專利名稱：非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面向家庭用戶或單位用戶使用電力線載波與無線通訊的家 電信息通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的網(wǎng)橋可以與電能表網(wǎng)關(guān)進(jìn)行非對稱電力載波數(shù)字通訊實施控 制及信息交互，包括進(jìn)行電能量、電功率、水量、燃?xì)饬俊r間、漏電保護(hù)、斷路負(fù)控、費率等 顯示與控制，同時該網(wǎng)橋通過無線ZigBee(通訊標(biāo)準(zhǔn)采用IEEE802. 15. 4)標(biāo)準(zhǔn)與用戶使用的 家電及計量表具等進(jìn)行無線通訊。非對稱電力載波通訊，簡寫為APLC(Asymmetric Power line carrier)ο
背景技術(shù)：
當(dāng)前現(xiàn)有的電力線載波電能表集中抄表系統(tǒng)，參看附圖IA和圖1B。電子電能表 是一種電能計量的電表，電力載波集中器(主機)通過380VAC三相四線電力線與各個電力載 波電能表(從機)，進(jìn)行的是一種主機與從機都是在電力線上，并聯(lián)耦合電壓型調(diào)制載波信 號進(jìn)行通訊，稱之為對稱電力線載波電能表集中抄表系統(tǒng)。當(dāng)前還沒有電能表為網(wǎng)關(guān)(主 機)，通過電能表輸出的電力線進(jìn)入用戶家中與用戶家中的家電(從機)，進(jìn)行非對稱電力載 波通訊實施信息交互與控制的裝置，也沒有一種能夠顯示家庭中各種能源負(fù)載功率與使用 量的顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括非對稱電力載波電能表網(wǎng)關(guān)、非對稱電力載波與無線通訊網(wǎng)橋裝置與APLC標(biāo) 準(zhǔn)和無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)通訊的信息家電三大部分；該系統(tǒng)中第一部分非對稱電力載波電能 表網(wǎng)關(guān)，簡稱APLC電能表網(wǎng)關(guān)是一種通過非對稱電力線載波與信息家電進(jìn)行通訊的電能 表網(wǎng)關(guān)；第二部分非對稱電力載波與無線通訊網(wǎng)橋裝置是一種通過非對稱電力線載波通 訊和無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)通訊進(jìn)行信息鏈路橋接的裝置，簡稱觀-APLC網(wǎng)橋JB-APLC網(wǎng)橋同 時具備電能量、電功率、時間、費率等顯示與漏電保護(hù)、負(fù)荷斷路控制，以及通過家庭內(nèi)無線 ZigBee通訊標(biāo)準(zhǔn)的水、氣計量表進(jìn)行無線通訊；第三部分APLC標(biāo)準(zhǔn)和無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)通 訊的信息家電，是指APLC標(biāo)準(zhǔn)與無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)通訊的白色信息家電與智能水表、智能燃 氣表等；非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)，能實現(xiàn)APLC電能表網(wǎng)關(guān)與APLC 標(biāo)準(zhǔn)的信息家電，以及觀-APLC網(wǎng)橋與ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的智能水、氣計量表進(jìn)行無線通訊，并通 過APLC電能表網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，以及能源負(fù)載的集中控制、家電的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本發(fā)明是在中國200410103051. 3號發(fā)明專利申請“一種非對稱電力載波通訊 裝置”的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)一種非對稱電力線載波與無線通訊的網(wǎng)橋(從機)與非對稱電力線載 波通訊電能表網(wǎng)關(guān)(主機)進(jìn)行電力線載波通訊的裝置，簡寫為觀-APLC網(wǎng)橋與APLC電能表 網(wǎng)關(guān)進(jìn)行電力線載波通訊的裝置。本發(fā)明是在中國03158312. 1號發(fā)明專利申請“DCPL網(wǎng)絡(luò)預(yù)收費智能型電表抄表 器”的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)一種無線ZigBee標(biāo)準(zhǔn)通訊方式的觀-APLC網(wǎng)橋與ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色家電進(jìn)行無線通訊的裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)， 該系統(tǒng)設(shè)有電能表網(wǎng)關(guān)、ZB-APLC網(wǎng)橋和白色信息家電，白色信息家電包括APLC標(biāo)準(zhǔn)的白 色信息家電和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電；APLC電能表網(wǎng)關(guān)的APLC通訊電路設(shè)在電能表 中，APLC電能表網(wǎng)關(guān)接入電力系統(tǒng)10kV/0. 4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制(Α相、B相、C 相、N相)的相線和N相(中線)之間，并且APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機內(nèi)部的APLC電路中設(shè)有中 線串聯(lián)高頻互感器與相線耦合電容JB-APLC網(wǎng)橋與白色信息家電負(fù)載電氣連接，ZB-APLC 網(wǎng)橋通過APLC電能表網(wǎng)關(guān)接入電力系統(tǒng)；所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過非對稱電力線載波通 訊和觀-APLC網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)字通訊，所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)與觀-APLC網(wǎng)橋通訊采用電壓型 FSK或S-FSK調(diào)制信號，ZB-APLC網(wǎng)橋與APLC電能表網(wǎng)關(guān)通訊采用電流型FSK或S-FSK調(diào) 制信號；所述觀-APLC網(wǎng)橋通過ZigBee無線通訊和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電進(jìn)行信息 交互；
所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)將電能量和費率數(shù)據(jù)通過非對稱電力載波通訊傳輸?shù)接^-APLC 網(wǎng)橋上；
所述觀-APLC網(wǎng)橋用于在線電功率檢測和時間計量，將檢測和計量信息傳輸給APLC電 能表網(wǎng)關(guān)；接受APLC電能表網(wǎng)關(guān)傳來的非對稱電力線載波通訊信號和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色 信息家電傳來的ZigBee無線通訊信號，顯示電能量、電功率、水量、燃?xì)饬亢唾M率。所述觀-APLC網(wǎng)橋，還進(jìn)一步用于將獲取的ZigBee無線通訊信息發(fā)送至APLC電 能表網(wǎng)關(guān)，所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過非對稱電力載波與觀-APLC網(wǎng)橋裝置及APLC白色信 息家電進(jìn)行通訊與控制。所述非對稱電力載波與無線通訊家電系統(tǒng)還包括所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過 RS-485總線與3G網(wǎng)橋或ZigBee多鏈路網(wǎng)橋連接，通過公共IP、TD_SCDMA網(wǎng)絡(luò)平臺與第三 方物聯(lián)網(wǎng)綜合信息港進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。所述觀-APLC網(wǎng)橋還進(jìn)一步作為漏電保護(hù)器和斷路器。所述觀-APLC網(wǎng)橋由電 量顯示控制器、漏電保護(hù)器和斷路器所組成，并且電量顯示控制器和漏電保護(hù)器是一體化 設(shè)計，電量顯示控制器和漏電保護(hù)器進(jìn)行組合的斷路器采用國際標(biāo)準(zhǔn)，一級寬度為1個模 數(shù)(18mm)、二級寬度為2個模數(shù)(36mm)、三級寬度為3個模數(shù)(54mm)、四級寬度為4個模數(shù) (72mm)，根據(jù)需要進(jìn)行級數(shù)組合；ZB-APLC網(wǎng)橋采用國際標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌安裝方式。所述觀-APLC網(wǎng)橋電路部分由微處理器ZigBee無線通訊電路、非對稱電力線載波 通訊電路、電功率檢測電路、漏電保護(hù)與斷路控制電路組成。本發(fā)明的觀-APLC網(wǎng)橋采用非對稱電力線載波通訊電路與ZigBee無線通訊電路， 在完成電能量、水量、燃?xì)饬?、費率顯示、在線電功率檢測、時間計量、漏電保護(hù)、負(fù)荷控制基 本功能的同時，形成非對稱電力線載波通訊與ZigBee無線通訊之間的信息橋接。實現(xiàn)了能 源信息的在線顯示、傳輸和家電的遠(yuǎn)程控制。本發(fā)明中的APLC通訊，是在10kV/0.4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制主干電力 線中沒有設(shè)置載波通訊集中器與載波調(diào)制電壓信號，而APLC電能表網(wǎng)關(guān)作為APLC通訊的 主機，而且APLC電能表網(wǎng)關(guān)的輸入端(上端)是連接在配電變壓器低壓側(cè)三相四線制主干電 力線中，APLC電能表網(wǎng)關(guān)的輸出端(下端)是主干電力線中的電力線支線，所以APLC電能表 網(wǎng)關(guān)是主干電力線與電力線支線的節(jié)點；APLC電能表網(wǎng)關(guān)是一種在電力支線上與電力支線上的APLC信息終端進(jìn)行APLC通訊；此時APLC電能表網(wǎng)關(guān)為主機，電力支線上的APLC信 息終端為從機，而且APLC電能表網(wǎng)主機內(nèi)部的APLC電路，是通過中線(N線)串聯(lián)高頻互感 器LAl與相線耦合電容CA2，將電壓型FSK或S-FSK調(diào)制的電壓信號耦合在中線串聯(lián)高頻 互感器負(fù)載一側(cè)，形成中線與相線之間的；而中線串聯(lián)高頻互感器的另一側(cè)，APLC電能表 網(wǎng)關(guān)主機內(nèi)部APLC電路在中線與相線之間有耦合電容CA2，APLC電能表網(wǎng)關(guān)的電力線輸 入端的FSK或S-FSK調(diào)制的電壓信號被耦合電容CA2短路成同電位，APLC電能表網(wǎng)關(guān)的電 力線輸入端沒有載波通訊的電壓信號；APLC通訊的優(yōu)點是在10kV/0. 4kV配電變壓器低壓 側(cè)三相四線制主干電力線中并聯(lián)有多個APLC電能表網(wǎng)關(guān)(電力線節(jié)點)，而每個APLC電能 表網(wǎng)關(guān)只能與相關(guān)電力支線上的APLC信息終端從機進(jìn)行APLC通訊，而每個APLC電能表網(wǎng) 關(guān)相互之間在主干電力線中沒有FSK或S-FSK調(diào)制的電壓信號，使每個APLC電能表網(wǎng)關(guān)主 機之間在實時通訊時，互不干擾，提高了可靠性與抗干擾性；另外每個電力支線的APLC信 息終端從機是發(fā)出的FSK或S-FSK調(diào)制的電流信號，調(diào)制的電流信號不會流向其它電力支 線中，只能流回10kV/0. 4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制副級線圈中，所以APLC信息終端 從機是發(fā)出的FSK或S-FSK調(diào)制的電流信號只能被相關(guān)的電力支線上的APLC電能表網(wǎng)關(guān) 主機所接收，并且FSK或S-FSK調(diào)制的電流信號在長線路中不易被干擾，APLC信息終端從 機可以小電流形式的FSK或S-FSK調(diào)制，形成小功率方式長距離進(jìn)行APLC通訊。APLC電能 表網(wǎng)關(guān)主機與觀-APLC網(wǎng)橋從機通訊原理圖，參看附圖3所示。


圖IA現(xiàn)有的電力線載波通訊電能表集中抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖IB現(xiàn)有的電力線載波通訊電能表集中抄表系統(tǒng)載波信號傳遞示意圖 圖2非對稱電力載波與無線通訊家電系統(tǒng)鏈路圖； 圖3 APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機與觀-APLC網(wǎng)橋從機通訊原理圖； 圖4 ZB-APLC網(wǎng)橋結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5 ZB-APLC網(wǎng)橋電路原理圖1 ； 圖6 ZB-APLC網(wǎng)橋電路原理圖2 ；
圖7 APLC電能表網(wǎng)關(guān)與APLC從機載波通訊電壓波形示意圖； ￥ 1為電能表網(wǎng)關(guān)通過LAl高頻互感器耦合在下端負(fù)載220VAC電源線上FSK電壓信號，
&V為觀-APLC網(wǎng)橋電路進(jìn)行放大后獲得的FSK電壓信號；
圖8 ZB-APLC網(wǎng)橋從機與APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機載波通訊電流波形示意圖；Δ 為 ZB-APLC網(wǎng)橋電路發(fā)送至APLC電能表網(wǎng)關(guān)LAl高頻互感器耦合的FSK電流信號。
具體實施例方式實施例1
如圖2和圖3所示，非對稱電力載波與無線通訊家電系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)有ZigBee多鏈路 網(wǎng)橋1、DCPL總線與APLC信息鏈路網(wǎng)橋2、DCPL總線與ZigBee無線信息鏈路網(wǎng)橋3、APLC電能表網(wǎng)關(guān)4、DCPL總線信息終端5、ZB-APLC網(wǎng)橋6、APLC標(biāo)準(zhǔn)白色信息家電7所組成。 APLC電能表網(wǎng)關(guān)4接入電力系統(tǒng)10kV/0. 4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制(Α相、B相、C 相、N相)的相線和N相(中線)之間，APLC標(biāo)準(zhǔn)的白色家電7作為負(fù)載和觀-APLC網(wǎng)橋6電 氣連接，ZB-APLC網(wǎng)橋6通過APLC電能表網(wǎng)關(guān)4接入電力系統(tǒng)。APLC電能表網(wǎng)關(guān)4主機內(nèi) 部的APLC電路，是通過中線(N線)串聯(lián)高頻互感器LAl 4.1與相線耦合電容CA2 4.2，將 電壓型FSK或S-FSK調(diào)制的電壓信號耦合在中線串聯(lián)高頻互感器負(fù)載一側(cè)，形成中線與相 線之間的電壓型FSK或S-FI調(diào)制信號與觀-APLC網(wǎng)橋6進(jìn)行載波通訊JB-APLC網(wǎng)橋6 從機是發(fā)出的FSK或S-FSK調(diào)制的電流信號，通過APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機電路中中線(N線) 串聯(lián)高頻互感器LAl所接收進(jìn)行載波通訊JB-APLC網(wǎng)橋6通過ZigBee無線通訊和ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)水表、網(wǎng)絡(luò)燃?xì)獗磉M(jìn)行信息交互與控制。本實施例的觀-APLC網(wǎng)橋主要跟ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電進(jìn)行數(shù)字通訊；而 APLC電能表網(wǎng)關(guān)主要跟APLC標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電進(jìn)行非對稱電力線載波通訊。ZB-APLC網(wǎng)橋具備電能量、水量、燃?xì)饬?、費率顯示；電能量和費率數(shù)據(jù)是通過 非對稱電力載波通訊由APLC電能表網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)接^-APLC網(wǎng)橋上，并在觀-APLC網(wǎng)橋進(jìn) 行顯示，使家庭用戶直接了解使用的電能量與費率；而水量與燃?xì)饬渴怯^-APLC網(wǎng)橋通 過ZigBee無線通訊與ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)水表、網(wǎng)絡(luò)燃?xì)獗磉M(jìn)行信息交互與控制，并在 觀-APLC網(wǎng)橋進(jìn)行顯示，使家庭用戶直接了解使用的水量、燃?xì)饬?、費率與控制狀態(tài)。ZB-APLC網(wǎng)橋完成在線電功率檢測、時間計量、漏電保護(hù)、負(fù)荷控制JB-APLC網(wǎng)橋 自身完成在線電功率檢測、時間計量、漏電保護(hù)，使用戶及時了解在線的電器工作負(fù)荷的大 小與漏電、過載保護(hù)，以及用戶或管理部門需要遠(yuǎn)程進(jìn)行負(fù)載控制。ZB-APLC網(wǎng)橋可以通過ZigBee無線通訊與ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)信息家電進(jìn)行無線 通訊，并將獲取的信息橋接通過非對稱電力載波通訊的APLC電能表網(wǎng)關(guān)傳送到第三方公 共管理網(wǎng)站，使用戶在遠(yuǎn)方通過手機了解、控制家庭白色信息家電及其它安防系統(tǒng)工作狀 態(tài)。非對稱電力載波與無線通訊家電系統(tǒng)鏈路圖，參看附圖2所示。附圖2中，1為 ZigBee多鏈路網(wǎng)橋、2為DCPL總線與APLC信息鏈路網(wǎng)橋、3為DCPL總線與ZigBee無線信 息鏈路網(wǎng)橋、4為APLC電能表網(wǎng)關(guān)、5為DCPL總線信息終端、6為觀-APLC網(wǎng)橋、7為APLC 標(biāo)準(zhǔn)白色信息家電；附圖2中包括三種信息鏈路連接方式，鏈路層方式1和鏈路層方式2是 APLC電能表網(wǎng)關(guān)4 JB-APLC網(wǎng)橋6與APLC標(biāo)準(zhǔn)白色信息家電7之間形成的信息鏈路連接 方式；鏈路層方式3是APLC電能表網(wǎng)關(guān)4 JB-APLC網(wǎng)橋6與DCPL總線與ZigBee無線信息 鏈路網(wǎng)橋3及APLC標(biāo)準(zhǔn)白色信息家電7之間形成的信息鏈路連接方式。參照附圖4所示，本發(fā)明實施例一種觀-APLC網(wǎng)橋裝置由APLC與ZigBee無線通 訊電量顯示控制器1. 0、漏電保護(hù)器2. 0、斷路器3. 0所組成；并且APLC與ZigBee無線通訊 電量顯示控制器1. 0、漏電保護(hù)器2. 0是一體化設(shè)計，ZB-APLC網(wǎng)橋裝置組合的斷路器3. 0 是采用國際標(biāo)準(zhǔn)一級寬度為1個模數(shù)(18mm)、二級寬度為2個模數(shù)(36mm)、三級寬度為3個 模數(shù)(54mm)、四級寬度為4個模數(shù)(72mm)，根據(jù)需要進(jìn)行級數(shù)組合的，而且觀-APLC網(wǎng)橋裝 置采用國際標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌安裝方式。參照附圖5、圖6所示，ZB-APLC網(wǎng)橋裝置電路部分共分微處理器ZigBee無線通 訊電路01、非對稱電力線載波通訊電路02、電功率檢測電路03、漏電保護(hù)與斷路控制電路
704，四大部分所組成。參照附圖5所示，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化說明如下 實施例2
微處理器ZigBee無線通訊電路01 電路是由ICl CC25； 或CCM； 系列芯片、IC2 復(fù)位電路、IC3 RX8025時間電路、IC4存儲器24WC08，IC5溫度傳感器SE95、IC6顯示器 PCF8576，以及相對應(yīng)的外圍電阻、電容、電感器件所組成。本實施例ICl CC2530芯片是內(nèi) 含8051微處理器及ZigBee無線通訊電路(是采用IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的2. 4GHz的RF無線 收發(fā)機)。ICl CC253X芯片的I2C總線接口 SDA、SCL對應(yīng)連接IC3 RX8025時間電路、IC4 存儲器24WC08，IC5溫度傳感器SE95、IC6顯示器PCF8576的SDA、SCL接口，其中電阻Rl— R4、電阻RlO—R13是上拉電阻；ICl CC25;3X芯片的P0. 2,P0. UP0. 0、Ρ0· 3 口對應(yīng)連接到Ul 調(diào)制解調(diào)器芯片 RDX、TXD、CD、RS 與 MODl ；ICl CC253X 芯片的 PI. UPl. 2、Pl. 0、P0. 7 口對 應(yīng)連接到多路光耦合器OBl中B3、B4、B1、B2光耦合器，Pl. 1 口接收電能脈沖頻率，Pl. 2 口 接收電能流反向判斷信號，Pl. 0與P0. 7 口可以數(shù)控IBl ADE7755的放大增益；ICl CC253X 芯片的P0. 4、P0. 5、P0. 6 口對應(yīng)連接到光耦合器0P3輸出端、光耦合器0A2輸出端、光耦合 器OAl輸入端；ICl CC253X芯片的RF_N、RF_P 口是2. 4GHz的RF無線收發(fā)機天線端口，其 中電感L1、L2電容C6 — ClO是耦合匹配器件，AN是內(nèi)置印刷PCB天線；ICl CC253X芯片的 X0SC_Q1、X0SC_Q2與M)SC32K_Q1、M)SC32K_Q2分別是RF收發(fā)機晶振Z3與微處理器晶振Z2 連接端口 ；IC4復(fù)位電路的RST輸出端連接ICl CC253X芯片的RESET端。非對稱電力載波通訊電路02 電路由調(diào)制解調(diào)器芯片Ul、U2放大器、光耦合器 0P1、0P2、0P3、耦合變壓器Tl、三極管TUl—TU8、可控硅SU1、二極管DUl—DU5，以及外圍電 阻、電容器件所組成。調(diào)制解調(diào)器芯片Ul 采用 MSM7512 (或 LM1893、73M223、AMIS-49587)，Ain 口是電 能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制信號的輸入端；電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號耦合在電力 線上，PI、P2接點是對應(yīng)連接在電力線PI、P2接點上，通過高壓電容⑶6、⑶7與Tl變壓器 初級線圈1、2連接，此時電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號能耦合在Tl變壓器次級線圈 3、4上，經(jīng)U2放大器與電容⑶3、⑶4，電阻RU8、RU9、RUlO組成放大電路，進(jìn)行信號放大及濾 波，使電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號，能可靠的輸入到Ul調(diào)制解調(diào)器芯片Ain 口 ；
調(diào)制解調(diào)器芯片Ul的^Vout 口是觀-APLC網(wǎng)橋從機給電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的FSK調(diào)制 電壓信號的輸出端；非對稱電力線載波通訊電路02，主要是將調(diào)制解調(diào)器芯片Ul Aout 口 發(fā)出的FSK調(diào)制電壓信號轉(zhuǎn)換成FSK調(diào)制的電流信號；調(diào)制解調(diào)器芯片Ul Aout 口通過電 容CU2、三極管TU2、光耦合器0P1，以及外圍器件電阻RU6、RU7、RU3、電容CU8、開關(guān)三極管 TUl所組成的隔離放大電路，將Ul調(diào)制解調(diào)器芯片Aout 口輸出的FSK調(diào)制電壓信號驅(qū)動 光耦合器OPl輸入端，此時開關(guān)三極管TUl導(dǎo)通狀態(tài)；光耦合器OPl的輸出端驅(qū)動三極管 TU7與TU8，形成TU8發(fā)射極FSK調(diào)制的電流，并在電阻RU14有電壓降，選擇電阻的大小，可 以改變TU8發(fā)射極FSK調(diào)制的電流，一般選擇有效值FSK調(diào)制的電流值在4myTl0mA之間， FSK調(diào)制的電流是在觀-APLC網(wǎng)橋與電能表網(wǎng)關(guān)之間相關(guān)聯(lián)的電力支線上與配電變壓器構(gòu) 成回路，并被該電能表網(wǎng)關(guān)接收到觀-APLC網(wǎng)橋從機發(fā)出的FSK調(diào)制的電流信號；三極管 TU5、TU6，整流橋DU5，電阻RU22、RU12、RU13組成高壓限流電路，改變RU13阻值的大小，可以調(diào)整該支路限流值的大小，一般選擇限流值彡IOmA ；三極管TU4、電阻RU21、RU11，穩(wěn)壓管 DU2，電容CU5組成穩(wěn)壓電路；光耦合器0P3、電阻RU16 — RU20，可控硅SUl、二極管DU3、穩(wěn) 壓管DU4組成IOOHz同步信號電路，由光耦合器0P3隔離輸出；電路中三極管TU1、TU3，光 耦合器0P2電阻RU2、RU4、RU5，二級管DUl組成收發(fā)控制電路；當(dāng)Ul調(diào)制解調(diào)器芯片端口 RS、M0D1為低電平時為發(fā)送，高電平為接收。電功率檢測電路03 =IBl電能計量芯片是采用當(dāng)前美國ADI公司(或我國生產(chǎn)相 對應(yīng)的芯片BL6503)的ADE7755芯片，以及美國ADI公司提供公知的電能計量電路；公知的 電能計量電路中電阻RBI、RB2、RB3,電容CB1、CB2組成電流采樣電路，電阻RBl為錳銅合 金分流器(阻值約1. 0 πιΩ )，當(dāng)用戶負(fù)載用電時電力相線電流經(jīng)過電阻RB1，電阻RBl有電 壓降電壓，該電壓降電壓經(jīng)過RB2、RB3連接到IBl電能計量芯片ADE7755的5端與6端， 電容CB1、CB2為濾波電容；電能計量電路中RB4、RB5、RB6為串聯(lián)組成分壓電路，電阻RB4 中1端接到電力中線，2端接相線地，3端與電阻RB5、RB6進(jìn)行分壓，是將220VAC電壓進(jìn)行 分壓降到幾百毫伏，電阻RB6與RB7的一端連接到電力相線地，電阻RB6與RB7的另一端連 接IBl電能計量芯片ADE7755的8端與7端；ΙΒ2復(fù)位電路采用ΜΑΧ809，ΜΑΧ809復(fù)位RST 端連接IBl電能計量芯片ADE7755的RST端；IBl電能計量芯片ADE7755的13、14端接高 電平，15、16端是芯片內(nèi)部放大器增益選擇端，分別連接多路光耦合器OBl中Β2、Β1光耦合 器輸出端4、2 ；IBl電能計量芯片ADE7755的22端是電能頻率轉(zhuǎn)換的輸出端，頻率輸出脈 沖通過RB13、發(fā)光二極管DB3連接到多路光耦合器OBl中Β3光耦合器5端；電能計量芯片 ADE7755的20端是判斷電阻RBl上的電流是正向還是反向的輸出端，ADE7755的20端通過 RB12連接到多路光耦合器OBl中Β4光耦合器7端，Β3、Β4光耦合器6端與8端連接DGND ；ADE7755的17、18端連接晶體振蕩器。電路中電能計量電路使用的穩(wěn)壓電路是由壓敏 電阻M0V、電阻RB8、電容CB7、穩(wěn)壓二極管DBl、整流二極管DB2、濾波電容CB8 — CB12、ΙΒ3 穩(wěn)壓器芯片、電感LBl所組成，穩(wěn)壓電路是一個懸浮型穩(wěn)壓電路。微處理器ZigBee無線通訊電路01與非對稱電力載波通訊電路02中使用的穩(wěn)壓 電路，是由電阻RB9、電容CB13、變壓器TBI、整流器DB1、濾波電容CB14、電容CB15、電容 CB16—電阻RB18、IB4穩(wěn)壓器芯片、二極管DB4 — DB6、充電電池E (3. 6V)所組成，提供VDD 與VE電源。漏電保護(hù)與斷路控制電路04 電路由IAl漏電保護(hù)芯片采用FM2140 ；可控硅 SAl ；脫口開關(guān)電磁線圈DCT ；電流互感器ZCT ；光耦合器0A1、0A2 ；防雷開關(guān)管LK ；整流橋 ZAl ；電阻RAl—RA8 ；電容CAl—CA5所組成。電路中IAl漏電保護(hù)芯片F(xiàn)M2140的2端通過電容CA2連接電流互感器中次級線 圈的一端，另一端連接FM2140的3端基準(zhǔn)電壓參考端，F(xiàn)M2140的4端為芯片的基準(zhǔn)地；而 FM2140的7端是可控硅的觸發(fā)輸出端，當(dāng)電流互感器ZCT中電力線的中線與相線的進(jìn)出電 流不相等時，F(xiàn)M2140的7端將觸發(fā)可控硅導(dǎo)通SA1，此時整流橋ZAl輸出端P+的電流經(jīng)脫 口開關(guān)電磁線圈DCT會流到整流橋ZAl輸入端P-，脫口電磁鐵啟動，斷路器脫口開關(guān)狀態(tài)為 開路；光耦合器OAl輸出三極管發(fā)射極連接可控硅導(dǎo)通SAl觸發(fā)極，CC253X芯片的P0. 61/ 0 口連接光耦合器OAl輸入端，可以進(jìn)行數(shù)控斷路器的開路；光耦合器0A2是判斷斷路器狀 態(tài)，當(dāng)斷路器脫口開關(guān)狀態(tài)為開路時，光耦合器0A2輸出為高電平，當(dāng)斷路器脫口開關(guān)狀態(tài) 為閉合時，光耦合器0A2輸出為高低平。
參照附圖6所示，本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化說明如下 實施例3
實施例3與實施例2都是由四大部分所組成，所不同是微處理器ZigBee無線通訊電路 01 ；其它非對稱電力線載波通訊電路02、電功率檢測電路03、漏電保護(hù)與斷路控制電路04， 三部分電路與實施例2相同。微處理器ZigBee無線通訊電路01 電路是由ICl MC132M芯片，MC132M芯片是 內(nèi)含ARM7微處理器及ZigBee無線通訊電路(是采用IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的2. 4GHz的RF無 線收發(fā)機);IC2 PCF8576顯示器電路；IC3 SDM03時間電路；IC4 SE95溫度傳感器；IC5復(fù) 位電路，以及相對應(yīng)的外圍電阻、電容器件所組成。電路中ICl MC13224芯片通過I2C總線接口 SDA、SCL與IC2 PCF8576顯示器電 路、IC3 SD2403時間電路、IC4 SE95溫度傳感器相對應(yīng)的SDA、SCL接口連接，電阻R7 — R12 是I2C總線的上拉電阻；電路中ICl MC13224芯片的串行口 U1_TX、U1_RX分別對應(yīng)連接Ul 調(diào)制解調(diào)芯片的RD、XD串行口 ；Ul調(diào)制解調(diào)芯片的收發(fā)控制RS、MODl與檢測信號⑶端口 分別連接 ICl MC13224 芯片 ADC6-I/0 口與 ADC5-I/0 口 ； ICl MC13224 芯片的端口 P47 與 P48連接晶振Z2、電容C8、C9，端口 P49與P50連接晶振Z1、電容C6、C7 ；ICl MC13224芯片 的端口 P60是2. 4GHz的RF無線收發(fā)機天線端口，其中電感Ll、電容C4、C5是耦合匹配器 件，AN是內(nèi)置印刷PCB天線；ICl MC13224芯片的端口 PI、P2連接多路光耦合器OBl中的 Bl、B2光耦合器，可以數(shù)控IBl ADE7755的放大增益，而ICl MC13224芯片的端口 P25、P^ 連接多路光耦合器OBl中的B3、B4光耦合器，接收電功率頻率脈沖與電能流反向判斷信號； ICl MC13224芯片的端口 P3、P5連接漏電保護(hù)與斷路控制電路中光耦合器OAl與0A2，OAl 為斷路控制信息輸入光耦合器，0A2電力線斷路判斷信息輸出光耦合器；ICl MC13224芯片 的端口 P4連接光耦合器0P3，0P3是非對稱電力線載波通訊同步信息輸出光耦合器；電路中 的JTAG接口是編程與調(diào)試MC13224芯片的外接JTAG接口。
權(quán)利要求
1.非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)設(shè)有電能表網(wǎng) 關(guān)、觀-APLC網(wǎng)橋和白色信息家電，白色信息家電包括APLC標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電和ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電；APLC電能表網(wǎng)關(guān)的APLC通訊電路設(shè)在電能表中，APLC電能表網(wǎng)關(guān)接 入電力系統(tǒng)10kV/0. 4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制(Α相、B相、C相、N相)的相線和N 相之間，并且APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機內(nèi)部的APLC電路中設(shè)有中線串聯(lián)高頻互感器與相線耦 合電容JB-APLC網(wǎng)橋與白色信息家電負(fù)載電氣連接，ZB-APLC網(wǎng)橋通過APLC電能表網(wǎng)關(guān)接 入電力系統(tǒng)；所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過非對稱電力線載波通訊和觀-APLC網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)字通 訊，所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)與觀-APLC網(wǎng)橋通訊采用電壓型FSK或S-FSK調(diào)制信號，ZB-APLC 網(wǎng)橋與APLC電能表網(wǎng)關(guān)通訊采用電流型FSK或S-FSK調(diào)制信號；所述觀-APLC網(wǎng)橋通過 ZigBee無線通訊和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電進(jìn)行信息交互；所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)將電能量和費率數(shù)據(jù)通過非對稱電力載波通訊傳輸?shù)接^-APLC 網(wǎng)橋上；所述觀-APLC網(wǎng)橋用于在線電功率檢測和時間計量，將檢測和計量信息傳輸給APLC電 能表網(wǎng)關(guān)；接受APLC電能表網(wǎng)關(guān)傳來的非對稱電力線載波通訊信號和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色 信息家電傳來的ZigBee無線通訊信號，顯示電能量、電功率、水量、燃?xì)饬亢唾M率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋還進(jìn)一步 用于將獲取的ZigBee無線通訊信息發(fā)送至APLC電能表網(wǎng)關(guān)，所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過 RS-485總線與ZigBee多鏈路網(wǎng)橋或3G網(wǎng)橋連接，通過公共IP、TD_SCDMA網(wǎng)絡(luò)平臺與第三 方物聯(lián)網(wǎng)綜合信息港進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，對白色信息家電進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋還進(jìn)一步有 智能漏電保護(hù)器和斷路器功能的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋電路部分由 微處理器ZigBee無線通訊電路、非對稱電力線載波通訊電路、電功率檢測電路、漏電保護(hù) 與斷路控制電路所組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋由電量顯 示控制器、漏電保護(hù)器和斷路器所組成，并且電量顯示控制器和漏電保護(hù)器是一體化設(shè)計， 和電量顯示控制器和漏電保護(hù)器進(jìn)行組合的斷路器采用國際標(biāo)準(zhǔn)，一級寬度為1個模數(shù)、 二級寬度為2個模數(shù)、三級寬度為3個模數(shù)、四級寬度為4個模數(shù)，根據(jù)需要進(jìn)行級數(shù)組合； ZB-APLC網(wǎng)橋采用國際標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌安裝方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述非對稱電力載波通訊電 路(02)，由調(diào)制解調(diào)器芯片U1、放大器U2、光耦合器0P1、0P2、0P3、合變壓器Tl、三極管 TUl—TU8、可控硅SU1、二極管DUl—DU5，以及外圍電阻、電容器件所組成，調(diào)制解調(diào)器芯片 Ul 采用 MSM7512 或 73M223 或 LM1893 或 AMIS-49587 ；所述非對稱電力載波通訊電路(02)中，調(diào)制解調(diào)器芯片Ul Ain 口是電能表網(wǎng)關(guān)主 機發(fā)出的調(diào)制信號的輸入端；APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號耦合在電力線上， P1、P2接點對應(yīng)連接在電力線P1、P2接點上，通過高壓電容⑶6、⑶7與Tl變壓器初級線圈 (1、2)連接，此時APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號能耦合在Tl變壓器次級線圈 (3,4)上，經(jīng)U2放大器與電容CU3、CU4，電阻RU8、RU9、RUlO組成放大電路，進(jìn)行信號放大 及濾波，使APLC電能表網(wǎng)關(guān)主機發(fā)出的調(diào)制電壓信號，能可靠的輸入到Ul調(diào)制解調(diào)器芯片 Ain 口；Ul調(diào)制解調(diào)器芯片^Vout 口是觀-APLC網(wǎng)橋給APLC電能表網(wǎng)關(guān)發(fā)出的FSK調(diào)制電壓 信號的輸出端；調(diào)制解調(diào)器芯片Ul的^Vout 口通過電容⑶2、三極管TU2、光耦合器0P1，以 及外圍器件電阻RU6、RU7、RU3、電容⑶8、開關(guān)三極管TUl所組成的隔離放大電路，將Ul調(diào) 制解調(diào)器芯片Aout 口輸出的FSK調(diào)制電壓信號驅(qū)動光耦合器OPl輸入端，此時開關(guān)三極管 TUl導(dǎo)通狀態(tài)；光耦合器OPl的輸出端驅(qū)動三極管TU7與TU8，形成TU8發(fā)射極FSK或S-FSK 調(diào)制的電流，并在電阻RU14有電壓降，選擇電阻的大小，可以改變TU8發(fā)射極FSK調(diào)制的電 流，一般選擇有效值FSK調(diào)制的電流值在4mTl0mA之間；三極管TU5、TU6，整流橋DU5，電 阻RU22、RU12、RU13組成高壓限流電路，改變RU13阻值的大小，可以調(diào)整該支路限流值的大 小，一般選擇限流值彡15mA ；三極管TU4、電阻RU21、RU11、穩(wěn)壓管DU2、電容CU5組成穩(wěn)壓電 路；光耦合器0P3、電阻RU16—RU20，可控硅SU1、二極管DU3、穩(wěn)壓管DU4組成IOOHz同步信 號電路，由光耦合器0P3隔離輸出；三極管TU1、TU3、光耦合器0P2電阻RU2、RU4、RU5、二級 管DUl組成收發(fā)控制電路；當(dāng)Ul調(diào)制解調(diào)器芯片端口 RS、M0D1為低電平時為發(fā)送，高電平 為接收。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋中無線通 訊標(biāo)準(zhǔn)采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)，電路微處理器ZigBee無線通訊電路由ICl CC25； 或CCM； 或 MC1322X系列芯片、IC2復(fù)位電路、IC3 RX8025時間電路、IC4存儲器24WC08、IC5溫度傳 感器SE95、IC6顯示器PCF8576，以及相對應(yīng)的外圍電阻、電容、電感、晶振器件所組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的家電信息通訊系統(tǒng)，其特征是，所述觀-APLC網(wǎng)橋接入的電力 線可以是單相、中線兩線制，也可是三相、中線四線制的網(wǎng)橋裝置。
全文摘要
非對稱電力載波與無線通訊的家電信息通訊系統(tǒng)，設(shè)有電能表網(wǎng)關(guān)、ZB-APLC網(wǎng)橋和白色信息家電，白色信息家電包括APLC標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電；APLC電能表網(wǎng)關(guān)的APLC通訊電路設(shè)在電能表中，APLC電能表網(wǎng)關(guān)接入電力系統(tǒng)10kV/0.4kV配電變壓器低壓側(cè)三相四線制的相線和N相之間；ZB-APLC網(wǎng)橋與白色信息家電負(fù)載電氣連接，ZB-APLC網(wǎng)橋通過APLC電能表網(wǎng)關(guān)接入電力系統(tǒng)；所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)通過非對稱電力線載波通訊和ZB-APLC網(wǎng)橋進(jìn)行數(shù)字通訊，所述APLC電能表網(wǎng)關(guān)與ZB-APLC網(wǎng)橋通訊采用電壓型FSK或S-FSK調(diào)制信號，ZB-APLC網(wǎng)橋與APLC電能表網(wǎng)關(guān)通訊采用電流型FSK或S-FSK調(diào)制信號；所述ZB-APLC網(wǎng)橋通過ZigBee無線通訊和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的白色信息家電進(jìn)行信息交互。
文檔編號H04B3/54GK102098077SQ20111000836
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者毛星原, 郭建華, 郭建國 申請人:毛星原, 郭建華, 郭建國