一种利用电力线载波技术的监控设备及其监控方法与流程

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种利用电力线载波技术的监控设备及其监控方法。

背景技术：

通信设备的监控系统对于保障可靠的通讯链路具有重要意义。自20世纪80年代起，现场总线因其可靠性强/通信快捷、兼容性广等一系列优势在工业自动化控制中得以广泛应用。目前各种设备监控管理系统和现场总线设备种类繁多，可以满足各行业的需要。但在一些空间有限的应用场景，现场总线技术也存在着布线难度高、传输速率受限、不易维护的问题。

电力线载波技术是指利用已有的配电网作为传输媒介，进行载波传输的一种通信方式，该技术将通信信号通过耦合电路耦合到电力线上，实现数据传递和信息交换。电力线载波通信技术借助电力线进行数据传输，不需要重新布线，在家庭上网和物联网领域得到了广泛的应用。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用电力线载波技术的监控设备及其监控方法，无需重新布线，即可有效的完成设备监控管理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用电力线载波技术的监控设备，包括主节点、调制解调器、从节点，一个设备监控系统含有一个主节点和多个从节点，主从节点、调制解调器通过电力线信道组成单总线型拓扑结构，主节点为系统监控基站，接收来自从节点的监控数据，调制解调器用于完成监控数据的调制、解调和耦合，为主从节点通信提供通路；从节点为被监控设备，按照规定的总线访问机制将监控数据发送给主节点，电力线为数据传输提供通道，同时为主从节点和调制解调器提供电源；

所述的主节点和从节点与调制解调器接口采用UART或USB通信方式通信；

所述的调制解调器主要包括调制解调模块、AD/DA模块、耦合器模块，其中调制解调模块采用RS编码对节点数据进行编码，来避免来自电力线信道中的单频点脉冲干扰，然后采用采用相位连续的PSK调制解调方式对数据信号进行调制，保证减小频谱扩展和干扰，然后将调制好的信号通过AD模块、耦合器模块发送至电力线信道上，同理与主节点连接的调制解调器完成对信号的接收、解调、解码等流程，将监控数据发送给主节点。

一种利用电力线载波技术实现设备监控的方法，其监控方法包括物理层设计和数据链路层信道访问机制设计，其中物理层主要实现了数据的调制解调方式和信号处理相关内容，为数据链路层通信提供底层访问服务和接口；数据链路层主要发明了一套基于改进的令牌总线的多址通信通信方案，包括以下步骤：

1、物理层数据传输过程如下：

1）从节点通过UART或USB方式将监控数据发送给调制解调器；

2）调制解调器将监控数据进行组帧，然后经RS编码、连续相位的PSK调制、DA变换、信号耦合，然后将信号发送至电力线信道上；

3）主节点通过耦合器感知电力线上的模拟信号，然后经AD转换、PSK解调、RS解码，从帧中获取来自从节点的数据；

4）主节点向从节点发送数据同上；

2、数据链路层基于改进的令牌总线多址访问：

1）系统上电后，总线上的调制解调器通过电力线进行自组网，组网后每一个节点都具备唯一的逻辑地址。每一个从节点都有前继地址和后继地址，以及主节点地址；

2）当网络空闲时，只有空闲令牌在环路上不停流动；

4）当一个站想发送数据时，必须截获空闲令牌；

3）系统上电后，初始空闲令牌由主节点发出，遍历所有从节点后，由最后一个从节点传递给主节点；

5）如果经过的令牌其比特为1，则不是空闲令牌，只能耐心等待；

6）如果经过的令牌其比特为0，这时，发送站将令牌比特置为1，并将本节点所需发送数据长度等信息发送至主节点，主节点接收此信息后，对该从节点应答，并将总线访问权授予此从节点，从节点收到主节点授权后将待发送数据组装成数据帧，发送数据至主节点，该从节点可以连续地发送直到无数据可发为止；

7）从节点发送数据完成后，向主节点发送释放令牌请求，让出总线访问权。待主节点应答后，将空闲令牌发送至下一从节点；

8）当环路中所有节点发送数据完成后，将空闲令牌发送至主节点，主节点获得令牌后，可以访问从节点。如果无需访问从节点，可以将令牌传递给1号从节点，继续上述传递流程。

附图说明

图1电力线设备监控单总线拓扑图；

图2 调制解调器物理层数据处理流程；

图3 令牌在总线上的传递流程。

具体实施方式

以下结合附图对发明进一步叙述。

如图1所示，一种利用电力线载波技术实现设备监控的方法，其特征在于，硬件平台包括主节点、调制解调器、从节点，一个设备监控系统含有一个主节点和多个从节点，主从节点、调制解调器通过电力线信道组成单总线型拓扑结构，主节点为系统监控基站，接收来自从节点的监控数据；调制解调器用于完成监控数据的调制、解调和耦合，为主从节点通信提供通路；从节点为被监控设备，按照规定的总线访问机制将监控数据发送给主节点，电力线为数据传输提供通道，同时为主从节点和调制解调器提供电源，其监控方法包括以下步骤：

如图2所示，点对点数据传输过程如下：

1）从节点通过UART或USB方式将监控数据发送给调制解调器；

2）调制解调器将监控数据进行组帧，然后经RS编码、连续相位的PSK调制、DA变换、信号耦合，然后将信号发送至电力线信道上；

3）主节点通过耦合器感知电力线上的模拟信号，然后经AD转换、PSK解调、RS解码，从帧中获取来自从节点的数据；

4）主节点向从节点发送数据同上；

如图3所示，本发明在处理多个节点共享通信信道时，采用了改进型的令牌总线技术方案，为各个节点提供平等的网络访问服务，可靠性高，通信速率高，可确定的网络性能，保证了设备监控对于传输时延的需求。具体实施方式如下：

1）系统上电后，总线上的调制解调器通过电力线进行自组网，组网后每一个节点都具备唯一的逻辑地址。每一个节点都有前继地址和后继地址，以及主节点地址。

2）当网络空闲时，只有空闲令牌在环路上不停流动。

3）系统上电后，初始空闲令牌由主节点发出，遍历所有从节点后，由最后一个从节点传递给主节点。

4）当一个站想发送数据时，必须截获空闲令牌。

5）如果经过的令牌其比特为1，则不是空闲令牌，只能耐心等待。

6）如果经过的令牌其比特为0，这时，发送站将令牌比特置为1，并将待发送数据组装成数据帧，发送数据至主节点。该站可以连续地发送直到无数据可发或者到令牌保持计时器计满为止。

7）该站发送数据完成后，释放令牌，并将空闲令牌发送至下一节点。

8）当环路中所有节点发送数据完成后，将空闲令牌发送至主节点，主节点获得令牌后，可以访问从节点。如果无需访问从节点，可以将令牌传递给1号从节点，继续上述传递流程。

9）从节点之间不进行数据帧传输。