CN105374193A - 基于三模异构的用户用电信息采集方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三模异构的用户用电信息采集方法及设备，包括子节点和主节点，子节点和主节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，子节点为至少两个，本发明把电力线载波PLC、键相频移FSK、直序扩频DSSS三种通讯方式进行结合，解决了通信中易受用电设备干扰及衰减和建筑物遮挡的影响，从而解决低压用电信息采集中部分智能电表不能采集回的问题。

Description

基于三模异构的用户用电信息采集方法及设备

技术领域：

本发明涉及一种通讯技术领域，特别是涉及一种基于三模异构的用户用电信息采集方法及设备。

背景技术：

随着智能电网建设的推广，电力线载波（PLC）通信技术及微功率无线频移键控（FSK）通信技术得到广泛的应用，在使用上述两种通信方式进行低压用电信息采集过程中出现了许多的问题，导致部分智能电表数据无法成功采集，影响智能电网下一步应用功能推进。

低压电力台区受台区内各用电用户所使用的用电设备影响，用电设备的固有特性及各种开关设备的切投过程中，会往电力线上注入大量的高频干扰信号；同时随着用电设备的切投，引起电力线接入点阻抗特性发生变化，从而导致电力上不同区域的阻抗特定不相同，对电力线载波（PLC）通信产生非常大的影响，导致通信误码率降低甚至无法通信。当供电线路中某个节点存在严重的干扰信号注入或阻抗极低将载波信号进行了严重的衰减，从而导致载波信号无法通过，从而导致后续所有电能表均无法通信上。

受低压居民用户的分布情况，结合居民线路布置，居民用户电能表仅能实现局部集中安置，需随着居民用户的分布而进行变化，同时居民表箱的安装位置相对较低，容易受到建筑物及建筑物的附属物的遮挡，微功率无线频移键控（FSK）通信方式受功率限制，导致无线信号孤岛现象频发。目前现场针对这种情况的处理方式为中间增加中继设备及增加外置延长天线，极大的增加了现场调试工作量及成本。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过把电力线载波PLC、键相频移FSK、直序扩频DSSS三种通讯方式进行结合，解决了通信中易受用电设备干扰及衰减和建筑物遮挡的影响，从而解决低压用电信息采集中部分智能电表不能采集回信息问题的基于三模异构的用户用电信息采集***。

本发明的技术方案是：一种基于三模异构的用户用电信息采集方法，其步骤是：

a、以主节点为中心，子节点为辅，把微功率无线频移键控FSK通信方式作为通信主体，构建高速通信主干网，实现大部分子节点之间及主节点间的实时通信；

b、子节点对采集到的用户用电信息进行打包处理，子节点对信息进行传输时，首先判断自身与附近节点的距离远近，并通过自身节点与附近节点之间的建筑物分布环境及居民用户电能表安装位置情况，选择合适的传输方式对采集信息进行传输；

c、当自身节点与附近节点距离较近，但受建筑物或其他屏蔽材料严重遮挡时，采用电力线载波PLC通信技术进行采集信息的传输；

d、当自身节点与附近节点受电力线噪声及衰减影响时，采用微功率无线频移键控FSK通信技术进行采集信息的传输；

e、当自身节点与附近节点之间距离较远，同时中间有建筑物或屏蔽材料遮挡，且中间没有可用于中继操作的节点时，采用功率无线直序扩频DSSS通信技术进行采集信息的传输；

f、MCU依据当前所接收数据的通信方式以及本次通信的目标地址节点或下一级中继地址节点是否在自身邻居节点列表中，若在则根据两个节点之间的情况选择合适的通信方式进行数据转发通信操作，否则直接使用接收到的通信方式进行数据转发通信操作，当采集信息在子节点之间传输到主节点时，由主节点进行信息整合，并传输到控制平台。

所述主节点与子节点及子节点与子节点之间均通过电力线载波PLC、微功率无线微功率无线频移键控FSK、微功率无线微功率无线直序扩频DSSS连接，且之间依据特有的预同步方式，进行调制模式的自动识别，进行数据接收操作。

所述主节点和子节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，所述MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，所述耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，所述无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片。

一种基于三模异构的用户用电信息采集设备，包括子节点和主节点，所述子节点和主节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，所述MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，所述耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，所述子节点为至少两个。

所述无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片，所述无线专用芯片与天线连接，所述天线为异形天性，所述异形天性设置在壳体内，所述壳体内还设置有功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片。

本发明的有益效果是：

1、本发明由多个通信节点组成通信网络，子节点依据自身与主节点及周围节点的通信状态选择通信方式、进行通信模式的自动切换操作，完成三模异构用电信息采集通信***的自组网、网络参数配置、数据通信功能。

2、本发明可以有效的解决现阶段低压集抄通信信道的弊端，使得各自的通信信道优势互补，从而有效的解决任何一种通信信道的抗干扰能力，当一种通信信道受到干扰时，则会判断选择另外一种信道进行通讯，当同时受到干扰时则判断每一种干扰程度，从而选择干扰最小的信道进行通信，同时微功率无线频移键控（FSK）通信模式采用跳频技术，大大增强抗干扰能力。

3、本发明使得通讯时数据采集的实时性大大提升，尤其是下发电量、远程拉合闸现场管理项的启用，下行通信信道会优先选择通信实时性最好的信道进行通信。

4、本发明解决了低压用户节点受分布建筑物环境及居民用户电能表安装位置影响，单一通信模式下受到干扰及信号屏蔽影响，导致各子节点有效通信距离不一，出现信号孤岛的问题。

附图说明：

图1为基于三模异构的用户用电信息采集方法及设备的现场使用示意图。

图2为主节点和或子节点的内部电气连接框图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

基于三模异构的用户用电信息采集方法，其步骤是：

a、以主节点为中心，子节点为辅，把微功率无线频移键控FSK通信方式作为通信主体，构建高速通信主干网，实现大部分子节点之间及主节点间的实时通信；

b、子节点对采集到的用户用电信息进行打包处理，子节点对信息进行传输时，首先判断自身与附近节点的距离远近，并通过自身节点与附近节点之间的建筑物分布环境及居民用户电能表安装位置情况，选择合适的传输方式对采集信息进行传输；

c、当自身节点与附近节点距离较近，但受建筑物或其他屏蔽材料严重遮挡时，采用电力线载波PLC通信技术进行采集信息的传输；

d、当自身节点与附近节点受电力线噪声及衰减影响时，采用微功率无线频移键控FSK通信技术进行采集信息的传输；

e、当自身节点与附近节点之间距离较远，同时中间有建筑物或屏蔽材料遮挡，且中间没有可用于中继操作的节点时，采用功率无线直序扩频DSSS通信技术进行采集信息的传输；

f、MCU依据当前所接收数据的通信方式以及本次通信的目标地址节点或下一级中继地址节点是否在自身邻居节点列表中，若在则根据两个节点之间的情况选择合适的通信方式进行数据转发通信操作，否则直接使用接收到的通信方式进行数据转发通信操作，当采集信息在子节点之间传输到主节点时，由主节点进行信息整合，并传输到控制平台。

主节点与子节点及子节点与子节点之间均通过电力线载波PLC、微功率无线微功率无线频移键控FSK、微功率无线微功率无线直序扩频DSSS连接，且之间依据特有的预同步方式，进行调制模式的自动识别，进行数据接收操作。

主节点和子节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片。

基于三模异构的用户用电信息采集设备，包括子节点和主节点，子节点和主节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，子节点为至少两个。

无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片，无线专用芯片与天线连接，天线为异形天性，异形天性设置在壳体内，壳体内还设置有功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片。

电力线载波通信（PLC）方案基于过零检测传输将一个过零周期分成三个独立的信道进行通信，使用二进制频移键（BFSK）调制技术将编码后的数据进行调试后通过耦合变压器注入到电力线中，完成低压电力线载波数据发送操作。使用耦合变压器将电力线载波信号从低压电力线上褪耦，使用低功耗窄带调频中放专用芯片将褪耦下来的信号进行解调。解调后的信号经过MCU进行数据解码操作，完成低压电力线载波信号接收操作。

如图1所示，节点5与节点8受建筑物的严重遮挡屏蔽，导致微功率无线频移键控（FSK）通信及微功率无线直序扩频（DSSS）通信方式不能进行通信，节点5切换到电力线载波（PLC）通信方式完成与节点8的通信操作，完成微功率无线频移键控（FSK）通信模式与电力线载波（PLC）通信方式切换操作，节点8组网通过电力线载波（PLC）通信方式完成之后继续使用微功率无线频移键控（FSK）通信方式与节点7、9进行数据通信，完成电力线载波（PLC）通信方式与微功率无线频移键控（FSK）通信方式转换；节点7与节点6受建筑物屏蔽阻挡及载波通信距离超限问题，微功率无线频移键控（FSK）通信模式及电力线载波（PLC）通信模式均不能进行有效通信，节点7切换到微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式与节点6进行数据通信，完成微功率无线频移键控（FSK）与微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式切换，节点6接收到节点7发送的微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式数据帧后，同样以微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式进行数据帧响应，节点7接收到节点6返回的微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式数据帧后，以微功率无线频移键控（FSK）通信模式向上一级节点8进行数据响应，完成微功率无线直序扩频（DSSS）通信模式与微功率无线频移键控（FSK）通信模式切换操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种基于三模异构的用户用电信息采集方法，其步骤是：

a、以主节点为中心，子节点为辅，把微功率无线频移键控FSK通信方式作为通信主体，构建高速通信主干网，实现大部分子节点之间及主节点间的实时通信；

b、子节点对采集到的用户用电信息进行打包处理，子节点对信息进行传输时，首先判断自身与附近节点的距离远近，并通过自身节点与附近节点之间的建筑物分布环境及居民用户电能表安装位置情况，选择合适的传输方式对采集信息进行传输；

c、当自身节点与附近节点距离较近，但受建筑物或其他屏蔽材料严重遮挡时，采用电力线载波PLC通信技术进行采集信息的传输；

d、当自身节点与附近节点受电力线噪声及衰减影响时，采用微功率无线频移键控FSK通信技术进行采集信息的传输；

e、当自身节点与附近节点之间距离较远，同时中间有建筑物或屏蔽材料遮挡，且中间没有可用于中继操作的节点时，采用功率无线直序扩频DSSS通信技术进行采集信息的传输；

f、MCU依据当前所接收数据的通信方式以及本次通信的目标地址节点或下一级中继地址节点是否在自身邻居节点列表中，若在则根据两个节点之间的情况选择合适的通信方式进行数据转发通信操作，否则直接使用接收到的通信方式进行数据转发通信操作，当采集信息在子节点之间传输到主节点时，由主节点进行信息整合，并传输到控制平台。

2.根据权利要求1所述的基于三模异构的用户用电信息采集方法，其特征是：所述主节点与子节点及子节点与子节点之间均通过电力线载波PLC、微功率无线微功率无线频移键控FSK、微功率无线微功率无线直序扩频DSSS连接，且之间依据特有的预同步方式，进行调制模式的自动识别，进行数据接收操作。

3.根据权利要求1所述的基于三模异构的用户用电信息采集方法，其特征是：所述主节点和子节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，所述MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，所述耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，所述无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片。

4.一种基于三模异构的用户用电信息采集设备，包括子节点和主节点，其特征是；所述子节点和主节点均包括功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片，所述MCU与功率放大器、窄带调频中放和无线专用芯片连接，所述耦合变压器与功率放大器、窄带调频中放和电力线连接，所述子节点为至少两个。

5.根据权利要求4所述的基于三模异构的用户用电信息采集***，其特征是：所述无线专用芯片为FSK通信芯片和DSSS通信芯片，所述无线专用芯片与天线连接，所述天线为异形天性，所述异形天性设置在壳体内，所述壳体内还设置有功率放大器、耦合变压器、窄带调频中放、MCU和无线专用芯片。