电力线载波的低压智能抄表系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电子通信领域，涉及数字信号处理设备，特别是一种电力线载波的低压智能抄表系统。
【背景技术】
[0002]随着小区现代化、智能化的发展，传统的人工抄表模式无法适应信息时代的数字化要求，远程数字抄表系统由此应运而生。目前，远程抄表可以通过无线电波、同轴电缆、双绞线、低压电力线等介质进行数据传输。考虑到成本因素以及各种介质的普及程度，电力线载波自动抄表系统利用已有密集的电网，不必重新架设线路，而且电力线不占用现有的频谱资源，因而这种通信方式比其他通信方式具有明显的优势。
[0003]但是，电力线并非理想的通信信道，载波信号在低压电力线上衰减以及背景噪声的干扰都较大。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术所存在的不足，本发明公开了一种电力线载波的低压智能抄表系统。
[0005]本发明所述电力线载波的低压智能抄表系统，包括复数个采集器模块，及与电力线连接的集中器，所述集中器与调制解调器连接，所述采集器模块包括中央处理器及与中央处理器连接的时钟芯片、DPSK调制芯片及存储芯片。
[0006]具体的，所述DPSK调制芯片为PL2101。
[0007]具体的，所述中央处理器为MCU89C52。
[0008]具体的，所述时钟芯片为DS12887。
[0009]具体的，所述存储芯片为R0M28F256。
[0010]采用本发明所述的电力线载波的低压智能抄表系统，以电力线为通信介质，结合扩频技术的原理，具有成本低、电路简单、抗干扰能力强的特点，其中PL2101芯片功能强大，扩频调制解调性能好，价格低，具有很高的实用价值。
【具体实施方式】
[0011]下面对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0012]本发明所述电力线载波的低压智能抄表系统，包括复数个采集器模块，及与电力线连接的集中器，所述集中器与调制解调器连接，所述采集器模块包括中央处理器及与中央处理器连接的时钟芯片、DPSK调制芯片及存储芯片。
[0013]扩展频谱技术是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。其理论基础是扩展频谱技术的理论基础是信息论中的香农定理。
[0014]在无差错传输的信息速率C不变时，如果S / N很小，则必须使用足够大的带宽W来传输信号。这就是说，增加信号带宽可以降低对信噪比的要求，这正是扩频通信的理论依据。
[0015]直接序列扩频就是用比信息速率高很多倍的伪随机序列(PN)与信号相乘来达到扩展信号的带宽。在发送端先对信号进行扩频再进行DPSK调制，扩频载波信号经过功率放大之后耦合到电力线上进行传输。在接收端DPSK解调后用与发送端同步的本地PN序列解扩即可恢复信号。
本系统由电表、米集器、集中器和管理中心服务器组成，每个用户的电表为脉冲输出的数字式电表或由无脉冲量输出的普通表加数字化模块进行改造，用来实现电表数据采集、传输与存储的数字化。电表发出的数字脉冲信号通过采集器后，经过直序扩频、DPSK调制后，通过低压电力线载波传送给集中器，集中控制器通过PSTN与小区管理中心服务器PC机相连，用Modem实现A / D，D / A的转化。小区管理中心服务器PC机对集中器送入的各种数据进行存储、管理、分析等。管理中心服务器还可以通过Internet与银行等部门联网，实现水、电、气的数字化管理与费用的自动结算。
[0016]使用这种低压电力线与PSTN相结合的传输方法来实现远程抄表，可以避免目前低压电力线载波远距离传输的技术困难。结合合理的低压电力线载波通信网络和PSTN的拓扑结构，可以更加灵活地实现数据的有效和可靠传输。
[0017]采集器模块利用实用可靠的MCU89C2051作为该模块的控制核心，利用串行E2PR0M 24C256实现数据存储，24C256是256 kb可擦写的、具有I2C接口的E2PR0M存储器，可保存大量数据。DPSK直序扩频、载波调制则由PL2101来完成。
[0018]采集器接口连接着各个用户的数字脉冲电表，负责将采集的数据送入MCU，一片外部扩展的串行E2PR0M用以保存用户电表数据，时钟电路还将用于扩频解扩的同步计时，使收发两端相关的信号在频率、相位上一致，整个系统才能正常工作。液晶显示单元可显示用户所用电量以及相应费用，断电保护单元用于充当备用电源，当电源断电时，系统自动切换到备用电源供电，维持正常抄表工作而不会丢失数据。单片机通过串行口 RS232与扩频Modem相连继而通过低压电力线及解扩Modem与集中器相连。PL2101单元是系统抗干扰设计的关键，他用来完成信号的扩频与调制，之后将扩频载波信号送入电力线，发送给集中器。这样设计的采集器模块具有易实现、数据可靠等优点。
[0019]集中器模块采用MCU89C52为控制核心，外部扩展一片Intel公司的Flash ROM28F256，实时时钟采用美国Dallas公司推出的数字时钟芯片DS12887，自带晶体振荡器及电池，保证断电后时钟不停止。内建128 BRAM，其中114 B为非易失性RAM，可在任何时刻读写且读写速度快，断电不丢失数据。外部扩展的一片Flash ROM 28F256是一个非易失性固态存储器，他在擦或写时只要5 V的工作电压，而且断电以后数据不丢失，足够存放程序代码。RS232通信接口经过TTL电平到RS232电平和逻辑关系的转换后连接扩频Modem。
[0020]PL2101用于扩频信号的调制解调及信号的传送。当芯片处于发射态时(R / T =0)，HEAD脚由芯片内部分频产生同步信号(500 b / S)。由于PL2101内部由HEAD的上升沿对RXD —TXD的数据进行锁存，故外部MCU应当在HEAD的下降沿后将数据置于RXD —TXD管脚，该管脚将采集器采样的数据送入内部的调制解调单元产生120 kHz载频，带宽15kHz，伪码长度为15 b的DPSK直序扩频信号。该信号经过FLTi管脚送入外部陶瓷滤波进行带通滤波，滤除带外不需要的频谱分量，在功率放大之后即可以耦合到低压电力线上进行传输。
[0021]当芯片处于接收态时(R /T= I)，载波线路有扩频信号时，HEAD脚产生同步信号(500 b / S)。由于PL2101内部由HEAD的上升沿对内部解调的数据进行锁存输出，故外部MCU应当在HEAD的下降沿后读取PL2101接收到的数据。在接收时，管脚CLK600输出600kHz的方波信号，与管脚SIGin输入的120 kHz载频信号进行混频产生480 kHz的中频信号，该480 kHz的混频信号经过陶瓷滤波器进行带通滤波后由FLTo管脚进入内部限幅放大器。最后再经过同步解扩之后，便恢复出原始信号。
[0022]根据DPSK直序扩频的原理，电表信号经过PL2101扩频调制后送入低压电力线进行传输，由于电力网背景噪声干扰严重，有用的扩频信号与背景噪声一同送入低压电力线，经过带通滤波、功率放大之后，集中器的PL2101将接收到的混和信号进行解调解扩。这样，有用信号完全被恢复，而背景噪声的频谱则被扩展，相对于信号功率已经变得非常小，噪声干扰被抑制，就得到了幅频特性很好的电表信号。
[0023]整个开发系统采用VC ++ 6.0 + MapInfo 7.0 + SQLServer2000的方式进行开发。VC++6.0功能强大，进行界面与串口通信的开发，MapInfo 7.0平台提供MapBasic, DDE, OLE, Map X等4种控件开发，可以无缝地嵌入管理中心软件开发平台VC + + 6.0中，进行实时监控和分析。数据库采用SQLServerfOOO，存储大量的用户数据，供管理员的日常分析与监控及用户实时查询，也可根据要求使用ORACLE，DB2等商业数据库。
[0024]前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.电力线载波的低压智能抄表系统，其特征在于，包括复数个采集器模块，及与电力线连接的集中器，所述集中器与调制解调器连接，所述采集器模块包括中央处理器及与中央处理器连接的时钟芯片、DPSK调制芯片及存储芯片。2.如权利要求1所述的电力线载波的低压智能抄表系统，其特征在于，所述DPSK调制芯片为PL2101。3.如权利要求1所述的电力线载波的低压智能抄表系统，其特征在于，所述中央处理器为 MCU89C52。4.如权利要求1所述的电力线载波的低压智能抄表系统，其特征在于，所述时钟芯片为 DS12887。5.如权利要求1所述的电力线载波的低压智能抄表系统，其特征在于，所述存储芯片为 R0M28F256。
【专利摘要】电力线载波的低压智能抄表系统，包括复数个采集器模块，及与电力线连接的集中器，所述集中器与调制解调器连接，所述采集器模块包括中央处理器及与中央处理器连接的时钟芯片、DPSK调制芯片及存储芯片。采用本发明所述的电力线载波的低压智能抄表系统，以电力线为通信介质，结合扩频技术的原理，具有成本低、电路简单、抗干扰能力强的特点，其中PL2101芯片功能强大，扩频调制解调性能好，价格低，具有很高的实用价值。
【IPC分类】G08C19/00
【公开号】CN105632150
【申请号】CN201410575920
【发明人】史军
【申请人】史军
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2014年10月25日