专利名称：低压载波电能管理系统的制作方法
本申请属于电力载波技术领域，尤其涉及一种低压载波电能管理系统。
电力线载波的电能管理，在国内外电力系统中是一项较新的研究项目，它比无线方式、音频方式有着更多的优越性。根据加载于电压等级的不同，可分为高压、中压、低压载波，它的使用范围大到变电站，小到居民用户，其主要功能包括数据采集、负荷控制、数据处理、预交费及峰谷电价等。目前，国内已完成了中压载波电能管理系统的设计运行，其特点是只能在中压线路上实现，而且载波传输特性阻抗不稳定。在低压载波方面，由于低压电网中的干扰要多于中压电网，影响数据通讯的正常运行，因此抗干扰问题是低压载波实现的难点。国外低压载波电能管理系统中使用了许多中继器，以提高讯号传输质量，这样加大了系统的成本，使其造价远高于国内目前水平，不适合我国国情。
本申请的目的是提供一种成本较低，抗干扰强的低压载波电能管理系统。
为此提供技术方案如下低压载波电能管理系统包括低压载波数据集中器、低压载波数据采集器、低压载波数据设置器三部分。其中低压载波数据集中器由电力载波收发讯机、单片机处理器、打印机和与中压载波相连的通讯模块插口组成；低压载波数据采集器由电力载波收发讯机、单片机处理器、电度表光电脉冲传感器和功能模块组成；低压载波数据设置器由电力载波收发讯机、单片机处理器组成，该系统的特征是在数据集中器、数据采集器、数据设置器中的电力载波收发讯机上增加了一次调制和一次解调，使其具有二次调制、二次解调，这不同于中压载波的一次调制和一次解调。其中一次调制的方法是采用如下步骤实现的①利用单片机串行口输出的特性，先获得一个单频率的方波输出；②改变串行口输出的定时常数，可得到不同频率的方波输出；③将输出的频率的不同组合与所要发送的数据(BCD码)相对应；④另外再设置一频率作为发送数据的结束符。这样就得到了被一次调制的跳频序列。二次解调的实现(对应于一次调制)电力载波收发讯机中接收的放大讯号被一次解调后送到三极管进行放大，放大后的信号被分别送入5片LM567的输入端，经LM567的输出端输出，送入BCD解码器及逻辑处理器中进行解码得到被传送的数据。
低压载波电能管理系统是直接面向基层用户在低压配电网上使用的，而220伏的低压线路不是一个非常洁净的信号通道，低压网络中会存在各种各样的噪声，这就要求数据的可靠性要高即载波通信的抗干扰能力要特别强，另外还要求成本要低。在本系统中增加了一次调制、一次解调后使数据在传输中被二次调制和解调，提高了数据的可靠性，增强了抗干扰能力，由于增加的一次调制、一次解调结构简单，成本低，因此也降低了整个系统的成本，非常适宜于在低压配电网络中使用。
下面结合实施例附图对本申请进一步详述。
图1是低压载波电能管理系统框2是低压载波数据集中器框3是低压载波数据采集器框4是低压载波数据设置器框5是电力载波收发讯机框6是跳频译码器(二次解调器)电路原理7是BCD解码器及逻辑处理器电路原理1表示出低压载波电能管理系统的组成和使用范围，系统由低压载波数据集中器、低压载波数据采集器、低压载波数据设置器三部分组成，用于从变压器B1输出的220V低压配电网中，数据采集器的多少是依据采集点(电表)的多少由系统配套设置，图中省略表示出n个采集器。图2低压载波数据集中器由电力载波收发讯机、单片机处理器、微型打印机及通讯模块插口组成，通讯模块插口的设置是为了实现与中压载波电能管理的通讯。该系统能将各电表数据采集到集中器，并将每块电表的数据通过微型打印机打印出来，而且能够通过中压载波传向变电站，与变电站远方抄表设备相连，实现与中压的通讯。图3低压载波数据采集器由电力载波收发讯机、单片机处理器、电度表光电脉冲传感器、功能模块及电源组成。功能模块可按需要配备，例如IC卡、标准钟及其它扩展功能等等。图4低压载波数据设置器由电力载波收发讯机、单片机处理器、键盘及电源组成。图5虚线内部分表示出电力载波收发讯机的组成，从中可以看出数据在发送和接收过程中被调制和解调的过程。单片机处理器对要发送的数据(BCD码)先进行一次调制，经过通讯编码、BCD编码、跳频编码后输出在音频范围内的跳频序列，然后送入压控振荡器、前置放大器、谐振功率放大器被二次调制后，通过电力偶合器偶合到电力线上；数据的接收经过电力偶合器，送入选频放大器、调频鉴频器，被一次解调后，再送入跳频译码器(二次解调器)进行二次解调，最后经BCD解码器、逻辑处理器将接收的数据解调出来，进入单片机处理器，整个过程中一次调制是用软件实现输出在音频范围内的跳频序列，二次调制是将跳频序列以调频的方式加载到载频上去；一次解调是解调出跳频序列，二次解调是解调出要接收的BCD编码。
一次调制的实现方法是这样的利用单片机串行口输出的特性，重复发55H即可得到一单频率的方波输出，改变串行口输出的定时常数，则可得到不同频率的方波输出，将输出的频率的不同组合与所发送的数据(BCD码)相对应，即可得到被一次调制的跳频序列。当然对某一单一的频率序列，要有一个特定的时间长度，为此定义五个不同频率fA、fB、fC、fD、fE，将数据BCD码(0000-1111)的四位分别与fD、fC、fB、fA四个频率一一对应，若数据BCD码对应的位为1时，将与该位对应的频率f发出，若为0则不发，一组BCD码发完时发fE，作为BCD码一组的结束符。在二次解调电路中以fE为标志可得到对应的中断讯号。假若要发一个数“7”，则对应的BCD码为“0111”，经一次调制发出的跳频序列的组合为“fCfBfAfE”，再进行二次调制以调频的形式偶合到电力线上。
图6跳频译码器(二次解调器)电路原理图中采用两片LM567二次集成得到集成块U，图中共有三个分别为U1、U2、U3，U1、U2、U3等效于6片LM567，经过二次集成后降低了芯片成本。LM567是锁相环音频移码器，它有八个脚，1、2脚通常分别对地接一电容，形成输出滤波网络和环路单极低通滤波网络，2脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽；3脚是输入端，4脚接工作电源，5、6脚外接电阻电容决定了内部压控振荡器中心频率，7脚接地，8脚是输出端。LM567的基本功能是当3脚输入频率在捕捉带宽内的讯号时，8脚由高电平变为低电平，2脚输出经过F/V变换的音频信号；若在2脚输入音频讯号，则5脚输出受2脚输入音频讯号调制的调频方波讯号。
电力载波收发讯机接收的放大讯号由箭头所示方向进入U1的3脚，经一次解调后得到的跳频序列从U1的2脚输出，这里只用了一片LM567。从U1的2脚输出的跳频序列送入三极管BG，经过三极管BG放大后，由三极管的集电极送至U1的7脚(另一片LM567)，U2的7脚、3脚，U3的7脚、3脚，U1、U2、U3(5片LM567)的本振频率分别为fA，fB、fC，fD、fE，这与一次调制输出的跳频的单一频率是相同的，电路中U1、U2、U3是经BG放大后的单一支路，图中未标出部分按LM567的通常接法。当一次解调后的跳频序列的某一单一频率与U1、U2、U3的本振频率相等或落在对应的带宽内时，则该单一频率对应的电路输出端即为0(低电平)，二次解调电路中U1、U2、U3的输出端分别是U1的12脚，U2的12、16脚，U3的12、16脚，图中A、B、C、D、E为电路输出端。当一次解调后的跳频序列到来时，该阵列电路从A、B、C、D、E端以TTL电平输出，从而完成二次解调。
图7BCD解码及逻辑处理是这样实现的二次解调输出的讯号分别从A、B、C、D、E点以TTL电平输出后，该对应的输出触发U8(U8为4RS触发器)，使4RS触发器置位，当E点输出时，通过U9得到中断讯号，单片机80C31将4RS触发器中的数据读入，就完成了一组BCD码的数据传送，然后单片机清零4RS触发器。这里U8采用74LS279，U9采用74LS00。
一次调制时发的数“7”，经电力线传输在接收点通过电力偶合器进入放大器进行放大，再经一次解调得到跳频序列，该跳频序列经二次解调后得到C、B、A、E输出，并触发4RS触发器，以中断方式将数据“7”读入单片机中，完成了一个数据的发送过程。
该低压载波电能管理系统中，采用“一次调制”、“二次解调”大大降低了成本，并有效地解决了在低压载波数据传送过程中要求有很强的抗干扰能力的问题。
权利要求
1.低压载波电能管理系统由低压载波数据集中器、低压载波数据采集器、低压载波数据设置器组成，低压载波数据集中器由电力载波收发讯机、单片机处理器、打印机、通讯模块插口组成，低压载波数据采集器由电力载波收发讯机、单片机处理器、电度表光电脉冲传感器和功能模块组成，低压载波数据设置器由电力载波收发讯机、单片机处理器组成，数据集中器、数据采集器、数据设置器中的电力载波收发讯机对发送数据的一次调制通过压控振荡器、前置放大器、谐振功率放大器实现，并通过电力偶合器偶合到电力线上，数据的接收经电力偶合器，并通过选频放大器、调频鉴频器实现一次解调，其特征在于在电力载波收发讯机上增加了一次调制和一次解调其中一次调制的方法采用如下步骤——利用单片机处理器串行口输出的特性，先获得一个单频率的方波输出——改变单片机串行口输出的定时常数，得到不同频率的方波输出——将输出的不同频率与所要发送的数据BCD码一一对应——设置一个频率作为发送数据的结束符——若数据BCD码对应的位为1时，将与该位对应的频率发出，若为0则不发，一组BCD码发完时，发结束符频率；对应于一次调制的二次解调电路的特征在于经调频鉴频器一次解调输出的讯号，进入一个三极管，经三极管放大后，从三极管的集电极输出分别进入五片LM567的输入端，五片LM567的输出端接BCD解码器及逻辑处理器电路。
全文摘要
本发明低压载波电能管理系统属于电力载波技术领域，在本系统中的数据集中器、数据采集器、数据设置器上的电力载波收发讯机采用了二次调制、二次解调的方式，其中的一次调制用软件实现，相对应的二次解调电路结构简单，采用此种方式提高了数据传输的可靠性，且增强了系统的抗干扰能力，降低了系统的成本，非常适宜于在低压配电线路上使用，可以面向用户实现集中抄表和电能管理。
文档编号G06F17/40GK1136186SQ9511371
公开日1996年11月20日 申请日期1995年7月29日 优先权日1995年7月29日
发明者李效斌 申请人:李效斌