單相智能電表之電力線載波通信

11/15單相智能電表之電力線載波通信1綜述低壓電力線載波PLC(PowerLineCarrier)通信是以低壓配電線(380V／220V法規(guī)制定等方面取得了肯定的成果。進展歷程及現(xiàn)狀國外進展?fàn)顩r20很多大公司的熱點。97年英國的Norweb通訊公司和加拿大Nortel(北電網(wǎng)絡(luò))利用丌發(fā)的數(shù)字電1Mbit／s的速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程通信，并進展了該技術(shù)市場推廣。品的傳輸速率也從1Mbit／s進展到2、14、24Mbit／s甚至更高。國際各大公司紛紛推出PLC調(diào)制解調(diào)芯片，其中主要有美國Intellon公司的14、54、85和200Mbit／s芯片，西班牙DS2公司45和200Mbit／s芯片等等。其中Mbit／s是基于該芯片開發(fā)的。在2023年啟動了OPERA(OpenPLCEuropeanResearchAlliance)的打算，致力于制定歐洲統(tǒng)一的PLCPLC作為實現(xiàn)信息化歐洲的重要技術(shù)手段。美國也不甘示弱，在它提倡下成立了“家庭插電聯(lián)盟”，致力于標(biāo)準爭論，并公布了第一個PLC標(biāo)準Home．Plu91．0。的態(tài)度，經(jīng)受了從初期疑心否認、到開放試驗、直至今日的樂觀推動的三個階段。一個時間問題。國內(nèi)進展?fàn)顩r的是1997年由中國電力科學(xué)爭論院進展的對我國低壓配電網(wǎng)傳輸特性和參數(shù)的90早期產(chǎn)品在穩(wěn)定性上逐步接近有用。2023年我國開頭引進國外的PLC芯片，研制2023年初成立了電力線通信2023技術(shù)的核心產(chǎn)品一電力調(diào)制解調(diào)器及多個相關(guān)產(chǎn)品，其傳輸速率可以到達10小區(qū)用戶反映良好。2023年我國成功研制出了EPLC一45M和EPL．14M系統(tǒng)。2023年以中電飛華公司為代表，已在北京開通了5個以上的電力線上網(wǎng)試驗小區(qū)，用戶反映格外滿足，只是網(wǎng)速會在特定的時候突然衰減。[91PLC調(diào)制技術(shù)和芯片進展擴仍需要很長一段時間的爭論和摸索。電力線載波通信前景以及爭論重點MicrosoftIntellon3COMAMD的研發(fā)。考慮到與國外的差距和進呈現(xiàn)狀，我困低壓電力載波通信在將來5～10年內(nèi)的爭論重點將包括四個方面：(1)低壓電力線通信信道的分析和建模；(2)載波通信關(guān)鍵技術(shù)的爭論lrlO,J；(3)高速、安全且低功耗的電力載波芯片和模塊的研制；(4)相關(guān)組織、技術(shù)標(biāo)準和法律法規(guī)的建設(shè)。其具體的應(yīng)用方向除水澆灌監(jiān)測與掌握和農(nóng)產(chǎn)品流通過程信息化方面也將有著寬闊的應(yīng)用前景。2功能模塊介紹單相智能電表總的框圖如以下圖所示：1、單相智能電表框圖采集器信號采集，通過穿將假設(shè)干用戶單元的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳遞到單采集到的信號統(tǒng)一處理并加以掌握，以到達整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的通信目的?！场V波接收單元〔承受濾波電路和解調(diào)電路〕、電力2輸出功率掌握電路輸出功率掌握電路線力電信號功率放大電路載波芯片載波耦合電路濾波接收單元2、電力線載波通信模塊框架圖軟件介紹Protel99SE軟件進展設(shè)計和仿真。Protel99SEProtel10WindowsProtelPCB〔印制電路板〕設(shè)PCBProtelOrcad、Pads、Accel(PCAD)EDAEDAProtel99SE共分5個模塊，分別是原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計〔包含信號完整性分析PLDProtel99SE的局部最功能：30◆強大的全局編輯功能；◆在原理圖中選擇一級器件，PCB◆同時運行原理圖和PCBPCB引腳、網(wǎng)絡(luò)〔〔PCB〕，PCBGB4728〕；便利易用的數(shù)模混合仿真〔SPICE3f5〕；PLD，JEDPCB321616◆強大的“規(guī)章驅(qū)動”設(shè)計環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計規(guī)章檢查；◆智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；◆供給大量的工業(yè)化標(biāo)準電路板做為設(shè)計模版；◆放置漢字功能；DXF、DWGAutoCAD◆智能封裝導(dǎo)航〔PGA、BGA〕；PCB3DCAM件、測試點報告等；◆經(jīng)過充分驗證的傳輸線特性和仿真準確計算的算法，信號完整性分析直接從PCB◆反射和串?dāng)_仿真的波形顯示結(jié)果與便利的測量工具相結(jié)合；◆專家導(dǎo)航幫您解決信號完整性問題。常用電力線載波通信技術(shù)窄帶通信方式以窄帶通信對脈沖噪聲的抵抗性較差。雙音多頻調(diào)制方式已經(jīng)有廣泛應(yīng)用。線性調(diào)頻脈沖方式CSMA網(wǎng)絡(luò)，它利用一系列短促的、可自同Chirps100毫秒，它代表了最根本Chirps信號的線性掃描帶寬比信號帶寬要大得多，其外。多載波調(diào)制方式復(fù)原始信號。擴頻通信方式有用擴頻技術(shù)在上個世紀50年月中進展起來，起初擴頻技術(shù)只用于軍用通90年月才開頭應(yīng)用到民用上，目前已經(jīng)在低壓電力線通信商得到廣是一種簡便、易實現(xiàn)、價格低廉的方式。芯片選擇以及介紹100kHz~450kHz和針對歐洲地區(qū)電網(wǎng)(400Y/230Vac)9kHz~150kHz。各家公司在標(biāo)準頻modemmodem芯片的設(shè)計和應(yīng)用。為此，在進展本工程的設(shè)計時，我們在芯片選擇上花了極大的功夫?，F(xiàn)有幾種電力線載波芯片比較幾種電力線載波芯片比較表FarhillSep9,2023ST7535SSCP200型號LM1893 ST7536SSCP300PLT-22ST7537SSCP485調(diào)制方式FSK FSKSSCBPSK帶寬特點窄帶窄帶50-300kHz100-400KHz132kHz(主頻)115kHz(輔頻)靈敏度2mV 2mV1mV0.8mV信號動態(tài)110dB 60dB70dB80dB范圍波特率4.8Kbps 2.4Kbps7.5Kbps5.4/3.6Kbps時鐘無 無無有緩存無 無有無(1)XR2210/XR2206LM1893這是比較早的電力線載波芯片。XR2210/XR2206是一組FSK方式的調(diào)制解調(diào)芯片，并不是特地針對電力線載波通訊設(shè)計的，還可用于有線和無線通訊。modemFSK調(diào)制解調(diào)方式。FSK調(diào)制解調(diào)芯片稍作改進，目前，這兩款modem芯片在國內(nèi)根本沒有承受。(2)ST7536ST7536SGS-THOMSONmodem芯modem芯片的信號調(diào)制解調(diào)功能ST7536是半雙工的FSKmodem600bps2mV，1200bps3mV。它針對電力線載波)ALC(自動輸出幅度掌握)以及軟3ST7536也是較早的電力線載波modem芯片，調(diào)制解調(diào)技術(shù)是較落后的FSK方式，加上3字節(jié)容錯，最高波特率只能到達400bps。另外它無CSMA(網(wǎng)絡(luò)載波偵聽)功能，這些限制了它的應(yīng)用。目前，在國內(nèi)電力線載波抄表領(lǐng)域，ST7536modem芯片。但它通訊距離不是很抱負；需要作中繼器時，通訊速度太慢；它是每位中斷一次，按1200bps計833μs中斷一次，對更簡單的應(yīng)用來講，833μs間隔短了一點。(3)SSCP300SSCP300Intellon公司承受現(xiàn)代最通訊技術(shù)設(shè)計的電力線載波modem芯片。它承受了擴頻(Chirp方式)DSP技術(shù)、CSMA技術(shù)CEBusmodemmodem芯片的進展ST7536SSCP300Intellon100kHz~400kHz480Y/277Vac、208Y/120Vac、60Hz。它可承受線－地藕合方式。由于針對家庭自動化，主要一家一戶式獨立住宅，所以在通訊距離上，它還承受陷波器隔離，防止干擾鄰近住宅。因此比較適合基于電力線網(wǎng)的家庭局域網(wǎng)的應(yīng)用。(4)PLT-22PLT-22Echelon公司最電力載波收發(fā)器，它是針對工業(yè)掌握網(wǎng)而設(shè)計的。它承受BPSK應(yīng)用效果較抱負。但是由于它是Lonworks網(wǎng)絡(luò)專用，使用該模塊設(shè)計低壓電力ModemNeuron用于類似民用電能表等對價格敏感的場合。PL3200PL3200系列載波芯片，該芯片能夠穩(wěn)定工作于國內(nèi)電力線環(huán)境。PL3200內(nèi)嵌有增加型8051bytesEEPROM8051處理器實現(xiàn)程序的存儲，在電能計量局部，能供給高精度電能計量，供給有功功率和無功功率瞬時值輸出，指示正負功，介于modem80針腳PL3200實現(xiàn)工程設(shè)計。PL3200高精度電能計量單元擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路相移鍵控，120KHz載頻，帶寬15KHz，傳輸速率500bps接收靈敏度：50mVRMS(500bps)20抗衰減：-80dB數(shù)字調(diào)校實時鐘51〔5〕16KBYTES E2PROMISP〔在系統(tǒng)編程〕LCD/LED/驅(qū)動電路內(nèi)置兩個全雙工串口：38KHZRS485電源電壓監(jiān)測、看門狗電路3電力線耦合模塊220V/50Hz的電能，在低壓電力線上并接了很多不同阻抗的此，低壓電力線通信必需首先解決以下兩個難題：考慮到整個通信系統(tǒng)的安全，必需進展強電隔離。的載波信號加載效率。評價標(biāo)準。上述電路中，T1有著雙重作用。一方面，耦合載波信號；另一方面，使通信電路與220v、50Hz的強電隔離。假設(shè)不使用隔離變壓器，而是使用電感作為高〔120KHz〕相差近2500電容擔(dān)當(dāng)了電力線上得溝通電壓；對于120KHz抗D718V，對電路進展浪涌保護。二極管D1、D2起限幅作用，用來保護后續(xù)電路。其調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)滿足：2 LC2 LC10460kHz22nF,L的取值在5.7微亨左右，即通過調(diào)整變壓器初級繞組電感量來調(diào)整中心頻率。號，濾除來自電力線上得干擾噪聲。信號功率放大電路低壓電力線一般是由銅或其他電的良導(dǎo)體加上而成，其本身的阻抗很小。220V電力線不是抓用的通信線，電力線上有大量的用電負載和電力設(shè)備〔如無功補償電容等，這些器件對載波信號的衰減格外嚴峻，其高頻等效阻抗變化范200歐姆，這就使其信號衰減值100dB以上。這樣就需要輸出電路的帶負載力量很強，即輸出電阻要小。這樣的電路常用功率放大器來實現(xiàn)。大小。如上圖所示的耦合電路，為三極管復(fù)合放大電路，Q9Q7PNP與NPNBJT復(fù)合管，Q8Q6NPNPNPBJT復(fù)合管，電力線載波芯片發(fā)出信號經(jīng)P_OUT傳入，經(jīng)過電容耦合，信號以0V為平衡點交變信號，0V以上時，Q9Q7將信號放大到耦合電路，0VQ6Q8導(dǎo)通，功率的大小與供電電壓VHH的大小有關(guān)，肯定范圍內(nèi)提高電源電壓，可以有效加大放射功率、從而延長通信距離，電路中供電電壓VHH的取值范圍可在12~20V。綜合原理圖PL3200內(nèi)置微處理器和看門狗電路