專利名稱：基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，屬于電力線遠程通信領域。
背景技術：
電力線通信技術(Power Line Communication，PLC)，主要是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信技術。早在上世紀二十年代初期，通過電力線通信就已經(jīng)成為現(xiàn)實。PLC技術以其不用布線、覆蓋范圍廣、連接方便、通道可靠性高、投資少見效快、與電網(wǎng)建設同步等優(yōu)點，越來越受到人們的重視，被認為是提供“最后一公里”解決方案最具競爭力的技術之一。目前在電力線通信領域可分為窄帶PLC和寬帶PLC，窄帶PLC指的就是載波技術，傳輸速度低；寬帶PLC技術則是指利用電力線高速傳輸數(shù)據(jù)的通信技術(以下所稱的PLC技術是指寬帶PLC技術)。PLC技術采用頻移鍵控調(diào)制技術(FSK)、二進制相移鍵控調(diào)制技術(BPSK)、利用M進制相移鍵控信號調(diào)制技術(QPSK)、正交幅度調(diào)制技術(QAM)、擴頻調(diào)制技術(CDMA)、多載波調(diào)制技術(DMT)、正交頻分多路復用調(diào)制技術(OFDM)、高斯濾波最小移頻鍵控(GMSK)等技術進行調(diào)制，將載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，利用電力線完成高速傳輸數(shù)據(jù)。
隨著網(wǎng)絡通信技術的不斷發(fā)展，遠程數(shù)據(jù)的采集、處理、和傳輸逐漸被應用于各種自動化系統(tǒng)中。遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一套對電表、水表、煤氣表以及熱能表等用戶設備運行數(shù)據(jù)信息進行采集、處理、傳送、統(tǒng)計、打印、存儲及費用計算、損耗計算、故障報警、經(jīng)濟分析以及對現(xiàn)場設備進行控制等工作的自動化系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)集中采集器是遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心設備，主要負責定時采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)遠傳。目前在遠程數(shù)據(jù)領域中數(shù)據(jù)集中采集器大都采用PSTN、專用無線通訊網(wǎng)、GSM、GPRS/CDMA-1X和以太網(wǎng)等方式實現(xiàn)遠程傳輸。
上述幾種現(xiàn)有方式都存在其不足之處一、PSTN方式通信費用高、占用號碼資源、無法實時獲得數(shù)據(jù)、施工成本較高，在農(nóng)村以及電話資源匱乏的地區(qū)不太適用；二、專用無線通訊網(wǎng)方式通信距離短、通信速率低、穩(wěn)定性差；三、GSM短信方式傳輸穩(wěn)定性差、信息不及時而彌補這些缺陷推出的GSM數(shù)傳方式通信費用非常高；四、GPRS/CDMA-1X通信費用最高，而且需要公網(wǎng)IP以及足夠的外網(wǎng)帶寬；以太網(wǎng)方式普及率較低，施工難度大，不適于大范圍推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型解決的技術問題是提供一種操作方便、傳輸可靠性高、費用經(jīng)濟的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器。
為解決上述問題，本實用新型的技術方案是一種基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，包括供電單元和主機，所述主機包括中央處理單元，用于處理下述本地通信單元采集的數(shù)據(jù)；本地通信單元，用于采集本地用戶設備的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，其與所述中央處理單元的一個通訊口連接；數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲所述中央處理單元處理后的數(shù)據(jù)，其與所述中央處理單元的數(shù)據(jù)口連接；遠程通信單元，用于傳輸所述中央處理單元處理后的數(shù)據(jù)，其與所述中央處理單元的另一個通訊口連接；所述數(shù)據(jù)集中采集器還包括通信轉(zhuǎn)換單元，該通信轉(zhuǎn)換單元與所述遠程通信單元相連，用于將該遠程通信單元傳送的數(shù)據(jù)通過電力線進行高速遠程傳輸。
其中所述通信轉(zhuǎn)換單元包括通信接口轉(zhuǎn)換模塊，用于連接所述遠程通信單元；電力線通信處理模塊，用于將經(jīng)由所述通信接口轉(zhuǎn)換模塊傳送的數(shù)字信號進行調(diào)制，其輸入接所述通信接口轉(zhuǎn)換模塊的輸出；耦合模塊，用于將所述電力線通信處理模塊的輸出信號耦合到電力線上，其輸入接所述電力線通信處理模塊的輸出。
其中所述數(shù)據(jù)存儲單元是硬盤、電子盤、flash盤之一。
所述本地通信單元是RS232、485、422通信接口之一。
所述遠程通信單元是以太接口、USB接口、標準串口、MII接口之一。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果在于由于本實用新型的數(shù)據(jù)集中采集器具有通信轉(zhuǎn)換單元，使得集中器只需接入220V電源就可以通過電力線進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，方便的連接減少了施工過程和施工難度，且可以遠程數(shù)據(jù)傳輸通達所有電力線可到達的地區(qū)，覆蓋范圍廣；本實用新型的數(shù)據(jù)集中采集器采用電力線寬帶通信技術，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和通信的可靠性，同時也降低了通信費用。


圖1是本實用新型一個具體實施例的數(shù)據(jù)集中采集器的組成框圖；圖2是本實用新型一個具體實施例的通信轉(zhuǎn)換單元的組成框圖；圖3是本實用新型一個具體實施例的耦合模塊原理圖；圖4是本實用新型一個具體實施例的電力線通信處理模塊；
圖5是本實用新型一個具體實施例的通信接口轉(zhuǎn)換模塊。
具體實施方式
目前廣泛應用的遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一套對電表、水表、煤氣表以及熱能表等運行數(shù)據(jù)信息進行采集、處理、傳送、統(tǒng)計、打印、存儲及費用計算、損耗計算、故障報警、經(jīng)濟分析以及對現(xiàn)場設備進行控制等工作的自動化系統(tǒng)。
本實用新型的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器應用于遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主站系統(tǒng)和分站系統(tǒng)。下面將對主站系統(tǒng)和分站系統(tǒng)作一簡要介紹。
主站系統(tǒng)是一個在高速計算機局域網(wǎng)絡基礎上建立起來的應用平臺，負責信息的收集、存儲、整理、發(fā)布和分析。該系統(tǒng)中各重要部件，如前置通信服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等可實現(xiàn)冗余配置，并能實現(xiàn)自動熱備份。主站系統(tǒng)主要包括遠程通訊網(wǎng)絡利用電力通信網(wǎng)絡形成抄表使用的IP網(wǎng)絡；前置通信服務器用于連接各種遠程通訊裝置，負責通信功能的實現(xiàn)，主要完成數(shù)據(jù)遠程采集、預處理及將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫等功能；數(shù)據(jù)庫服務器用于存儲系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)；監(jiān)控工作站實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理、配置，并且提供各種實時監(jiān)視畫面，使得監(jiān)控人員隨時可以了解整個系統(tǒng)的運行情況；其它工作站實現(xiàn)各種統(tǒng)計、報表、分析等功能的工作站；GPS時鐘用于為整個遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供準確的時鐘基準。
分站系統(tǒng)是遠程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心部分，主要負責用戶設備數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、遠傳以及對用戶設備的控制。分站系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)集中采集器和用戶設備兩部分。
數(shù)據(jù)集中采集器采用嵌入式低功耗工業(yè)控制機為主機，在集中采集器上運行嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，使集中采集器運行穩(wěn)定、可靠，能適應長時間不間斷工作以及復雜惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。
用戶設備需要集中器采集的所有用戶設備，如電力系統(tǒng)中常用的電度表。
下面詳細介紹本實用新型的數(shù)據(jù)集中采集器。
參考圖1，本實用新型的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器包括供電單元1、主機2和通信轉(zhuǎn)換單元3。供電單元1為主機2以及通信轉(zhuǎn)換單元3供電；主機2主要是接收解析遠程指令，按指令完成對數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲以及相應其他遠程指令；通信轉(zhuǎn)換單元3是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為高頻信號并將信號耦合到電力線上，利用電力線將數(shù)據(jù)傳送到遠端，同時接收電力線上的高頻信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號傳遞給主機2進行處理。
主機2包括本地通信單元21、中央處理單元22、數(shù)據(jù)存儲單元23和遠程通信單元24。
其中，本地通信單元21是指RS232或485或422通信接口，可以兼容多種通信規(guī)約，用于連接用戶設備，支持對用戶設備的多種方式的數(shù)據(jù)采集，例如低壓電力載波、485、GPRS/GSM、數(shù)傳電臺等方式。其中485通信傳輸可靠、穩(wěn)定、速度快，成為數(shù)據(jù)采集的首選通信方式。其與中央處理單元22的一個通訊口連接。
中央處理單元22可采用386以上級別的CPU，用于處理所述本地通信單元21采集的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)存儲單元23與中央處理單元22的數(shù)據(jù)口連接，用于存儲中央處理單元22處理后的數(shù)據(jù)，其可以是硬盤，也可以是電子盤或flash盤。
遠程通信單元24指以太接口或USB接口，也可以是標準串口或MII接口，其連接于中央處理單元22的另一通訊口和通信轉(zhuǎn)換單元3之間，用于傳輸中央處理單元22處理后的數(shù)據(jù)。
本實用新型的數(shù)據(jù)集中采集器集成了具有電力線寬帶通信能力的通信轉(zhuǎn)換單元3，使集中器只需接入220V電源就可以進行遠程數(shù)據(jù)傳輸。并且在數(shù)據(jù)集中采集器中的數(shù)據(jù)存儲單元22中，可以使用大容量電子盤代替硬盤，進一步增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本實用新型的數(shù)據(jù)集中采集器主要工作過程如下主機2定時通過本地通信單元21采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過中央處理單元22對采集回來的數(shù)據(jù)進行處理后，將數(shù)據(jù)存儲在相應的數(shù)據(jù)存儲單元23中。當遠端的主站系統(tǒng)需要現(xiàn)場數(shù)據(jù)時，可以通過電力線向數(shù)據(jù)集中采集器發(fā)送指令，通信轉(zhuǎn)換單元3接收到指令后將其轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包并發(fā)送到主機2上，主機2通過遠程通信單元24和中央處理單元22對接收的IP數(shù)據(jù)進行解析，并由本地通信單元21完成相關指令所要完成的任務，再將結果以IP包的形式傳送到通信轉(zhuǎn)換單元3，由通信轉(zhuǎn)換單元3最終通過電力線將數(shù)據(jù)傳送到遠端的主站系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)集中采集器的通信轉(zhuǎn)換單元3的組成框圖參見圖2。該通信轉(zhuǎn)換單元3包括耦合模塊31、電力線通信處理通信模塊32和通信接口轉(zhuǎn)換模塊33。其中通信接口轉(zhuǎn)換模塊33用于連接所述遠程通信單元24；電力線通信處理模塊32用于將經(jīng)由通信接口轉(zhuǎn)換模塊33傳送的數(shù)字信號進行調(diào)制，其輸入接通信接口轉(zhuǎn)換模塊33的輸出；耦合模塊31用于將電力線通信處理模塊32的輸出信號耦合到電力線上，其輸入接電力線通信處理模塊32的輸出。
耦合模塊31、電力線通信處理通信模塊32和通信接口轉(zhuǎn)換模塊33的電路原理圖參見圖3到圖5所示。
圖3中由插座J3引入220V交流電力線，經(jīng)由T500線圈進行信號的耦合，在次級形成數(shù)據(jù)收發(fā)兩條回路。用作將高頻信號耦合到電力線上傳輸。圖3中的TX_N、TX_P、RX_N、RX_P管腳分別與圖4中的39、40、41、42相連，圖4中管腳也與圖3相應管腳相連，具體連接參看圖3到圖5所示的管腳標注。
圖4中PLC處理模塊采用美國intellon公司的INT51X1芯片組成的電力線調(diào)制解調(diào)電路，INT51X1芯片帶有GPSI和MII接口；也可采用INT5130芯片或者西班牙DS2等公司的遵循HomePlug標準的電力線調(diào)制解調(diào)芯片。
圖5是通信接口轉(zhuǎn)換部分的電路原理圖，圖中U301采用KENDIN ks8721B芯片與電力線處理模塊相應管腳相連，根據(jù)外部接口形式可選用其他轉(zhuǎn)換芯片；U302采用LAN-OneLP-H1102單端口變壓器驅(qū)動以太接口。利用KS8721B器件實現(xiàn)PHY-至-PHY解決方案，該器件既可用于簡單的物理層轉(zhuǎn)換，又可用作全面的存儲/傳送橋路。而且橋接系統(tǒng)也可在銅線端實現(xiàn)從10～100Mbps的速度轉(zhuǎn)換，其特點是單芯片收發(fā)器件；2.5V(KS8721B)電源供電；支持用于100Base-FX傳送的PECL；強制鏈路關閉；用于100BaseFX傳送的禁止/起動遠端故障關閉；自動MDI/MDIX交接。
通過圖5電路轉(zhuǎn)換為標準的以太接口，用于與主機相連。這樣可使集中器軟件編程相對簡單，減輕了大量的主機與通信轉(zhuǎn)換單元的接口開發(fā)工作量。另外，利用INT51X1芯片帶有GPSI和MII接口，也可以不需經(jīng)過圖5所示的通信接口轉(zhuǎn)換部分的電路而直接通過GPSI和MII接口與主機進行通信。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，包括供電單元和主機，所述主機包括中央處理單元；本地通信單元，其與所述中央處理單元的一個通訊口連接；數(shù)據(jù)存儲單元，其與所述中央處理單元的數(shù)據(jù)口連接；遠程通信單元，其與所述中央處理單元的另一個通訊口連接；其特征在于所述數(shù)據(jù)集中采集器還包括通信轉(zhuǎn)換單元，該通信轉(zhuǎn)換單元與所述遠程通信單元相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，其特征在于所述通信轉(zhuǎn)換單元包括用于連接所述遠程通信單元的通信接口轉(zhuǎn)換模塊；電力線通信處理模塊，其輸入接所述通信接口轉(zhuǎn)換模塊的輸出；耦合模塊，其輸入接所述電力線通信處理模塊的輸出。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲單元是硬盤、電子盤、flash盤之一。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，其特征在于所述本地通信單元是RS232、485、422通信接口之一。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于電力線寬帶通信技術的數(shù)據(jù)集中采集器，其特征在于所述遠程通信單元是以太接口、USB接口、標準串口、MII接口之一。
專利摘要本實用新型包括供電單元和主機，主機包括本地通信單元，用于采集本地用戶設備的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；中央處理單元，用于處理所述本地通信單元采集的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲所述中央處理單元處理后的數(shù)據(jù)；遠程通信單元，用于傳輸所述中央處理單元處理后的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集中采集器還包括與遠程通信單元相連的通信轉(zhuǎn)換單元，該通信轉(zhuǎn)換單元將遠程通信單元傳送的數(shù)據(jù)直接通過電力線進行遠程傳輸。本實用新型減少了施工過程和施工難度，降低了通信費用，覆蓋范圍廣，數(shù)據(jù)的傳輸效率和通信的可靠性高。
文檔編號H04B3/54GK2751484SQ20042008788
公開日2006年1月11日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權日2004年8月23日
發(fā)明者李云峰 申請人:北京中電飛華通信股份有限公司