意图，本实施例中的高速电力线通信装置可设置于电能表、采集器、集中器上。本实施例中的高速电力线通信装置包括：高速电力线通信协议处理器11、无线通信协议处理器12、应用处理器13、通信模块3、存储器4。

其中，高速电力线通信协议处理器11用于实现高速电力线通信的物理层协议以及数据链路层协议的处理，具体包括：物理层的控制与调度以及数据链路层的组网与路由。

无线通信协议处理器12用于实现wifi、蓝牙、微功率等无线通信的物理层协议以及数据链路层协议的处理。

应用处理器13用于实现高速电力线通信与无线通信的应用层协议的处理；具体可以实现高速电力线通信与无线通信的应用层协议，支持dl/t645、dl/t698等电力通信协议与交换协议，从而达到与电力终端(电能表、采集器及集中器)进行通信、交换信息的目的。

在一种实现方式中，高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13中分别设置有矢量中断控制器(英文全称：nestedvectoredinterruptcontroller，英文缩写：nvic)；所述高速电力线通信协议处理器中设置的nvic用于对所述高速电力线通信协议处理器的中断进行控制，工作时钟与总线时钟比为n:1，n为大于等于1的正整数。所述无线通信协议处理器中设置的nvic用于对所述无线通信协议处理器的中断进行控制，其工作时钟与总线时钟比为m:1,m为大于等于1的正整数；所述应用处理器中设置的nvic用于对所述应用处理器的中断进行控制，工作时钟与总线时钟比为k:1,k为大于等于1的正整数。

装置内所有的中断皆连到mcu1/mcu2/mcu3的nvic，实际应用时软件屏蔽各自不须响应的中断。

通信模块3，分别与所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器11以及所述微功率无线通信协议处理器12的控制下，将所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12、所述应用处理器13处理后的数据进行发送，或者，将接收到的数据发送给所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12、所述应用处理器13进行处理。

存储器4，分别与所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12、所述应用处理器13以及所述通信模块3通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器11、所述微功率无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13的控制下对所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12、所述应用处理器13处理后的数据进行存储；或者对所述通信模块3接收到的数据进行存储；

其中，所述通信模块3还用于将所述存储器4中存储的数据进行发送，或者，将接收到的数据直接存储至所述存储器4中。

现有电力线通信装置中的协议处理与应用处理采用不同的技术标准，前者采用的技术标准相对稳定，后者采用的标准升级较快，且不同终端厂商、不同用户的应用层的接口、功能、性能要求皆有所不同，应用层经常需要进行修改，现有方案中协议处理和应用处理共用一个处理器的方式，不利于协议处理与应用处理的独立开发、维护与升级。

本实施例提供的高速电力线通信装置，采用基于ofdm的高速电力线通信技术，通过高速电力线通信协议处理器实现高速电力线通信物理层的控制与调度以及数据链路层的组网与路由，无线通信协议处理器实现wifi、蓝牙、微功率无线通信协议的处理，应用处理器实现高速电力线通信与无线通信的应用层协议，使得协议处理与应用处理采用各自单独的处理器来执行，便于协议处理与应用处理软件的独立开发、维护与升级以及无线通信方式的扩展。

进一步地，通过预留无线通信协议处理器以便扩展其他无线通信方式，便于不同通信方式之间在较低的底层进行交互，从而提高电力本地通信整体可靠性。

进一步地，本实施例中的高速电力线通信装置还可以包括：进程间通信(英文全称：inter-processcommunication，英文缩写：ipc)单元14，所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13通过所述进程间通信模块14通信连接，用于在所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13之间进行数据交互。可以实现中断交互、mailbox信息交互等功能。

在一种实现方式中，所述存储器4包括：高速缓存控制器cache_ctrl41、外部存储器接口emif42、一次可编程器件43、静态随机存取存储器sram44。

外部存储器接口emif42，所述高速缓存控制器41通过所述外部存储器接口42与外接的同步动态随机存取内存(synchronousdynamicrandom-accessmemory，sdram)和/或伪静态随机存储器(pseudostaticrandomaccessmemory，psram)和/或spiflash存储器相连接。

其中，可以在sdram和psram中选用一个。spiflash存储器用于操作系统、协议栈及应用软件(或其映象)。spiflash接口支持singlespi和quadspi两种接口。在低成本的电能表与采集器通信模块中，可只合封spiflash,不合封sdram/psram；在高性能的集中器通信模块中，合封spiflash和sdram(或psram)。sdram为大容量存储器，总线时钟与其工作时钟与比为p:1，p为大于等于1的正整数。本实施例采用系统级封装(sip)，合封flash存储器和sdram或psram。

高速缓存控制器cache_ctrl41，分别与所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13相连接，用于平滑所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13与通过所述外部存储器接口42连接的存储器之间的性能差异。

一次可编程(onetimeprogramable，otp)器件43，用于存储所述高速电力线通信装置的启动代码及装置参数。

静态随机存取存储器sram44，是一种片内存储器，用于程序及数据存储器，以及所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12以及所述应用处理器13间的数据交互的共享内存池。

本实施例提供的高速电力线通信装置还包括接口模块5。

所述接口模块5包括：两线串行接口i2c51、通信输入输出接口gpio52、通用异步收发器uart53、串行外设接口spi54、定时器timer55以及以太网控制器接口emac56；本实施例中可以设置为3组子接口模块，每组子接口模块包括：一组timer、一组i2c、一组gpio、一组uart以及一种spi。

i2c51是两线串行接口，用于与i2c总线相连接。

通信输入输出接口gpio52，每组16个，支持电平及边沿中断。特别的，软件可配置gpio来选择其中3个或1个来支持电力线通信中的三相或单相过零检测，通过和hplcmodem中的网络基准时间(ntb)相结合，gpio可锁存三相或单相上、下过零点的ntb值，为基于电力线通信ntb过零检测的相位识别及台区识别提供依据。同时若在设置的时长内过零检测gpio无电平翻转，将会触发中断送给处理器，用于处理器作为停电上报的辅助判决依据。

通用异步收发器uart53,每组2个，同时支持rs485及电能表与采集器的红外通信协议。

串行外设接口spi54，每组1个，支持主从模式，通过spi接口，采用合封方式来扩展支持rf、bt/wifi等无线通信方式，spi工作在从模式时作为外部主控芯片的高速数据传输接口。当无线通信设备为外接设备时，可以通过所述spi接口54与外接的微功率无线射频模块、无线局域网或蓝牙模块相连接，以实现所述高速电力线通信装置的无线通信。无线通信设备也可以是本设备中的通信模块。

定时器(timer)55：每组包含16个定时单元，分别为：2个看门狗wdt定时器、2个pwm定时器、12个通用定时器，定时器计数时钟源可软件配置为总线时钟或外部晶振时钟。在软件的配置下，可为电力线通信与无线通信提供其物理层处理、协议处理、应用层处理所需的计数与定时功能。其中wdt定时器可用在处理器软件跑飞时，复位处理器及整个系统；另外wdt还用于监视高速电力线通信物理层(hplcmodem)的收发异常，在物理层出现未知异常时，复位hplcmodem的收发链路。pwm可以和uart发送管脚配合，提供电能表及采集器所需的红外通信发送功能(红外接收功能通过板级电路及uart接收管脚来实现)。

以太网控制器接口emac56，支持mii/rmii接口，提供高速调测通信接口及作为集中器通信模块的高速有线通信方式。

其中，本实施例通过扩展uart、spi接口来实现rf、wifi和bt等无线通信方式，同时spi接口做从模式时，也可作为外部主控芯片的高速数据传输接口。其中rf为工作在410～510频段的微功率无线射频模块，wifi/bt为工作在2.4ghz频段的无线局域网与蓝牙模块。可以采用sip封装合封微功率无线射频芯片(rf)和wifi或bt通信模块来实现所述高速电力线通信装置的无线通信。由此，通过系统级封装支持微功率无线、wifi/bt、线外及rs485等电力本地通信方式。除与电力终端通信的专用的一个uart口外，其余功能的管脚都和gpio复用。

需要说明的是，虽然本实施例使用了三个处理器分别进行高速电力线通信物理层与数据链路层协议，无线通信协议，以及实现高速电力线通信与无线通信的应用层协议的处理，但是，如果上述接口中没有外接无线模块，本实施例中提供的装置也可以仅实现高速电力线通信。

在一种实现方式中，高速电力线通信装置还包括：系统控制单元scu21，用于对所述高速电力线通信协议处理器11、所述无线通信协议处理器12、所述应用处理器13、所述通信模块3以及存储器4的功耗、复位以及时钟进行控制。

高速电力线通信装置还包括：直接存储器访问控制器22(directmemoryaccesscontroller，dmac)，装置中的i2c、spi、uart皆支持dma模式，直接存储器访问控制器22用于对接口模块5中的i2c、spi、uart接口的直接存储器存储模式进行控制，以减轻对低速外设数据传输过程中对处理器的调度与控制要求。

在一种实现方式中，所述通信模块3包括：调制解调器31、加解密模块32、校验模块33、无线射频模块34、wifi模块35以及蓝牙模块36。

调制解调器31，与电力线通信连接，用于对通过电力线接收到的信号进行解调以及滤波处理，或者对发送的数据进行调制，将调制后的数据通过电力线进行发送。还用于对加解密模块32加密后的数据进行调制。

具体的，调制解调器为高速电力线载波通信调制解调器hplcmodem，工作频段为0.7-12mhz,支持载波屏蔽及分段工作，具体包括ofdm电力线数字调制解调部分及模拟前端(模数转换器adc、数模转换器dac、可编程增益放大器pga、可调带宽的模拟低通/带通滤波器(lpf/bpf)及线路驱动器linedriver等)。

加解密模块32与所述调制解调器31相连接，用于对解调以及滤波处理后的信号进行解密，或者对发送的数据进行加密。

校验模块33与所述加解密模块31相连接，用于对解密后的信号进行校验。

无线射频模块rf34，用于接收无线射频信号，并对接收到的所述无线射频信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块32；所述无线射频模块34还用于将加解密模块32加密后的数据通过无线射频进行发送。

wifi模块35，用于接收wifi信号，并对接收到的所述wifi信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块32；所述wifi模块35还用于将所述加解密模块32加密后的数据通过wifi进行发送。

蓝牙模块bt36，用于接收蓝牙信号，并对接收到的所述蓝牙信号进行解调以及滤波处理，将解调或滤波处理后的信号发送给所述加解密模块32；所述蓝牙模块36还用于将加解密模块32加密后的数据通过蓝牙进行发送。

需要说明的是，图中给出的仅仅是一种实现方式，并不是本实施例中连接关系的限定。本实施例中可以通过spi接口54与外接的微功率无线射频模块、无线局域网或蓝牙模块相连接，以实现所述高速电力线通信装置的无线通信。本实施例中的通信连接可以是通过amba总线进行连接，互连结构为矩阵式结构，提供高的系统总线吞吐率。

由此，本实施例提供的高速电力线通信装置成本低、体积小，且便于不同通信方式之间在较低的底层进行交互，从而提高电力本地通信整体可靠性。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。