专利名称：窄带电力线载波和微功率无线双信道自动切换装置及方法
技术领域：
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种窄带电カ线载波和微功率无线双信道自动切换装置及方法。
背景技术：
现有的通信信道都是单一方式的。当前用电采系统主要是采用窄带电力线载波和微功率无线的単一通信方式，这其中又以窄带电カ线载波通信运用最广，微功率无线目前主要应用于少数部分地区。而这两种单一信道的通信方式都有各自的缺陷:
窄带电カ线载波是依托已有的电カ资源进行数据传输，由于低压电カ线路是用来传输电能的，所以电カ线的通信环境十分恶劣，噪声污染严重，窄带电力线载波通信会受电网噪声、阻抗及谐波等影响。微功率无线是通过空间电磁波进行数据传输，对安装环境有较高的要求，对方向敏感以及受建筑物遮挡影响大；另外由于现代科技发展的日新月异，无线通信设备得到了广泛运用，空间电磁波的污染也越来越严重，这也严重影响采集成功率。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供ー种窄带电カ线载波和微功率无线双信道自动切換装置及方法，使两个信道之间既可以互相独立并行工作，同时又相互协作，自动切換，发挥出各自信道的优势。本发明的目的是这样实现的:
一、电カ线载波和微功率无线双信道自动切換装置(简称装置)
本装置包括第一检测模块、第二检测模块和信道选择模块；
第一检测模块和第二检测模块分别与信道选择模块连接。ニ、电カ线载波和微功率无线双信道自动切換方法(简称方法)
本方法包括以下步骤:
①第一检测模块检测出载波信道上的接收信号強度，第二检测模块检测出无线信道上的接收信号強度；
②信道选择模块将检测到的两种信号強度与预设阈值进行比较；
A、第一比较模块:
当无线信道接收信号强度大于阈值W1，则选择无线信道；
B、第二比较模块:
当无线信道接收信号强度大于阈值W2且小于阈值Wl吋，
a、如果载波信道接收信号强度大于阈值Z1，则选择载波信道；
b、如果载波信道接收信号强度大于阈值Z2且小于阈值Zl吋，则首选无线信道；
C、如果载波信道接收信号強度小于阈值Z2，则选择无线信道；
C、第三比较模块:当无线信道接收信号強度小于阈值W2吋，
a、如果载波信道接收信号强度大于阈值Z2，则选择载波信道；
b、如果载波信道接收信号強度小于阈值Z2，则延时后重新检测载波信道接收信号強度和无线信道接收信号強度；
Wl=-85dbm, W2=_90dbm，Zl=_50dbm，Z2=_55dbm ；
③自动切換:
由于无线信道传输速率较载波信道快，所以默认无线信道为首选信道，故根据上述②中比较的几种情况:若当前信道接收信号强度满足A或B-b或B-c，则选择无线信道，即不需要进行切換；若当前信道接收信号强度满足B-a或C-a，则选择载波信道，即此时无线信道会自动切换成载波信道；后续自动切換工作依此类推进行下去。本发明具有下列优点和积极效果:
①本发明主要应用在用户用电信息采集系统中，为智能电网自动抄表提供了一种更好的通信方式:双信道通信；
②考虑现有的通信信道都是单一方式的，都有各自的缺陷，本发明采用并行通道，两个信道之间可以互相独立并行工作，同时又相互协作，自动切換，发挥出各自信道的优势，有效地保证了信息通讯的高效安全，实现高实抄率和高准确率；
③适用于自动抄表系统、物联网、智能家居和智能建筑、家庭网络系统、家庭自动化系统和安防系统等。
图1是本装置的结构方框 图2是第一检测模块的结构方框 图3是第二检测模块的结构方框 图4是本方法的工作流程 图5是第I比较模块SI的工作流程 图6是第2比较模块S2的工作流程 图7是第3比较模块S3的工作流程图。图中: 10—窄带电力线载波信道接收信号强度检测模块(简称第一检测模块)，
11一第I信源，
12—载波信道，
13—第I硬件滤波器，
14一第I软件滤波器，
15—载波RSSI检测器；
20—微功率无线信道接收信号强度检测模块(简称第二检测模块)，
21一第2信源，
22一无线信道，
23—第2硬件滤波器，
24—第2软件滤波器， 25—无线RSSI检测器；
30—信道选择模块；
Z—噪声源。SI—第I比较模块，S2—第2比较模块，S3—第3比较模块。图8是自动抄表系统的结构方框图，图8中:
100—系统主站(供电所上位机)；
200—通信信道(GPRS/CDMA)；
300—集中器；
400—智能电表。汉译英:
* RSSI:Received Signal Strength Indicator,接收信号强度指不器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明详细说明:
一、装置
1、总体
如图1，本装置包括第一检测模块10、第二检测模块20和信道选择模块30 ；
第一检测模块10和第二检测模块20分别与信道选择模块30连接。其工作原理:
本装置的目的是通过对载波信道和无线信道上的接收信号強度的比较，来判断载波信道质量和无线信道质量的好坏，从而进行两种信道的自动切換，使两个信道独立并行工作，互相补充，克服单一信道传输的劣势，有效保证信息通讯的可靠性。本装置通过第一检测模块10检测出载波信道接收信号強度，通过第二检测模块20检测出无线信道接收信号強度，然后利用信道选择模块30将检测到的载波信道接收信号強度和无线信道接收信号強度与预设阈值进行比较，根据比较结果来判断载波信道和无线信道质量的好坏，从而进行信道选择和切換。2、功能块
I)第一检测模块10
如图2，第一检测模块10包括依次连接的第I信源11、载波信道12、第I硬件滤波器13、第I软件滤波器14、载波RSSI检测器15 ;其中第I硬件滤波器13和第I软件滤波器14位置可以相互交換。其工作原理:
第I信源11发出信号通过载波信道12的同时会受到外界噪声源Z的干扰，然后经第I硬件滤波器13滤除一部分噪声干扰，再通过第I软件滤波器14又滤除一部分噪声干扰，这样经过软硬双重滤波处理后噪声干扰基本被消除，然后通过载波RSSI检测器15，测出载波信道接收信号強度平均值。假设在约I秒内能测得M个RSSI的瞬时值，对这M个瞬时值进行平均得到RSSI的平均值，即载波平均RSSI=Sum (载波瞬时RSSI)/M (M值因信道受外界干扰而不定，以实际測量个数为准)。假设经过载波信道后，所测的载波平均RSSI的范围在-90dbm -1Odbm之间。若载波平均RSSK_55dbm，说明当前载波信道质量很差，不能正常通信；_55dbmく载波平均RSSK_50dbm，说明当前载波信道质量一般，可作为备选信道；载波平均RSSI〉-50dbm，说明当前载波信道质量很好。所以，一般都是以-50dbm为临界点，来判断当前载波信道质量的好坏。(I)第 I 信源 11
存在于用户用电采集系统中，用来发出各种抄表信号。(2)载波信道12
是用户用电采集系统中的低压电カ线路，是目前用电采集系统最主要的通信信道之一，主要是用来传输低压电カ线载波信号的。(3)第I硬件滤波器13
选用一般的滤波器即可；主要用来滤除信号中的噪声干扰等。(4)第I软件滤波器14
选用中值滤波；进一步滤除信号中的一些噪声干扰。(5)载波RSSI检测器15
选用一般的产品，只要可以实现下述检测功能的均可以；
用来检测载波信道上的接收信号強度的平均值，以便与信道选择模块30设定的阀值进行比较，从而判断载波信道和信道质量的好坏，来进行两种信道的选择和自动切換。2)第二检测模块20
如图3，第二检测模块20包括依次连接的第2信源21、无线信道22、第2硬件滤波器23、第2软件滤波器24、无线RSSI检测器25 ;第2硬件滤波器23和第2软件滤波器24位置可以相互交換.其工作原理:
第2信源21发出信号通过无线信道22的同时会受到外界噪声等的干扰，然后经第2硬件滤波器23会滤除一部分噪声干扰，再通过第2软件滤波器24，又滤除一部分噪声干扰，这样经过软硬双重滤波处理后噪声干扰基本被消除，然后通过无线RSSI检测器25，如果在约I秒内能测得N个RSSI的瞬时值，对这N个瞬时值进行平均得到RSSI的平均值，即无线平均RSSI=Sum (无线瞬时RSSI)/N (N值会因无线信道受外界干扰而不定，以实际测量个数为准)。假设信号经过无线信道后，我们所测的无线平均RSSI的范围在-1lOdbm -30dbm之间。若无线平均RSSK_90dbm，说明当前无线信道质量很差，不能正常通信；-90dmb〈无线平均RSSK_85dbm，说明当前无线信道质量一般，可作为备选信道；无线平均RSSI〉-85dbm，说明当前无线信道质量很好，是首选信道。所以，一般都是以_85dbm为临界点，来判断当前无线信道质量的好坏。(I)第 2 信源 21
存在于用户用电采集系统中，用来发出各种抄表信号。(2)无线信道22
主要为空间电磁波，用来传输微功率无线信号的。(3 )第2硬件滤波器23
选用一般的滤波器即可；主要用来滤除信号中的噪声干扰等。(4 )第2软件滤波器24
选用中值滤波；进一步滤除信号中的一些噪声干扰。
(5)无线RSSI检测器25
选用一般的产品，只要可以实现下述检测功能的均可以；
用来检测无线信道上的接收信号強度的平均值，以便与信道选择模块30设定的阀值进行比较，从而判断载波信道和无线信道质量的好坏，来进行两种信道的选择和自动切換。3)信道选择模块30
信道选择模块30是通过软件编程来实现:
(I)硬件配置:
信道选择模块30由一个微处理器组成；该微处理器对第一检测模块10和第二检测模块20检测出的接收信号強度的平均值进行寄存，并与预设阀值进行比较分析选择信道，再根据当前信道对比判断是否需要自动切換:若选择信道与当前信道一祥，则不需切換；若不一样，则自动切換成选择的信道。(2)软件编程
如图4，软件编程包括第I比较模块S1、第2比较模块S2和第3比较模块S3，第I比较模块S1、第2比较模块S2和第3比较模块S3依次交互，再循环往复。设置阈值:Wl=-85dbm，W2=-90dbm,Zl=_50dbm，Z2=_55dbm ；
载波平均RSS1:载波信道21接收信号強度平均值；
无线平均RSS1:无线信道22接收信号強度平均值。ニ、方法
基于以上描述结构，本切換方法的工作流程如图4、5、6和7所示。如图4，本方法的工作流程图是:
第I比较模块S1、第2比较模块S2和第3比较模块S3依次交互，再循环往复。1、第I比较模块SI的工作流程 如图5，第I比较模块SI的工作流程是:
O、无线平均RSSI和载波平均RSSI的获取-000 ；
A、判断无线平均RSSI是否>W1-S11，是则首选无线信道22，否则进入第2比较模块S2。2、第2比较模块S2的工作流程 如图6，第2比较模块S2的工作流程是:
O、连接第I比较模块SI;
A、判断无线平均RSSI是否〉W2-S21，是则进入步骤B，否则进入第3比 较模块S3 ；
B、判断载波平均RSSI是否〉Z1-S22，是则选择载波信道12，否则进入步骤C；
C、判断载波平均RSSI是否>Z2-S23，是则首选无线信道22，否则选择无线信道22。3、第3比较模块S3的工作流程 如图7，第3比较模块的工作流程是:
0、连接第2比较模块S2；
A、判断载波平均RSSI是否〉Z2-S31，是则选择载波信道12，否则经过延时-S32后进入第I比较模块SI。三、应用实施例
1、自动抄表系统 如图8，自动抄表系统包括系统主站(供电所上位机)100、通信信道(GPRS/CDMA) 200、集中器300和智能电表400 ；
系统主站(供电所上位机)100与集中器300之间通过通信信道(GPRS/CDMA) 200进行数据传输，集中器300与智能电表400之间通过载波信道12或者无线信道22进行数据传输，第I硬件滤波器13、第I软件滤波器14、载波RSSI检测器、第2硬件滤波器23、第2软件滤波器24、无线RSSI检测器25和信道选择模块30均设计在智能电表400里面(此系统内未画出)，第I信源11和第2信源21主要由集中器300提供(此系统内未标出)。2、本发明同样适用干物联网、智能家居和智能建筑、家庭网络系统、家庭自动化系统和安防系统等。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式
仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种窄带电カ线载波和微功率无线双信道自动切換装置，其特征在于: 包括第一检测模块(10)、第二检测模块(20)和信道选择模块(30)； 第一检测模块(10)和第二检测模块(20)分别与信道选择模块(30)连接； 所述的第一检测模块(10)包括依次连接的第I信源(11 )、载波信道(12)、第I硬件滤波器(13)、第I软件滤波器(14)和载波RSSI检测器(15)； 所述的第二检测模块(20)包括依次连接的第2信源(21)、无线信道(22)、第2硬件滤波器(23)、第2软件滤波器(24)和无线RSSI检测器(25)； 所述的信道选择模块(30)由一个微处理器组成。
2.基于权利要求1所述装置的自动切換方法，其特征在于包括下列步骤: ①第一检测模块(SI)检测出载波信道(12)上的接收信号強度，第二检测模块(S2)检测出无线信道(22)上的接收信号強度； ②信道选择模块(30)将检测到的两种信号強度与预设阈值进行比较； 第一比较模块(SI): 当无线信道(22 )接收信号强度大于阈值Wl，则选择无线信道(22 ); B、第二比较模块(S2): 当无线信道(22)接收信号强度大于阈值W2且小于阈值Wl吋， a、如果载波信道(12)接收信号强度大于阈值Z1，则选择载波信道(12)； b、如果载波信道(12)接收信号强度大于阈值Z2且小于阈值Zl吋，则首选无线信道(22)； C、如果载波信道(12)接收信号強度小于阈值Z2，则选择无线信道(22); C、第三比较模块(S3): 当无线信道(22)接收信号强度小于阈值W2吋， a、如果载波信道(12)接收信号强度大于阈值Z2，则选择载波信道(12); b、如果载波信道(12)接收信号強度小于阈值Z2，则延时后重新检测载波信道(12)接收信号強度和无线信道(22)接收信号強度；Wl=-85dbm, W2=_90dbm，Zl=_50dbm，Z2=_55dbm ； ③自动切換: 由于无线信道(22)传输速率较载波信道(22)快，所以默认无线信道为首选信道，故根据上述②中比较的几种情况:若当前信道接收信号强度满足A或B-b或B-c，则选择无线信道，即不需要进行切換；若当前信道接收信号强度满足B-a或C-a，则选择载波信道，即此时无线信道会自动切换成载波信道；后续自动切換工作依此类推进行下去。
全文摘要
本发明公开了一种窄带电力线载波和微功率无线双信道自动切换装置及方法，涉及通讯技术领域。本装置包括第一检测模块(10)、第二检测模块(20)和信道选择模块(30)；第一检测模块(10)和第二检测模块(20)分别与信道选择模块(30)连接。本方法是①第一、二检测模块分别检测出载波信道、无线信道上的接收信号强度；②信道选择模块将检测到的两种信号强度与预设阈值进行比较；③自动切换。本发明为智能电网自动抄表提供了双信道通信；有效地保证了信息通讯的高效安全，实现高实抄率和高准确率；适用于自动抄表系统、物联网、智能家居和智能建筑、家庭网络系统、家庭自动化系统和安防系统等。
文档编号H04B3/54GK103138801SQ20131008713
公开日2013年6月5日 申请日期2013年3月19日 优先权日2013年3月19日
发明者陈玉进, 朱清, 田华, 方毅, 魏胜清, 陈俊, 邓桂平, 李帆, 夏水斌, 常永利, 姜学东 申请人:湖北省电力公司, 北京中宸泓昌科技有限公司, 国家电网公司