一種全頻帶電力線載波通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別涉及一種全頻帶電力線載波通信方法，用于計(jì)量表的數(shù)據(jù)抄錄。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)從1996年開(kāi)始，有部分廠家開(kāi)始研究電力線載波通信用于電力線抄表，到2006年開(kāi)發(fā)，關(guān)注電力線載波通信的公司迅速增多，但是大部分為使用通用單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)發(fā)軟件實(shí)現(xiàn)電力線載波的調(diào)制和解調(diào)，這種方式開(kāi)發(fā)出的載波通信方式稱(chēng)之為窄帶載波，因?yàn)槠渫ㄐ艓拸?K-50KHZ不等，帶寬較窄，且通信速率從50bps-5.4kbps不等，但是因?yàn)槠涫茈娋W(wǎng)的干擾比較大，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)成功率不高，特別是在電網(wǎng)用電高峰期，基本無(wú)法抄收數(shù)據(jù)，所以居民用戶(hù)的電表抄讀都選擇在每天的凌晨O點(diǎn)開(kāi)始。
[0003]隨著國(guó)家建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的號(hào)召，這種通信方式由于通信速率低，無(wú)法承載更大的數(shù)據(jù)收發(fā)，市場(chǎng)需要一種更快速度，更高成功率的通信技術(shù)，國(guó)際的高通、mstar，國(guó)內(nèi)的華為海思相繼推薦了基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Homeplug的寬帶電力線載波通信芯片，其通信的頻率范圍為2MHz-30MHz，最高通信速率能達(dá)到IGbps，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家庭上網(wǎng)的電力貓上，因?yàn)閷拵лd波通信頻率高，信號(hào)在電力線上衰減快，同時(shí)在電力線為地埋線時(shí)，通信距離非常短，只適合在家庭內(nèi)部使用。為了將該技術(shù)應(yīng)用到電力線載波抄表上，將寬帶載波的通信速率降低到10Mbps，在極端的環(huán)境下，通信速率可以降低到3Mbps，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離上得到了一定的提升，但是在某些環(huán)境比較差的配電臺(tái)區(qū)，特別是全地埋線的情況下，通信成功率非常低，同樣無(wú)法滿(mǎn)足全部情況的抄表需求。
[0004]因此，有必要設(shè)計(jì)一種新的用于抄表的電力線載波通信方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種全頻帶電力線載波通信方法，該全頻帶電力線載波通信方法能顯著提高抄表的成功率。
[0006]發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0007]—種全頻帶電力線載波通信方法，以BPLC處理器作為用于數(shù)據(jù)采集的主控制器；具有兩條采集通道分別執(zhí)行基于寬帶載波的數(shù)據(jù)傳輸和基于窄帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸;每條采集通道能單獨(dú)工作以采集數(shù)據(jù)；
[0008]該兩條采集通道分別是寬帶載波采集通道和窄帶載波采集通道；
[0009]BPLC是指寬帶電力線載波通信；
[0010]寬帶載波采集通道包括BPLC收發(fā)電路和BPLC耦合電路;BPLC收發(fā)電路的一側(cè)與BPLC處理器的寬帶收發(fā)端口相連，BPLC收發(fā)電路的另一側(cè)通過(guò)BPLC耦合電路與電力線連接；
[0011]窄帶載波采集通道包括窄帶載波發(fā)送電路、窄帶載波接收電路、窄帶信號(hào)耦合電路以及過(guò)零電路；
[0012]窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路均設(shè)置在窄帶信號(hào)耦合電路與BPLC處理器之間；窄帶信號(hào)耦合電路與電力線連接;窄帶載波發(fā)送電路和窄帶載波接收電路與BPLC處理器的引腳相連;這里的引腳包括普通的通用1引腳，1引腳可以作為使能信號(hào)輸出端，弓丨腳也可以是DAC引腳(即BPLC處理器內(nèi)部集成的DAC的輸出端)，通過(guò)DAC引腳能模擬正弦波的輸出;DAC引腳是指數(shù)字轉(zhuǎn)模擬信號(hào)引腳；
[0013]過(guò)零電路的輸入端接電力線，過(guò)零電路的輸出端接BPLC處理器的1端口；
[0014]由BPLC處理器產(chǎn)生窄帶載波調(diào)制信號(hào)發(fā)送給窄帶載波發(fā)送電路，并對(duì)窄帶載波接收電路接收的窄帶載波信號(hào)先在窄帶載波的接收電路(MC3361)中進(jìn)行鑒頻，再輸入到BPLC處理器進(jìn)行解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)窄帶載波通信。
[0015]BPLC收發(fā)電路中的發(fā)送電路采用通用PA芯片(PA芯片采用ISL1571)，接收電路采用電阻、電容和電感組成的多級(jí)濾波電路。
[0016]窄帶載波采用BFSK調(diào)制方式，通信速率50bps-600bps，采用擴(kuò)頻通信方式，采用80位的擴(kuò)頻因子。
[0017]窄帶載波的接收電路采用MC3361芯片，負(fù)責(zé)接收調(diào)頻信號(hào)的鑒頻。
[0018]針對(duì)窄帶載波通信，由寬帶載波處理器產(chǎn)生兩種不同頻率的正弦波信號(hào):MO(如138kHz)和Ml (如126kHz)，兩個(gè)信號(hào)頻率差為不超過(guò)15KHz，每次發(fā)送MO或Ml的時(shí)間設(shè)為τ(這個(gè)時(shí)間是指MO或Ml持續(xù)的時(shí)間)，(τ < 10微秒)，通過(guò)過(guò)零電路獲取到220V正弦交流電的過(guò)零點(diǎn)，在過(guò)零點(diǎn)前后時(shí)間t(t< 4毫秒)里進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，每個(gè)過(guò)零點(diǎn)發(fā)送Ibit有效數(shù)據(jù)(有效數(shù)據(jù)是指一個(gè)O或I)。
[0019]先采用寬帶載波方式進(jìn)行配電臺(tái)區(qū)的電表抄表，一輪抄表完成后，統(tǒng)計(jì)未成功抄表的電表，抄表命令下發(fā)后一定時(shí)間未返回?cái)?shù)據(jù)或返回?cái)?shù)據(jù)錯(cuò)誤即為未成功抄表，再采用窄帶載波通信方式對(duì)未成功抄表的電表進(jìn)行補(bǔ)抄，直到成功率為100 %。
[0020]BPLC處理器采用寬帶電力線載波芯片高通的QCA7000型芯片。
[0021]BPLC耦合電路中的耦合變壓器要求收發(fā)線圈分開(kāi)，原邊匝數(shù):發(fā)送線圈匝數(shù):接收線圈匝數(shù)之比為4:1:5。
[0022]基于該寬帶載波處理器，通過(guò)通用1腳外接窄帶載波通信的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送電路采用分立元器件搭接，接收電路采用通用的FSK鑒頻芯片，同時(shí)增加寬帶載波芯片的信號(hào)親合電路；
[0023]寬帶載波發(fā)送電路采用外置PA方式，PA芯片采用ISL1571，接收電路為電阻、電容和電感組成的多級(jí)濾波電路，耦合變壓器要求收發(fā)線圈分開(kāi)，匝數(shù)比為4:1:5(原邊匝數(shù):發(fā)送匝數(shù):接收匝數(shù))。
[0024]窄帶載波采用BFSK調(diào)制方式，通信速率50bps-600bps，采用擴(kuò)頻通信方式，采用80位的擴(kuò)頻因子，這種技術(shù)可以極大提高其抗干擾能力，同時(shí)提升其點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離，特別在地埋線情況下，相對(duì)寬帶載波通信方式，其通信距離有極大提升。窄帶載波的接收和解調(diào)芯片采用MC3361，發(fā)送采用分立器件搭建，一方面可以提升性能，另一方面可以降低整個(gè)通信系統(tǒng)成本。
[0025]本通信系統(tǒng)的窄帶載波的調(diào)制和解調(diào)在寬帶載波芯片的ARM9中采用軟件實(shí)現(xiàn)，用軟件(內(nèi)部程序)的方式產(chǎn)生兩種不同頻率的正弦波信號(hào)(采用內(nèi)部程序模擬正弦波信號(hào)為現(xiàn)有成熟技術(shù))，其中頻率高的信號(hào)記為MO(如138kHz)，頻率低的信號(hào)記為Ml(如126kHz)，兩個(gè)信號(hào)頻率差為不超過(guò)15KHz，為該窄帶通信系統(tǒng)帶寬，每次發(fā)送MO或Ml的時(shí)間設(shè)為τ，一般不超過(guò)10微秒，通過(guò)過(guò)零電路獲取到220V正弦交流電的過(guò)零點(diǎn)，在過(guò)零點(diǎn)前后一定時(shí)間t(不超過(guò)4毫秒)里進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，每個(gè)過(guò)零點(diǎn)發(fā)送lbit。
[0026]本通信系統(tǒng)在數(shù)據(jù)抄讀時(shí)，先采用寬帶載波方式進(jìn)行配電臺(tái)區(qū)的電表抄表，一輪抄完后，統(tǒng)計(jì)未成功抄表的電表，抄表命令下發(fā)后一定時(shí)間未返回?cái)?shù)據(jù)或返回?cái)?shù)據(jù)錯(cuò)誤即為未成功抄表，再采用窄帶載波通信方式進(jìn)行補(bǔ)抄，直到成功率為100%。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0028]本發(fā)明的全頻帶電力線載波通信方法，結(jié)合了窄帶載波通信距離遠(yuǎn)、信號(hào)衰減慢點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也結(jié)合了寬帶載波通信的速率快等優(yōu)點(diǎn)，能完美解決全部臺(tái)區(qū)的抄表需求，顯著提高抄表的成功率，試驗(yàn)表明能使全部臺(tái)區(qū)半小時(shí)抄表成功率達(dá)到100 %，能滿(mǎn)足用電信息采集系統(tǒng)的成功率和高效率的需求。
[0029]另外，本方案的實(shí)施成本低，在原有寬帶載波芯片的基礎(chǔ)上增加窄帶通信電路，而且通過(guò)原有寬帶載波芯片模擬窄帶載波通信的調(diào)制和解調(diào)，易于實(shí)施，構(gòu)思巧妙，而效果特別突出，是本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)所在。
[0030]寬帶電力線載波處理器內(nèi)置了寬帶載波的調(diào)制和解調(diào)器，采用ARM9內(nèi)核，運(yùn)行I inux嵌入式操作系統(tǒng)，采用OFDM的調(diào)制方式，通信頻率2_12MHz，物理層最大通信速率達(dá)10Mbps，該寬帶載波通信芯片外加的寬帶載波收發(fā)電路、信號(hào)耦合電路保持不變，實(shí)現(xiàn)寬帶電力線載波通信。本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn):
[0031]1、實(shí)現(xiàn)了寬帶載波通信和窄帶載波通信的互補(bǔ)，相比窄帶載波，極大提升了通信速率，滿(mǎn)足智能電網(wǎng)需求，相比寬帶載波，極大提升了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信距離，特別是地埋線下的通信距離。
[0032]2、實(shí)現(xiàn)了在寬帶載波芯片中使用軟件方式實(shí)現(xiàn)了窄帶載波的調(diào)制與解調(diào)，窄帶載波通信的通信指標(biāo)可以更加現(xiàn)場(chǎng)的情況靈活配置。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為全頻帶電力線載波通信方法的總體架構(gòu)圖；
[0034]圖2為數(shù)據(jù)抄讀流程圖；
[0035]圖3為窄帶載波信號(hào)發(fā)送電路圖；
[0036]圖4為窄帶載波接收電路圖；
[0037]圖5為窄帶載波耦合電路圖；
[0038]圖6為窄帶載波過(guò)零電路圖；
[0039]圖7為寬帶載波信號(hào)收發(fā)和耦合電路。
【具體實(shí)施方式】
[0040]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本文