專利名稱：應(yīng)用于低壓集中抄表系統(tǒng)的電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力線載波通信技術(shù)，尤其涉及一種應(yīng)用于低壓集中抄表系統(tǒng)的電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
中國(guó)電力線的分布極為復(fù)雜，用電環(huán)境也各不相同，電力線的通信環(huán)境十分惡劣。 一方面，電力線上存在多種干擾，如脈沖、白噪聲等，這些干擾具有很強(qiáng)的突變性，可隨著時(shí)間和空間的變化而隨時(shí)改變。這些復(fù)雜的因素給電力線載波通信造成了巨大障礙，也為技術(shù)人員的開發(fā)增加了困難。另外，由于目前中國(guó)電力線通信技術(shù)以及硬件資源的局限，實(shí)現(xiàn)這些干擾的分析與研究也是十分困難的，很多已有的技術(shù)方案事先未針對(duì)各種干擾進(jìn)行大量分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)就投入使用，造成了電力線通信性能的不可靠性。另一方面，由于系統(tǒng)設(shè)備中各種復(fù)雜的邏輯控制電路存在信號(hào)交叉?zhèn)鬏?，轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)繁雜等情況，電力線載波通訊極易出現(xiàn)故障，因此，在設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)方案前，應(yīng)做詳盡和詳實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。上述復(fù)雜狀況不僅給客戶的應(yīng)用帶來極大的不便，也限制了電力線通信技術(shù)的發(fā)展。應(yīng)用于電力低壓集中抄表系統(tǒng)的載波通信芯片，由于不同的生產(chǎn)廠家有各自不同的載波調(diào)制頻點(diǎn)，且通信協(xié)議各不相同，運(yùn)維調(diào)試工作目前由各個(gè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行。隨著近年來低壓載波集中抄表終端和智能載波電能表的全面推廣應(yīng)用，通信協(xié)議和型式的統(tǒng)一為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展帶來了先機(jī)。因此，迫切需要一種能夠?qū)﹄娏€通信情況進(jìn)行全面診斷與檢測(cè)的、便捷、通用、高效的電力線通信測(cè)試裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足，提供一種應(yīng)用于低壓集中抄表系統(tǒng)的電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
1、電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置(簡(jiǎn)稱測(cè)試裝置)
本測(cè)試裝置包括依次連接的電力線、切換模塊、載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；
切換模塊由保護(hù)器和電路切換開關(guān)組成；
載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊由第一、二、三、四載波模塊組成；
數(shù)據(jù)處理模塊由MCU、供電電源、鍵盤、液晶顯示和通信接口組成；
其連接關(guān)系是
電力線、保護(hù)器和電路切換開關(guān)依次連接，電路切換開關(guān)的四個(gè)分接頭分別與載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊中的第一、二、三、四載波模塊連接，通過電路切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通信電路的切換，構(gòu)成載波通信的電力線傳輸通道；
第一、二、三、四載波模塊通過RS232接口分別與MCU31并行連接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后的載波信號(hào)的接收和發(fā)送；
供電電源、鍵盤、液晶顯示和通信接口分別與MCU連接，實(shí)現(xiàn)供電、對(duì)被測(cè)對(duì)象參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的分析處理、信息的顯示及提供外接設(shè)備的通信接口。工作原理
通過電路切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通信電路的切換，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的載波方案來選擇載波模塊；載波模塊實(shí)現(xiàn)電力線上的載波信號(hào)與信號(hào)處理模塊能識(shí)別的數(shù)字電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換， 建立數(shù)據(jù)處理模塊中的檢測(cè)軟件與被測(cè)對(duì)象的通信信道；
數(shù)據(jù)處理模塊通過通用程序發(fā)送被測(cè)集中器或抄讀器的載波通信命令，接收被測(cè)載波表的通信數(shù)據(jù)；整個(gè)裝置構(gòu)成了對(duì)采用任意全載波方案的低壓集中抄表系統(tǒng)的主動(dòng)發(fā)送設(shè)備，實(shí)現(xiàn)載波通信功能，利用低壓電力線為通信介質(zhì)與終端設(shè)備(載波電能表)建立可靠的數(shù)據(jù)連接，以半雙工的通信方式對(duì)終端進(jìn)行抄控操作。同時(shí)，作為電力線載波信號(hào)和可識(shí)別通訊數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換通道，本裝置可直觀地對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行的采集系統(tǒng)中低壓電力線上的被測(cè)對(duì)象 (載波集中器、載波電能表)之間的通信狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)處理模塊還可以通過預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行虛擬數(shù)據(jù)包的收發(fā)測(cè)試，通過接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)的比較，完成電力線載波現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信質(zhì)量的測(cè)試。鍵盤輸入完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境參數(shù)的設(shè)置，液晶顯示可直觀顯示經(jīng)解析后的通訊數(shù)據(jù)，通信接口可作為外接設(shè)備的信號(hào)輸入端。2、基于電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置的測(cè)試方法(簡(jiǎn)稱測(cè)試方法) 本測(cè)試方法包括下列步驟
第1、將兩臺(tái)載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置分別連接在電力線(220V低壓電力線路)的兩個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)(200 1000m)上，將其中一臺(tái)定義為發(fā)送端，將另一臺(tái)定義為接收端；
第2、選擇一種載波方案，在發(fā)送端通過預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包，在接收端通過對(duì)接收數(shù)據(jù)包的解析來檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波通信質(zhì)量，包括通信成功率、誤包率、信號(hào)衰減度和信噪比；
第3、分別選擇另外三種載波方案，按照第2步驟進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波通信質(zhì)量的檢
測(cè)；
第4、通過四種方案測(cè)試數(shù)據(jù)的比較，確定最優(yōu)方案，為載波集中器及載波電能表的選型提供參考依據(jù)。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果
①能實(shí)現(xiàn)載波通信電路的切換，易于擴(kuò)展，覆蓋目前國(guó)內(nèi)主要窄帶載波模塊種類，能實(shí)現(xiàn)各類載波方案的電力線載波數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)提取與解析；
②無需攜帶計(jì)算機(jī)，通過數(shù)據(jù)處理模塊的程序設(shè)置滿足所有通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，適用于對(duì)低壓載波集中抄表系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與調(diào)試；
③可通過本裝置的組合使用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，提供現(xiàn)場(chǎng)通信環(huán)境和各種方案的技術(shù)參數(shù)，為載波技術(shù)方案的確立提供依據(jù)。


圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖中
00 —電力線(220V低壓電力線路)； 10—切換模塊，
511一保護(hù)器，12—電路切換開關(guān)；
20—載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，
21—第一載波模塊，22—第二載波模塊， 23—第三載波模塊，24—第四載波模塊；
30—數(shù)據(jù)處理模塊，
31—MCU,32—供電電源， 33—鍵盤， 34—液晶顯示，35—通信接口。圖2是本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)通信環(huán)境測(cè)試示意圖； 圖中
Al—第一載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，A2—第二載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置； B—載波集中器；
Cl一第一載波電能表，Cn-H η載波電能表。圖3是本測(cè)試方法的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明 一、測(cè)試裝置
1、總體
如圖1，本測(cè)試裝置包括依次連接的電力線00、切換模塊10、載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊20和數(shù)據(jù)處理模塊30 ；
切換模塊10由保護(hù)器11和電路切換開關(guān)12組成；
載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊20由第一、二、三、四載波模塊21、22、23、Μ組成；
數(shù)據(jù)處理模塊30由MCU31、供電電源32、鍵盤33、液晶顯示34和通信接口 35組成；
其連接關(guān)系是
電力線00、保護(hù)器11和電路切換開關(guān)12依次連接，電路切換開關(guān)12的四個(gè)分接頭分別與載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊20中的第一、二、三、四載波模塊21、22、23、Μ連接，通過電路切換開關(guān)12實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通信電路的切換，構(gòu)成載波通信的電力線傳輸通道；
第一、二、三、四載波模塊21、22、23、Μ通過RS232接口分別與MCU31并行連接，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后的載波信號(hào)的接收和發(fā)送；
供電電源32、鍵盤33、液晶顯示34和通信接口 35分別與MCU31連接，實(shí)現(xiàn)供電、對(duì)被測(cè)對(duì)象參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的分析處理、信息的顯示及提供外接設(shè)備的通信接口。2、功能塊 1)保護(hù)器11
保護(hù)器11是一種常用產(chǎn)品，如不可恢復(fù)型的有熔斷器，可恢復(fù)型的有壓敏電阻等。其功能是使本測(cè)試裝置的弱電回路不被損壞。2)電路切換開關(guān)12
電路切換開關(guān)12是一種電氣多路切換開關(guān)，選用四路即可。3)第一、二、三、四載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊21、22、23、24
載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)電力線上的載波信號(hào)與數(shù)據(jù)處理模塊能識(shí)別的數(shù)字電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換，建立數(shù)據(jù)處理模塊中的檢測(cè)軟件與被測(cè)對(duì)象的通信信道。第一、二、三、四載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊21、22、23、對(duì)可采用市場(chǎng)成熟產(chǎn)品。其使用的載波芯片的中心頻率點(diǎn)分別為421kHz、270kHz、132kHz、120kHz ；該模塊中除載波芯片外，集成了電源轉(zhuǎn)換電路、耦合電路、載波發(fā)送電路、存儲(chǔ)電路和指示電路等。 其中，耦合電路將電力線載波信號(hào)耦合至載波芯片；接收的電平信號(hào)經(jīng)載波芯片調(diào)制解調(diào)后，通過載波發(fā)送電路進(jìn)行信號(hào)放大輸出至電力線；電源轉(zhuǎn)換電路提供各種工作電源，指示電路指示電源、通訊等狀態(tài)。載波芯片與外圍電路均集成為載波專用模塊。4)MCU31
MCU31采用Atmel公司生產(chǎn)的AT91SAM擬60，該芯片內(nèi)嵌ARM核心，可通過預(yù)先設(shè)定的程序，完成人機(jī)接口和通訊功能。5)供電電源32、鍵盤33、液晶顯示34和通信接口 35均為常用產(chǎn)品
供電電源32為MCU 31提供獨(dú)立電源，采用性能可靠的開關(guān)電源或線性電源，市場(chǎng)上有成熟產(chǎn)品。液晶顯示34采用IXD驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)液晶顯示器，可選用市場(chǎng)成熟產(chǎn)品。通信接口 35可擴(kuò)充RS-232接口、外接示波器接口(載波信號(hào)輸出)等，保留接口芯片位置，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需求選用。二、測(cè)試方法
1、關(guān)于第1步驟
如圖2，將兩臺(tái)載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置分別連接在電力線(220V低壓電力線路)的兩個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)(200 1000m)上，即將第一載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置Al和第二載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置A2分別接入，Al作為模擬載波集中器B的信號(hào)發(fā)送端，A2作為模擬載波電能表Cl (或Cn)的信號(hào)接收端；
2、關(guān)于第2步驟
如圖3，第2步驟中的工作流程包括下列步驟
①開始000；
②選擇載波方案100通過手動(dòng)操作電路切換開關(guān)12來選通載波模塊，確定測(cè)試的載波方案；(以選通第一載波模塊為例)
③基本參數(shù)輸入200通過手工輸入確定一臺(tái)測(cè)試裝置為發(fā)送端，另一臺(tái)測(cè)試裝置為接收端，錄入被測(cè)兩點(diǎn)的基本信息，設(shè)定通信成功率目標(biāo)值；
④測(cè)試參數(shù)配置300軟件默認(rèn)以最高標(biāo)準(zhǔn)作為缺省值配置發(fā)送數(shù)據(jù)包相關(guān)參數(shù)，包括長(zhǎng)度、個(gè)數(shù)、速率、次數(shù)和發(fā)送間隔，以及發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行人工配置；
⑤收發(fā)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理400進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，完成后根據(jù)發(fā)送端的原始數(shù)據(jù)與接收端的接收數(shù)據(jù)來計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)通信環(huán)境參數(shù)，包括通信成功率、誤包率、信號(hào)衰減度和信噪比；
⑥通信成功率判斷500判斷計(jì)算得出的通信成功率是否達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，若未達(dá)到， 則通過步進(jìn)調(diào)整測(cè)試參數(shù)800跳轉(zhuǎn)到步驟④，若仍未達(dá)到，再次進(jìn)入循環(huán)；若達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，則進(jìn)入下一步驟；
⑦測(cè)試數(shù)據(jù)保存600在通信成功率達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值時(shí)，軟件將輸入的基本參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)參數(shù)和通信環(huán)境參數(shù)保存至存儲(chǔ)器，并給予 唯一標(biāo)識(shí)，便于查詢管理； ⑧結(jié)束700。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于低壓集中抄表系統(tǒng)的電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，其特征在于 本測(cè)試裝置包括依次連接的電力線(00)、切換模塊(10)、載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(20)和數(shù)據(jù)處理模塊(30);切換模塊(10)由保護(hù)器(11)和電路切換開關(guān)(12)組成； 載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(20)由第一、二、三、四載波模塊(21、22、23、24)組成； 數(shù)據(jù)處理模塊(30)由MCU (31)、供電電源(32)、鍵盤(33)、液晶顯示(34)和通信接口 (35)組成；其連接關(guān)系是電力線(00)、保護(hù)器(1)和電路切換開關(guān)(12)依次連接，電路切換開關(guān)(12)的四個(gè)分接頭分別與載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(20)中的第一、二、三、四載波模塊(21、22、23、24)連接，通過電路切換開關(guān)(12)實(shí)現(xiàn)對(duì)載波通信電路的切換，構(gòu)成載波通信的電力線傳輸通道；第一、二、三、四載波模塊(21、22、23、24)通過RS232接口分別與MCU (31)并行連接， 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后的載波信號(hào)的接收和發(fā)送；供電電源(32)、鍵盤(33)、液晶顯示(34)和通信接口(35)分別與MCU (31)連接，實(shí)現(xiàn)供電、對(duì)被測(cè)對(duì)象參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的分析處理、信息的顯示及提供外接設(shè)備的通信接口。
2.按權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于第一、二、三、四載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(21、22、23、24)使用的載波芯片的中心頻率點(diǎn)分別為 421kHz、270kHz、132kHz、120kHz。
3.按權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于MCU(31)選用Atmel公司生產(chǎn)的AT91SAM擬60，該芯片內(nèi)嵌ARM核心，通過預(yù)先設(shè)定的程序，完成人機(jī)接口和通訊功能。
4.按權(quán)利要求1所述測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于包括下列步驟第1、將兩臺(tái)載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置分別連接在電力線的兩個(gè)被測(cè)節(jié)點(diǎn)上，將其中一臺(tái)定義為發(fā)送端，將另一臺(tái)定義為接收端；第2、選擇一種載波方案，在發(fā)送端通過預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)送特定的數(shù)據(jù)包，在接收端通過對(duì)接收數(shù)據(jù)包的解析來檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波通信質(zhì)量，包括通信成功率、誤包率、信號(hào)衰減度和信噪比；第3、分別選擇另外三種載波方案，按照步驟②進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波通信質(zhì)量的檢測(cè)； 第4、通過四種方案測(cè)試數(shù)據(jù)的比較，確定最優(yōu)方案，為載波集中器及載波電能表的選型提供參考依據(jù)。
5.按權(quán)利要求4所述的測(cè)試方法，其特征在于第2步驟①開始(000)；②選擇載波方案(100)通過手動(dòng)操作電路切換開關(guān)(1 來選通載波模塊，確定測(cè)試的載波方案；以選通第一載波模塊為例，③基本參數(shù)輸入O00)通過手工輸入確定一臺(tái)測(cè)試裝置為發(fā)送端，另一臺(tái)測(cè)試裝置為接受端，錄入被測(cè)兩點(diǎn)的基本信息，設(shè)定通信成功率目標(biāo)值；④測(cè)試參數(shù)配置(300)軟件默認(rèn)以最高標(biāo)準(zhǔn)作為缺省值配置發(fā)送數(shù)據(jù)包相關(guān)參數(shù)， 包括長(zhǎng)度、個(gè)數(shù)、速率、次數(shù)和發(fā)送間隔，以及發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行人工配置；⑤收發(fā)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理G00)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，完成后根據(jù)發(fā)送端的原始數(shù)據(jù)與接收端的接收數(shù)據(jù)來計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)通信環(huán)境參數(shù)，包括通信成功率、誤包率、信號(hào)衰減度和信噪比；⑥通信成功率判斷(500)判斷計(jì)算得出的通信成功率是否達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，若未達(dá)到，則通過步進(jìn)調(diào)整測(cè)試參數(shù)(800)跳轉(zhuǎn)到步驟④，若仍未達(dá)到，再次進(jìn)入循環(huán)；若達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，則進(jìn)入下一步驟；⑦測(cè)試數(shù)據(jù)保存(600)在通信成功率達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值時(shí)，軟件將輸入的基本參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)參數(shù)和通信環(huán)境參數(shù)保存至存儲(chǔ)器，并給予唯一標(biāo)識(shí)，便于查詢管理；⑧結(jié)束(700)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于低壓集中抄表系統(tǒng)的電力線窄帶載波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置，涉及電力線載波通信技術(shù)。本測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)是電力線、保護(hù)器和電路切換開關(guān)依次連接，電路切換開關(guān)的四個(gè)分接頭分別與載波信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊中的第一、二、三、四載波模塊連接；第一、二、三、四載波模塊通過RS232接口分別與MCU31并行連接；供電電源、鍵盤、液晶顯示和通信接口分別與MCU連接。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)各類載波方案的電力線載波數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)提取與解析；通過數(shù)據(jù)處理模塊的程序設(shè)置滿足所有通訊功能的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，適用于對(duì)低壓載波集中抄表系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與調(diào)試，為載波技術(shù)方案的確立提供依據(jù)。
文檔編號(hào)H04B3/46GK102347786SQ20111020349
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者傅士冀, 夏水斌, 李俊, 李帆, 鄧桂平, 郭玥 申請(qǐng)人:湖北省電力公司電力試驗(yàn)研究院