專(zhuān)利名稱(chēng)：低壓載波電能管理系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)屬于電力載波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低壓載波電能管理系統(tǒng)。
電力線載波的電能管理，在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中是一項(xiàng)較新的研究項(xiàng)目，它比無(wú)線方式、音頻方式有著更多的優(yōu)越性。根據(jù)加載于電壓等級(jí)的不同，可分為高壓、中壓、低壓載波，它的使用范圍大到變電站，小到居民用戶(hù)，其主要功能包括數(shù)據(jù)采集、負(fù)荷控制、數(shù)據(jù)處理、預(yù)交費(fèi)及峰谷電價(jià)等。目前，國(guó)內(nèi)已完成了中壓載波電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)行，其特點(diǎn)是只能在中壓線路上實(shí)現(xiàn)，而且載波傳輸特性阻抗不穩(wěn)定。在低壓載波方面，由于低壓電網(wǎng)中的干擾要多于中壓電網(wǎng)，影響數(shù)據(jù)通訊的正常運(yùn)行，因此抗干擾問(wèn)題是低壓載波實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。國(guó)外低壓載波電能管理系統(tǒng)中使用了許多中繼器，以提高訊號(hào)傳輸質(zhì)量，這樣加大了系統(tǒng)的成本，使其造價(jià)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)目前水平，不適合我國(guó)國(guó)情。
本申請(qǐng)的目的是提供一種成本較低，抗干擾強(qiáng)的低壓載波電能管理系統(tǒng)。
為此提供技術(shù)方案如下低壓載波電能管理系統(tǒng)包括低壓載波數(shù)據(jù)集中器、低壓載波數(shù)據(jù)采集器、低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器三部分。其中低壓載波數(shù)據(jù)集中器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、打印機(jī)和與中壓載波相連的通訊模塊插口組成；低壓載波數(shù)據(jù)采集器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、電度表光電脈沖傳感器和功能模塊組成；低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器組成，該系統(tǒng)的特征是在數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)設(shè)置器中的電力載波收發(fā)訊機(jī)上增加了一次調(diào)制和一次解調(diào)，使其具有二次調(diào)制、二次解調(diào)，這不同于中壓載波的一次調(diào)制和一次解調(diào)。其中一次調(diào)制的方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的①利用單片機(jī)串行口輸出的特性，先獲得一個(gè)單頻率的方波輸出；②改變串行口輸出的定時(shí)常數(shù)，可得到不同頻率的方波輸出；③將輸出的頻率的不同組合與所要發(fā)送的數(shù)據(jù)(BCD碼)相對(duì)應(yīng)；④另外再設(shè)置一頻率作為發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)束符。這樣就得到了被一次調(diào)制的跳頻序列。二次解調(diào)的實(shí)現(xiàn)(對(duì)應(yīng)于一次調(diào)制)電力載波收發(fā)訊機(jī)中接收的放大訊號(hào)被一次解調(diào)后送到三極管進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)被分別送入5片LM567的輸入端，經(jīng)LM567的輸出端輸出，送入BCD解碼器及邏輯處理器中進(jìn)行解碼得到被傳送的數(shù)據(jù)。
低壓載波電能管理系統(tǒng)是直接面向基層用戶(hù)在低壓配電網(wǎng)上使用的，而220伏的低壓線路不是一個(gè)非常潔凈的信號(hào)通道，低壓網(wǎng)絡(luò)中會(huì)存在各種各樣的噪聲，這就要求數(shù)據(jù)的可靠性要高即載波通信的抗干擾能力要特別強(qiáng)，另外還要求成本要低。在本系統(tǒng)中增加了一次調(diào)制、一次解調(diào)后使數(shù)據(jù)在傳輸中被二次調(diào)制和解調(diào)，提高了數(shù)據(jù)的可靠性，增強(qiáng)了抗干擾能力，由于增加的一次調(diào)制、一次解調(diào)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此也降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本，非常適宜于在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中使用。
下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)一步詳述。


圖1是低壓載波電能管理系統(tǒng)框2是低壓載波數(shù)據(jù)集中器框3是低壓載波數(shù)據(jù)采集器框4是低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器框5是電力載波收發(fā)訊機(jī)框6是跳頻譯碼器(二次解調(diào)器)電路原理7是BCD解碼器及邏輯處理器電路原理1表示出低壓載波電能管理系統(tǒng)的組成和使用范圍，系統(tǒng)由低壓載波數(shù)據(jù)集中器、低壓載波數(shù)據(jù)采集器、低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器三部分組成，用于從變壓器B1輸出的220V低壓配電網(wǎng)中，數(shù)據(jù)采集器的多少是依據(jù)采集點(diǎn)(電表)的多少由系統(tǒng)配套設(shè)置，圖中省略表示出n個(gè)采集器。圖2低壓載波數(shù)據(jù)集中器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、微型打印機(jī)及通訊模塊插口組成，通訊模塊插口的設(shè)置是為了實(shí)現(xiàn)與中壓載波電能管理的通訊。該系統(tǒng)能將各電表數(shù)據(jù)采集到集中器，并將每塊電表的數(shù)據(jù)通過(guò)微型打印機(jī)打印出來(lái)，而且能夠通過(guò)中壓載波傳向變電站，與變電站遠(yuǎn)方抄表設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)與中壓的通訊。圖3低壓載波數(shù)據(jù)采集器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、電度表光電脈沖傳感器、功能模塊及電源組成。功能模塊可按需要配備，例如IC卡、標(biāo)準(zhǔn)鐘及其它擴(kuò)展功能等等。圖4低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、鍵盤(pán)及電源組成。圖5虛線內(nèi)部分表示出電力載波收發(fā)訊機(jī)的組成，從中可以看出數(shù)據(jù)在發(fā)送和接收過(guò)程中被調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程。單片機(jī)處理器對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)(BCD碼)先進(jìn)行一次調(diào)制，經(jīng)過(guò)通訊編碼、BCD編碼、跳頻編碼后輸出在音頻范圍內(nèi)的跳頻序列，然后送入壓控振蕩器、前置放大器、諧振功率放大器被二次調(diào)制后，通過(guò)電力偶合器偶合到電力線上；數(shù)據(jù)的接收經(jīng)過(guò)電力偶合器，送入選頻放大器、調(diào)頻鑒頻器，被一次解調(diào)后，再送入跳頻譯碼器(二次解調(diào)器)進(jìn)行二次解調(diào)，最后經(jīng)BCD解碼器、邏輯處理器將接收的數(shù)據(jù)解調(diào)出來(lái)，進(jìn)入單片機(jī)處理器，整個(gè)過(guò)程中一次調(diào)制是用軟件實(shí)現(xiàn)輸出在音頻范圍內(nèi)的跳頻序列，二次調(diào)制是將跳頻序列以調(diào)頻的方式加載到載頻上去；一次解調(diào)是解調(diào)出跳頻序列，二次解調(diào)是解調(diào)出要接收的BCD編碼。
一次調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方法是這樣的利用單片機(jī)串行口輸出的特性，重復(fù)發(fā)55H即可得到一單頻率的方波輸出，改變串行口輸出的定時(shí)常數(shù)，則可得到不同頻率的方波輸出，將輸出的頻率的不同組合與所發(fā)送的數(shù)據(jù)(BCD碼)相對(duì)應(yīng)，即可得到被一次調(diào)制的跳頻序列。當(dāng)然對(duì)某一單一的頻率序列，要有一個(gè)特定的時(shí)間長(zhǎng)度，為此定義五個(gè)不同頻率fA、fB、fC、fD、fE，將數(shù)據(jù)BCD碼(0000-1111)的四位分別與fD、fC、fB、fA四個(gè)頻率一一對(duì)應(yīng)，若數(shù)據(jù)BCD碼對(duì)應(yīng)的位為1時(shí)，將與該位對(duì)應(yīng)的頻率f發(fā)出，若為0則不發(fā)，一組BCD碼發(fā)完時(shí)發(fā)fE，作為BCD碼一組的結(jié)束符。在二次解調(diào)電路中以fE為標(biāo)志可得到對(duì)應(yīng)的中斷訊號(hào)。假若要發(fā)一個(gè)數(shù)“7”，則對(duì)應(yīng)的BCD碼為“0111”，經(jīng)一次調(diào)制發(fā)出的跳頻序列的組合為“fCfBfAfE”，再進(jìn)行二次調(diào)制以調(diào)頻的形式偶合到電力線上。
圖6跳頻譯碼器(二次解調(diào)器)電路原理圖中采用兩片LM567二次集成得到集成塊U，圖中共有三個(gè)分別為U1、U2、U3，U1、U2、U3等效于6片LM567，經(jīng)過(guò)二次集成后降低了芯片成本。LM567是鎖相環(huán)音頻移碼器，它有八個(gè)腳，1、2腳通常分別對(duì)地接一電容，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò)和環(huán)路單極低通濾波網(wǎng)絡(luò)，2腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬；3腳是輸入端，4腳接工作電源，5、6腳外接電阻電容決定了內(nèi)部壓控振蕩器中心頻率，7腳接地，8腳是輸出端。LM567的基本功能是當(dāng)3腳輸入頻率在捕捉帶寬內(nèi)的訊號(hào)時(shí)，8腳由高電平變?yōu)榈碗娖剑?腳輸出經(jīng)過(guò)F/V變換的音頻信號(hào)；若在2腳輸入音頻訊號(hào)，則5腳輸出受2腳輸入音頻訊號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波訊號(hào)。
電力載波收發(fā)訊機(jī)接收的放大訊號(hào)由箭頭所示方向進(jìn)入U(xiǎn)1的3腳，經(jīng)一次解調(diào)后得到的跳頻序列從U1的2腳輸出，這里只用了一片LM567。從U1的2腳輸出的跳頻序列送入三極管BG，經(jīng)過(guò)三極管BG放大后，由三極管的集電極送至U1的7腳(另一片LM567)，U2的7腳、3腳，U3的7腳、3腳，U1、U2、U3(5片LM567)的本振頻率分別為fA，fB、fC，fD、fE，這與一次調(diào)制輸出的跳頻的單一頻率是相同的，電路中U1、U2、U3是經(jīng)BG放大后的單一支路，圖中未標(biāo)出部分按LM567的通常接法。當(dāng)一次解調(diào)后的跳頻序列的某一單一頻率與U1、U2、U3的本振頻率相等或落在對(duì)應(yīng)的帶寬內(nèi)時(shí)，則該單一頻率對(duì)應(yīng)的電路輸出端即為0(低電平)，二次解調(diào)電路中U1、U2、U3的輸出端分別是U1的12腳，U2的12、16腳，U3的12、16腳，圖中A、B、C、D、E為電路輸出端。當(dāng)一次解調(diào)后的跳頻序列到來(lái)時(shí)，該陣列電路從A、B、C、D、E端以TTL電平輸出，從而完成二次解調(diào)。
圖7BCD解碼及邏輯處理是這樣實(shí)現(xiàn)的二次解調(diào)輸出的訊號(hào)分別從A、B、C、D、E點(diǎn)以TTL電平輸出后，該對(duì)應(yīng)的輸出觸發(fā)U8(U8為4RS觸發(fā)器)，使4RS觸發(fā)器置位，當(dāng)E點(diǎn)輸出時(shí)，通過(guò)U9得到中斷訊號(hào)，單片機(jī)80C31將4RS觸發(fā)器中的數(shù)據(jù)讀入，就完成了一組BCD碼的數(shù)據(jù)傳送，然后單片機(jī)清零4RS觸發(fā)器。這里U8采用74LS279，U9采用74LS00。
一次調(diào)制時(shí)發(fā)的數(shù)“7”，經(jīng)電力線傳輸在接收點(diǎn)通過(guò)電力偶合器進(jìn)入放大器進(jìn)行放大，再經(jīng)一次解調(diào)得到跳頻序列，該跳頻序列經(jīng)二次解調(diào)后得到C、B、A、E輸出，并觸發(fā)4RS觸發(fā)器，以中斷方式將數(shù)據(jù)“7”讀入單片機(jī)中，完成了一個(gè)數(shù)據(jù)的發(fā)送過(guò)程。
該低壓載波電能管理系統(tǒng)中，采用“一次調(diào)制”、“二次解調(diào)”大大降低了成本，并有效地解決了在低壓載波數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中要求有很強(qiáng)的抗干擾能力的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.低壓載波電能管理系統(tǒng)由低壓載波數(shù)據(jù)集中器、低壓載波數(shù)據(jù)采集器、低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器組成，低壓載波數(shù)據(jù)集中器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、打印機(jī)、通訊模塊插口組成，低壓載波數(shù)據(jù)采集器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器、電度表光電脈沖傳感器和功能模塊組成，低壓載波數(shù)據(jù)設(shè)置器由電力載波收發(fā)訊機(jī)、單片機(jī)處理器組成，數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)設(shè)置器中的電力載波收發(fā)訊機(jī)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的一次調(diào)制通過(guò)壓控振蕩器、前置放大器、諧振功率放大器實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)電力偶合器偶合到電力線上，數(shù)據(jù)的接收經(jīng)電力偶合器，并通過(guò)選頻放大器、調(diào)頻鑒頻器實(shí)現(xiàn)一次解調(diào)，其特征在于在電力載波收發(fā)訊機(jī)上增加了一次調(diào)制和一次解調(diào)其中一次調(diào)制的方法采用如下步驟——利用單片機(jī)處理器串行口輸出的特性，先獲得一個(gè)單頻率的方波輸出——改變單片機(jī)串行口輸出的定時(shí)常數(shù)，得到不同頻率的方波輸出——將輸出的不同頻率與所要發(fā)送的數(shù)據(jù)BCD碼一一對(duì)應(yīng)——設(shè)置一個(gè)頻率作為發(fā)送數(shù)據(jù)的結(jié)束符——若數(shù)據(jù)BCD碼對(duì)應(yīng)的位為1時(shí)，將與該位對(duì)應(yīng)的頻率發(fā)出，若為0則不發(fā)，一組BCD碼發(fā)完時(shí)，發(fā)結(jié)束符頻率；對(duì)應(yīng)于一次調(diào)制的二次解調(diào)電路的特征在于經(jīng)調(diào)頻鑒頻器一次解調(diào)輸出的訊號(hào)，進(jìn)入一個(gè)三極管，經(jīng)三極管放大后，從三極管的集電極輸出分別進(jìn)入五片LM567的輸入端，五片LM567的輸出端接BCD解碼器及邏輯處理器電路。
全文摘要
本發(fā)明低壓載波電能管理系統(tǒng)屬于電力載波技術(shù)領(lǐng)域，在本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)設(shè)置器上的電力載波收發(fā)訊機(jī)采用了二次調(diào)制、二次解調(diào)的方式，其中的一次調(diào)制用軟件實(shí)現(xiàn)，相對(duì)應(yīng)的二次解調(diào)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用此種方式提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，且增?qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力，降低了系統(tǒng)的成本，非常適宜于在低壓配電線路上使用，可以面向用戶(hù)實(shí)現(xiàn)集中抄表和電能管理。
文檔編號(hào)G06F17/40GK1136186SQ9511371
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1995年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月29日
發(fā)明者李效斌 申請(qǐng)人:李效斌