CN205959385U - 多模通信模块及相应的电力载波抄表*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模通信模块，同时也公开了采用该多模通信模块的电力载波抄表***。该多模通信模块包括载波通信单元、主控单元和无线通信单元；其中，载波通信单元和无线通信单元分别连接主控单元，主控单元与电力载波抄表***中的采集器或集中器进行数据交互。利用该多模通信模块，可以实现无线通信和载波通信的双模通信方式，一方面大幅度提高了电能表的抄收成功率，另一方面也使电力载波抄表***的覆盖范围最大化，同时保证了在电力载波出现“孤岛”问题的情况下也能够采集到电能计量数据。

Description

多模通信模块及相应的电力载波抄表***

技术领域

本实用新型涉及一种多模通信模块，同时也涉及采用该多模通信模块的电力载波抄表***，属于智能电网技术领域。

背景技术

电力载波通信技术经过多年发展，初步达到了可用的程度，但在通信稳定性和实时性上还有很大的提升空间。由于供电网络结构的复杂性、线路高频信号衰减严重，特别是电网各种干扰的随机性和无规律性，加上电力网络的分布电容、分布电感、负载性质、负载阻抗值、噪声等都是动态的而不是恒定的，电力载波通信技术存在一定的局限性，例如经常出现的“孤岛”问题就是比较突出的。所谓“孤岛”是指特定区域内的载波线路存在一定的干扰，导致载波通信无法正常进行。

近年来，随着无线通信技术的发展，采用无线组网通信方式，其优势是非常明显的。无线通信网络与用电环境无关，网络相对稳定可靠，网络内单一节点出现故障不会影响其他节点的正常通信。因此，如果将无线通信技术与电力载波通信技术相互结合，彼此作为对方备用的通信信道，则在出现“孤岛”问题时可以借助其它通信信道，采用电力载波通信与无线通信无缝切换的方式继续进行通信，那么现有电力载波通信技术中出现的“孤岛”问题将得到有效解决。

例如，在申请号为201210339732.4的中国专利申请中，公开了一种电力线载波和无线双信道网络通信模块，能够同时通过电力线信道和无线信道收发经过调制解调的电压信号，显著提高了通信可靠性和实时性。在专利号为ZL 201220336407.8的中国实用新型专利中，公开了一种基于电力载波***的载波无线双模模块，克服了电力线路上载波信号的传输噪声频谱复杂导致通信稳定性和实时性较差的缺陷，使整个网络的灵活性和可靠性得到提升。但是，现有技术在故障切换等方面仍然存在一些缺陷，不能完全满足电力载波抄表***实用化的要求。

发明内容

本实用新型所要解决的首要技术问题在于提供一种多模通信模块。

本实用新型所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述多模通信模块的电力载波抄表***。

为实现上述目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种多模通信模块，包括载波通信单元、主控单元和无线通信单元；其中，

所述载波通信单元和所述无线通信单元分别连接所述主控单元，所述主控单元与外部的采集器或集中器进行数据交互。

其中较优地，所述载波通信单元包括第一单片机、载波通信芯片、载波发送放大电路、载波接收滤波电路和载波耦合电路；其中，所述第一单片机一方面与所述载波通信芯片连接，另一方面分别与所述载波发送放大电路、所述载波接收滤波电路连接，所述载波发送放大电路、所述载波接收滤波电路分别与所述载波耦合电路连接。

其中较优地，所述载波通信芯片为TCC082C芯片。

其中较优地，所述无线通信单元包括无线通信芯片、第二单片机及***电路；其中，所述第二单片机一方面连接所述无线通信芯片，另一方面连接所述***电路。

其中较优地，所述无线通信芯片为nRF903芯片。

一种电力载波抄表***，包括主站、采集器、集中器和电能表，还包括上述的多模通信模块，所述多模通信模块与所述采集器或所述集中器进行数据交互。

其中较优地，在每个台式变压器旁边安装一台集中器，每个居民计量表箱内安装一台采集器，所述采集器通过串行通信总线采集各电能表的电能计量数据，通过所述多模通信模块将数据传送给所述集中器，所述集中器通过远程通道将各电能表的电能计量数据传送到所述主站。

其中较优地，所述集中器与所述采集器之间采用无线通信和载波通信的双模通信方式。

利用本实用新型所提供的多模通信模块，可以实现无线通信和载波通信的双模通信方式。双模通信方式将两种通信信道封装在一个模块中，只需一次安装即可实现双模通信，在两种通信方式相结合的情况下大幅度提高了电能表的抄收成功率。两种通信方式相结合也使得电力载波抄表***的覆盖范围最大化，同时保证了在电力载波出现“孤岛”问题的情况下也能够采集到电能计量数据。本实用新型的技术方案还具有施工简单、维护方便、即插即用等优点。

附图说明

图1为本实用新型所提供的多模通信模块的整体结构示意图；

图2为集中器与采集器之间4种通信方式的示意图；

图3为本电力载波抄表***中，载波无线混合组网模型的示意图；

图4为实现上述载波无线混合组网模型的实施例示意图；

图5为解决“孤岛”问题的集中器与采集器的组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容展开详细的说明。

如图1所示，本实用新型所提供的多模通信模块包括载波通信单元、主控单元和无线通信单元；其中，载波通信单元和无线通信单元分别连接主控单元，该主控单元由微处理器或单片机实现，可以与外部的采集器(或集中器)进行数据交互。

载波通信单元包括第一单片机、载波通信芯片、载波发送放大电路、载波接收滤波电路和载波耦合电路。其中，第一单片机一方面与载波通信芯片连接，另一方面分别与载波发送放大电路、载波接收滤波电路连接，载波发送放大电路、载波接收滤波电路分别与载波耦合电路连接。在本实用新型的一个实施例中，该载波通信芯片可以采用TCC082C芯片，第一单片机可以采用8051指令兼容的高速微处理器如PL3105、PL2101等。其它电路的具体设计是本领域技术人员的常规技术手段，例如钟颖仪在论文《电力线载波通信的***电路设计》(刊载于《电子科技》2012年第11期)中，详细介绍了电力线载波通信的***专用电路,包括发送驱动电路、耦合接收电路等，在此就不具体说明了。

无线通信单元包括无线通信芯片、第二单片机及***电路。其中，第二单片机一方面连接该无线通信芯片，另一方面连接***电路。在本实用新型的一个实施例中，第二单片机也可以采用8051指令兼容的高速微处理器如PL3105、PL2101等，无线通信芯片可以采用nRF903芯片等，***电路主要包括无线收发天线等。

在本实用新型中，主控单元分别通过第一单片机和第二单片机，控制载波通信芯片和无线通信芯片实现通信信道的切换。当外部的采集器通过电阻分压网络和分流元件分别对电压信号和电流信号采样后，送到电能计量芯片，在电能计量芯片内对采集到的信号进行处理后，还原为数字信号，传入本多模通信模块的主控单元。主控单元首先将数字信号由载波通信单元的第一单片机传送给载波通信芯片。若载波通信单元的工作正常，则通过载波通信芯片将数字信号调制为载波应答信号，并引入相应的扩频码，即进行扩频处理后通过第一单片机发送到载波发送放大电路、载波耦合电路，并馈入电力线通道，完成电能表信息的采集和发送；若载波通信单元工作异常，则主控单元将数字信号通过无线通信单元的第二单片机传入无线通信芯片，无线通信芯片将数字信号转换为无线通信信号，通过与第二单片机连接的***电路(即无线收发天线)将无线通信信号经由无线通信网络上报到主站，完成电能表信息的采集和发送。

利用上述的多模通信模块，本实用新型进一步提供了一种电力载波抄表***。该电力载波抄表***以台式变压器为中心，在每个台式变压器旁边安装一台集中器，每个居民计量表箱内安装一台采集器。采集器通过RS-485串行通信总线采集电能表的电能计量数据，通过本实用新型所提供的多模通信模块(载波通信和无线通信同时工作)将数据传送给集中器，然后集中器通过GPRS、3G/4G等远程通道将各电能表的电能计量数据传送到主站。

在本实用新型的一个实施例中，多模通信模块可以安装在集中器下行通信模块的位置，负责进行无线通信组网和载波通信组网，并收集用于无线通信和载波通信的混合路由所需的相关信息。该集中器可以安装在三相线路所在的地点，也可以安装在单相线路所在的地点。安装在三相线路上时，可以作为台区信息的发送器，否则，需要一个三相的电能表节点，用于发送台区信息。

本实用新型所提供的多模通信模块作为集中器与采集器之间进行数据交互的桥梁，在彼此之间进行通信时，可以组合出如图2所示的4种通信方式(4条信道路径)，即载波发送、载波回复，无线发送、无线回复，载波发送、无线回复和无线发送、载波回复。在进行组网时，主控单元可以对4条信道路径进行自动优化和记忆。在数据采集时，每次均可通过最快的捷径以1种信道路径实现数据交互，有效保证了通信的可靠性、稳定性和快捷性。

本实用新型是以载波通信为主、无线通信为桥来组建网络，无线通信作为“桥接”通道，降低了对使用环境的要求。在整合了各自优势后，使得整个网络的灵活性、可靠性得到了提升，对存在载波“孤岛”的环境，只需选择2到3个点，将现有技术中的纯载波通信模块更换为本实用新型所提供的多模通信模块，即可完成双模网络的组建。

图3为本实用新型所提供的电力载波抄表***中，载波无线混合组网模型的示意图。在该载波无线混合组网模型中，由上述多模通信模块组成载波无线双模节点，彼此之间采用无线通信方式。而在载波无线双模节点与其它载波节点之间，仍然采用传统的载波通信方式。

图4为实现上述载波无线混合组网模型的一个具体实施例。在该实施例中，集中器与各采集器之间采用无线通信和载波通信的双模通信方式，而各采集器之间可以根据需要组成若干无线子网，例如无线子网-1、无线子网-2等。在现有技术中，低压载波信道容易受电网阻抗变化、噪声、谐波等影响，抄表成功率较低。本实用新型所提供的载波与无线相结合的双模通信方式以载波为主，无线为辅，两者互相协调，自动切换，构成双通信信道的解决方案，克服了载波通信与无线通信各自的缺陷，极大提高了电力载波抄表***的抄表成功率。

另一方面，利用无线通信不受电网质量影响的特点并结合其空域特性，可以通过无线信道转发另一电力相位上的采集器，增加其中继路径，从而解决现有技术中普遍存在的“孤岛”问题。图5为解决“孤岛”问题的集中器与采集器的组网示意图。当采集器或集中器的载波线路出现通信异常或故障时，多模通信模块自动将相应的通信方式切换为无线通信，不影响数据采集的准确性和实时性，大大提高了电力载波抄表***的通信稳定性和可靠性。

综上所述，双模通信方式将两种通信信道封装在一个模块中，只需一次安装即可实现双模通信，在两种通信方式相结合的情况下大幅度提高了电能表的抄收成功率。两种通信方式相结合也使得电力载波抄表***的覆盖范围最大化，同时保证了在电力载波出现“孤岛”问题的情况下也能够采集到电能计量数据。本实用新型的技术方案还具有施工简单、维护方便、即插即用等优点。

随着全国范围内电网大改造的展开，如何解决日益庞大的供电网络自动化管理问题已经迫在眉睫。利用电力载波通信技术来传输用电数据，实现及时有效收集和统计，提高电力***对供电质量监控能力和管理水平，是目前国内外公认的最佳方案之一。低压电力线作为分布最为广泛的一种通信网络媒介，采用本实用新型所提供的技术充分利用好这一现成的媒介，使电力载波抄表***达到实用化的程度，所产生的经济效益和社会效益是显而易见的。

以上对本实用新型所提供的多模通信模块及相应的电力载波抄表***进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种多模通信模块，其特征在于包括载波通信单元、主控单元和无线通信单元；其中，

所述载波通信单元和所述无线通信单元分别连接所述主控单元，所述主控单元与外部的采集器或集中器进行数据交互；

所述主控单元分别控制所述载波通信单元和所述无线通信单元，在所述载波通信单元工作正常时采用载波通信方式，所述载波通信单元工作异常时切换为无线通信方式。

2.如权利要求1所述的多模通信模块，其特征在于：

所述载波通信单元包括第一单片机、载波通信芯片、载波发送放大电路、载波接收滤波电路和载波耦合电路；其中，所述第一单片机一方面与所述载波通信芯片连接，另一方面分别与所述载波发送放大电路、所述载波接收滤波电路连接，所述载波发送放大电路、所述载波接收滤波电路分别与所述载波耦合电路连接。

3.如权利要求2所述的多模通信模块，其特征在于：

所述载波通信芯片为TCC082C芯片。

4.如权利要求1所述的多模通信模块，其特征在于：

所述无线通信单元包括无线通信芯片、第二单片机及***电路；其中，所述第二单片机一方面连接所述无线通信芯片，另一方面连接所述***电路。

5.如权利要求4所述的多模通信模块，其特征在于：

所述无线通信芯片为nRF903芯片。

6.一种电力载波抄表***，包括主站、采集器、集中器和电能表，其特征在于还包括权利要求1～5中任意一项所述的多模通信模块，所述多模通信模块与所述采集器或所述集中器进行数据交互。

7.如权利要求6所述的电力载波抄表***，其特征在于：

在每个台式变压器旁边安装一台集中器，每个居民计量表箱内安装一台采集器，所述采集器通过串行通信总线采集各电能表的电能计量数据，通过所述多模通信模块将数据传送给所述集中器，所述集中器通过远程通道将各电能表的电能计量数据传送到所述主站。

8.如权利要求6或7所述的电力载波抄表***，其特征在于：

所述集中器与所述采集器之间采用无线通信和载波通信的双模通信方式。