專利名稱：數傳型電力載波通信控制箱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數傳型電力載波通信控制箱。
利用現有輸電線路作為介質傳輸數據的方法稱為電力載波通信技術。電力載波技術在許多行業(yè)已得到廣泛應用，尤其是近幾年，更引起人們的極大關注，紛紛給出不同的解決方案。但由于電力載波通信技術應用的對象不確定因素眾多，負載特性不能用某一公式定量描述，因此各家方案只能適用某一類對象，并不能給出通用的解決措施。
專利CN-1061115A“配電網數字載波通訊系統(tǒng)和方法”和CN-1061117A“配電網數字載波通訊器”給出了一種利用配電網作為通訊通道在配電變壓器的配電網中進行通訊的通訊拓撲結構，及實現這一拓樸的調制和解調裝置，以及該裝置與電網的耦合方法。該兩項專利中未能考慮到拓樸結構中通訊站點的數量的限制，通訊站點增加到某一數量后，負載阻抗會變得很小，從而影響通訊的可靠性。同時在其軟件設計和硬件功率放大器設計中未能考慮到電力載波通訊過程中衰減過大和背景噪聲較大時，系統(tǒng)的適應性。在其對通訊載波頻率的選擇采用3-500KHz FSK方式，頻率范圍過寬，電力線負載的變化對通訊的可靠性影響較大。
本實用新型專利的目的是提供一種利用現有的輸電線路作為介質，對居民使用的設備狀態(tài)和計量裝置(電表，水表，氣表，防盜報警信號)進行采集處理、存貯并準確地上傳的數傳型電力載波通信控制箱。
本實用新型由電能表、智能電源管理單元、數傳載波通信單元和接線柱四部分組成，接線柱用于與外部交流220V相接，電能表的進線和數傳載波通信單元均與接線柱相接，智能電源管理單元的進線與電能表的出線相連，其各路直流電源輸出則與用于采集外部電平或脈沖的數傳載波通信單元相連。
本實用新型成本低，性能穩(wěn)定，適應性強，可安裝于住宅小區(qū)中，對住宅小區(qū)中用戶的設備使用狀態(tài)信息和計量裝置實時分析處理，并裝有自身能量消耗計量表。于小區(qū)物業(yè)管理辦公室中即可實時動態(tài)了解用戶設備狀態(tài)和用戶計量裝置的數據。本實用新型克服了電力負載變化對載波通信的成功的影響，具有通信可靠，計量準確等特點，具有較大的推廣前景，是未來智能住宅小區(qū)中理想的用戶設備監(jiān)控計量通信控制裝置。
下面結合實施例及其附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1為本實用新型的原理圖。
圖2為本實用新型數傳載波通信單元數據采集部分的電原理圖圖3為本實用新型數傳載波通信單元載波通訊部分的電原理圖圖4為本實用新型智能電源管理單元的電原理圖如圖1所示，本實用新型由電能表(1)、智能電源管理單元(2)、數傳載波通信單元(3)和接線柱(4)四大部分組成。外部交流220V接于接線柱(4)上，通過接線柱(4)與電能表(1)的進線和數傳載波通信單元(3)的相連，電能表(1)的出線與智能電源管理單元(2)的進線相連，用于計量本實用新型的電能消耗。智能電源管理單元(2)的各路直流電源輸出通過扁平電纜與數傳載波通信單元(3)相連，為該單元的各組成電路提供工作電壓。外部電平或脈沖通過電纜與數傳載波通信單元(3)相接。
如圖2、圖3所示，本實用新型的數傳載波通信單元(3)包括數據采集部分和載波通訊部分，為雙CPU結構。
數據采集部分(參見圖2)由CPU1即U13，模擬開關U9、U10、U11、U12及存貯器U15、U16構成。U9、U11和U10、U12均為八選一模擬開關，分別用于接收外部輸入的脈沖和電平信號，其輸出端則均與U13相連。U13為一單片機，本實施例采用AT89C2051，主要負責數據的采集、處理和存貯，并控制模擬開關通道的選擇。U13分時采集模擬開關輸入的每一路信號(外部電平或脈沖)，并加以判斷、處理后分別存貯于存貯器U15和U16中。U15和U16采用的是串行EEPROM 24C02。為了防止U13的死機，數據采集部分還包括一由U18構成的看門狗電路。U18的清零端與U13的P15的腳相連，U18的輸出端與U13的復位端相連，看門狗電路的清除由U13的P15控制，P15不斷發(fā)送脈沖信號清除看門狗電路計數器，一旦U13死機，看門狗電路計數器計滿，發(fā)出復位信號使U13復位。
載波通訊部分(參見圖3)由CPU2即U14和載波調制和解調電路構成。U14采用的也是AT89C2051。載波調制和解調電路由調制解調芯片U1A、晶振電路、功率放大電路、輸入選頻放大電路、藕合電路組成。晶振電路由晶振X2和電容C1B、C2B構成，與U1A的晶振口相連。U1A的載波信號輸出口與由功率放大器U2A、電容C4B、電阻R10B構成的功率放大電路的輸入端相接，功率放大電路的輸出端與由變壓器B1、藕合電容CP2、CP3、CP4組成的初級相連，U1A的載波信號輸入端則與由放大器U12，電感L1，電容C6B、C5B，電阻R7B，R5B，R4B構成的選頻放大電路的輸出端相連，選頻放大電路的輸入端也與藕合電路的初級相連，藕合電路的次級則與接線柱(4)相連，U1A的數據輸出端還與U14的數據輸入端相連，U1A的數據輸入端則與U13的數據輸出端相接，U13、U14通過U15、U16進行數據交換。
晶振電路產生基準頻率輸入調制解調芯片U1A中，經其分頻產生載波頻率，一般建議采用132KHz左右，該頻率在220V電力線上衰減相對較小。U14將其與U13交換后產生的數據與上述載波頻率通過U1A調制后輸入功率放大電路，經放大后通過藕合電路藕合至電力線。U2A為一恒壓輸出器件，可隨負載阻抗的變化動態(tài)調整輸出功率的大小，從而自適應電網的變化。從電力線輸入的數據經選頻放大電路輸入U1A，解調出數據后輸入U14，與U13進行數據交換。選頻的頻率和波形可通過L1可調電感調整。
如圖4所示，本實用新型的智能電源管理單元由市電電源處理電路、后備電源處理電路及轉換控制電路組成構成。市電電源處理電路B101，IC101、IC102、IC103、T101等構成，變壓器T101的初級與220V市電相連，其次級通過由B101，IC101，IC102，IC103構成的整流穩(wěn)壓電路與轉換控制電路繼電器的常開觸點相連。后備電源處理電路由IC105，P103，L101等構成，P103接后備電瓶并通過L101與IC105相連，IC105的輸出端與轉換控制電路另一繼電器的常開觸點相連。轉換控制電路由IC104、繼電器J101、J102等構成，IC104為可編程器件，其輸入端與市電電源處理電路的直流輸出端相連，其輸出端用于與、繼電器J101、J102的線圈相連。
市電電源處理電路和后備電源處理電路均通過轉換控制電路與數傳載波通信單元(3)相連，為其提供工作電壓，轉換控制電路用于控制市電電源處理電路和后備電源處理電路的通斷切換。
圖4中P101為市電220V交流電插座，通過T101變壓器及B101整流路，再分別接IC101，IC102，IC103穩(wěn)壓塊，得到系統(tǒng)所需的VCC1-VCC4電壓，實現對市電的管理。P103插座接后備電源，后備電源可使用蓄電池、鋰電池等，通過IC105和J102繼電器與市電電源直流輸出相連。市電電源電路和后備電源電路的切換由IC104實現，當市電掉電的瞬間切換繼電器，繼電器切換瞬間的電源供應由C105電容維持。市電220V存在時，可自動對后備電源(蓄電池，鋰電池等)進行恒壓充電，充電壓的控制可由IC102和W102控制，調整W102可得到P103兩端的充電電壓6.4V。當后備電源加載后，其與市電直流穩(wěn)壓輸出的隔離采用D101二極管實現，防止后備電源對市電直流的反向加電。
數傳載波通信管理軟件的設計采用網絡路由概念，當其中某一控制箱上傳數據通信不成功時，控制箱的軟件可自動尋找周圍通信成功的控制箱，將自身需通信數據轉發(fā)給通信成功的控制箱，由其通信給相應的目的地，從而動態(tài)實現對載波通信的管理。
權利要求1.一種數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于由電能表(1)、智能電源管理單元(2)、數傳載波通信單元(3)和接線柱(4)四部分組成，接線柱(4)用于與外部交流220V相接，電能表(1)的進線和數傳載波通信單元(3)均與接線柱(4)相接，智能電源管理單元(2)的進線與電能表(1)的出線相連，其各路直流電源輸出則與用于采集外部電平或脈沖的數傳載波通信單元(3)相連。
2.根據權利要求1所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于數傳載波通信單元(3)包括數據采集部分和載波通訊部分，為雙CPU結構；數據采集部分由CPU1即U13，模擬開關U9、U10、U11、U12及存貯器U15、U16構成，U9、U11和U10、U12的輸入端分別用于采集外部脈沖和電平信號，其輸出端則均與U13相連，U13控制模擬開關通道的選擇，對模擬開關輸入的脈沖和電平信號進行判斷、處理后分別存貯于存貯器U15、U16中；載波通訊部分由CPU2即U14和載波調制和解調電路構成，載波調制和解調電路由調制解調芯片U1A、晶振電路、功率放大電路、輸入選頻放大電路、藕合電路組成，晶振電路與U1A的晶振口相連，U1A的載波信號輸出口與功率放大電路輸入端相接，功率放大電路的輸出端與藕合電路的初級相連，U1A的載波信號輸入端則與選頻放大電路的輸出端相連，選頻放大電路的輸入端也與藕合電路的初級相連，藕合電路的次級則與接線柱(4)相連，U1A的數據輸出端還與U14的數據輸入端相連，U1A的數據輸入端則與U13的數據輸出端相接，U13、U14通過U15、U16進行數據交換。
3.根據權利要求2所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于數傳載波通信單元(3)中還包括一個由U18構成的看門狗電路，U18的清零端與U13的P15的腳相連，U18的輸出端與U13的復位端相連，其清除由U13的P15控制，P15不斷發(fā)送脈沖信號清除看門狗電路計數器，一旦U13死機，看門狗電路計數器計滿，發(fā)出復位信號使U13復位。
4.根據權利要求2或3所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于輸入選頻放大電路由放大器U12，電感L1，電容C6B、C5B，電阻R7B，R5B，R4B構成。
5.根據權利要求2或3所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于藕合電路由藕合變壓器B1、藕合電容CP2、CP3、CP4構成。
6.根據權利要求1所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于智能電源管理單元(2)由市電電源處理電路、后備電源處理電路及轉換控制電路組成構成，市電電源處理電路和后備電源處理電路均通過轉換控制電路與數傳載波通信單元(3)相連，為其提供工作電壓，轉換控制電路用于控制市電電源處理電路和后備電源處理電路的通斷切換。
7.根據權利要求6所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于市電電源處理電路B101，IC101、IC102、IC103、T101等構成，變壓器T101的初級與220V市電相連，其次級通過由B101，IC101，IC102，IC103構成的整流穩(wěn)壓電路與轉換控制電路繼電器的常開觸點相連。
8.根據權利要求6所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于后備電源處理電路由IC105，P103，L101等構成，P103接后備電瓶并通過L101與IC105相連，IC105的輸出端與轉換控制電路另一繼電器的常開觸點相連。
9.根據權利要求6所述的數傳型電力載波通信控制箱，其特征在于轉換控制電路由IC104、繼電器J101、J102等構成，IC104為可編程器件，其輸入端與市電電源處理電路的直流輸出端相連，其輸出端用于與、繼電器J101、J102的線圈相連。
專利摘要本實用新型涉及一種數傳型電力載波通信控制箱,由電能表、智能電源管理單元、數傳載波通信單元和接線柱四部分組成,接線柱用于與外部交流220V相接,電能表的進線和數傳載波通信單元均與接線柱相接,智能電源管理單元的進線與電能表的出線相連,其各路直流電源輸出則與用于采集外部電平或脈沖的數傳載波通信單元相連。本實用新型成本低,性能穩(wěn)定,適應性強,可安裝于住宅小區(qū)中,對用戶的設備使用狀態(tài)信息和計量裝置實時分析處理。
文檔編號H04L27/00GK2408616SQ9923036
公開日2000年11月29日 申請日期1999年12月21日 優(yōu)先權日1999年12月21日
發(fā)明者王海俊, 余勁天, 雷建閩, 余勁明 申請人:王?？? 余勁天, 雷建閩, 余勁明