专利名称：一种利用载波通信技术的多用户预付费电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电能表，特别涉及一种在三相三线电力线上利用载波通信技术的多用户预付费电能表。
背景技术：
低压载波信道具有实施简单、覆盖面广、维护容易、线路零成本以及电源与通信介质统一等特点，充分提高了电力线路与频率的资源利用率，使得低压电力线载波通信技术获得了广泛的关注，利用低压电力线通信是智能电网信息交换的理想途径。然而，电力线是给用电设备传送电能的，而不是用来传送数据的，所以电力线对数据传输有许多限制。具体地说有以下几个方面一是配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电 变压器区域内传送；二是不同信号耦合方式对电力线载波信号损失不同，耦合方式有线一地耦合和线一中耦合，线一地耦合和线一中耦合相比，电力线载波信号损失要少IOdB以上。三是低压载波信道存在信号衰减大的特点。当电力线上负荷很重时，电力线上阻抗可达几十欧姆，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，载波信号可以传输到几公里以上。但当电力线上负荷很重时，载波信号只能传输几十米。所以只有进一步提高载波信号的功率才能满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品成本和体积，而且单一提高载波信号功率往往不是最有效的方法。四是电力线上存在高噪声、线路阻抗变化大(时变性)、噪声源繁多且干扰强等诸多不利因素。电力线上接有各种各样的用电设备，阻性的，感性的，容性的，大功率的，小功率的。各种用电设备经常频繁开闭，就会给电力线上带来各种干扰，而且幅度都比较大。用耦合电感耦合下来的噪声幅度甚至可能达到信号幅度的10倍左右。五是电力线引起数据信号变形。电力线是一个分布参数的网络，不同点对数据信号的影响不一样，同时电力线是时刻动态变化的，不同时间对数据信号的影响也不一样，这就使发出的规则数据信号经过电力线后，接收到的信号是严重变形的信号，所以必须加以特殊处理。综上所述，电力线上的高衰减，高噪声，高变形，使电力线成为一个不理想的通讯媒体，是一个通信环境非常恶劣的通信信道，在低压电力线上进行可靠的数据通信，至今仍然是国内外学术界和技术界非常关注的一个课题。但由于现代化通讯技术的发展，使电力线载波通讯成为可能，其中数据信号的信噪比决定信号传输的远近。目前也出现了一些改进技术，如扩频通信、跳频、多载波调制等技术措施，以进一步提高电力线载波通信的实时抄收率和可靠性。现有的电力线载波技术一般只选用一个载波频点，且信号接收和信号发送通过同 禹合电路实现，电能表的网络ID在出厂时设定，电能表安装完成后由人工在王站将其
加入网络，国家电网公司目前正在进行的2级单相远程预付费载波智能电表也属于这一类。但由于耦合电路没有自适应性，因此当负载阻抗发生变化，接收信号的频率、幅度等发生变化时，有用信号可能被大幅度衰减，使通信失败或造成误码。现有技术如图I所示，电容Cl和变压器初级电感组成一个高通滤波器，它的作用是阻止50Hz或60Hz的工频信号通过。电容的容抗与信号频率成反比，频率越高容抗越小，电感的感抗与信号频率成正比，频率越高感抗越大。载波信号的频率一般为几百KHz，远远高于工频信号频率，而滤波器参数正是为此而设计，因此，当50Hz或60Hz的工频信号通过时，变压器初级基本没有电压，当载波信号通过时，电容两端基本没有电压。此电路的不足在于几十KHz以上的信号都能通过，从而使各种干扰信号都进入接收通道。同时，若由于接入很大的容性致使载波信号的频率和幅度严重偏离和降低时，载波信号又严重衰减乃至不能通过，从而导致误码率的增大乃至通信失败。R5、L2、C4、L3、C5组成带通滤波器，其中心频率即载波通信频率，带宽比载波通信信号带宽要宽一些。因此，当干扰信号通过时不能很好的进行滤除，造成误码率的提高。当载波信号的频率和幅度严重偏离和降低时，由于其中心频率是按理想的载波信号频率设定的，因此本已严重衰减的信号又再一次进行衰减，造成抄收数据不准确或抄收失败
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种进入频率范围小，能有效去除干扰信号，且能精确判断识别有用信号的利用电力线进行载波通信的电能表。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种利用载波通信技术的多用户预付费电能表，包括主控电路、计量电路、载波通信芯片和载波发送接收电路；所述主控电路用于接收载波通信芯片传送来的载波信息；所述载波通信芯片，用于将载波信息传送给主控电路；所述载波发送接收电路，用于进行载波的发送和接收，并将其传送的载波信息传送给载波通信芯片。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述载波发送接收电路包括发送电路和接收电路，所述发送电路发送载波给接收电路，所述接收电路发送接收到的载波信息给载波通信芯片。进一步，所述接收电路包括过零点检测电路、取样放大电路、MCU、自适应滤波电路、鉴频器；所述所过零点检测电路，用于将接收到的调频波进行过零点检测，并将检测之后的调频波传送给取样放大电路；所述取样放大电路，用于将接收到的调频波进行放大，并将其传送给所述MCU;所述MCU，用于对接收到的放大后的调频波进行处理，并将其传送给所述自适应滤波电路；所述自适应滤波电路，用于对调频波进行滤波；所述鉴频器，用于从接收到的调频波中检测出调制信号。进一步，所述自适应滤波电路包括第一自适应滤波电路、变压器和第二自适应滤波电路；所述第一自适应滤波电路，用于将调制信号进行滤波；所述变压器，用于将调制信号进行电压转换；[0026]所述第二自适应滤波电路，用于将经过电压转换的再次进行滤波，得到调制信号。采用上述方案的有益效果是在结构上分为发送、接收电路，接收电路中也有相互关联的两块，过零点检测、取样放大电路首先“捕捉”有无信号，有的话，MCU进行计算，然后根据结果由针对性地控制滤波电路“开门”，放入控制信号，使信号更加纯净。

图I为本实用新型整体结构图；附图中，各标号所代表的部件列表如下I、接收电路，2、主控电路，3、载波通信芯片，4、发送电路，5、MCU，6、取样放大电路， 7、过零点检测电路，8、第二自适应滤波电路，9、变压器，10、第一自适应滤波电路，11、鉴频器
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图I所示，一种利用载波通信技术的多用户预付费电能表，包括主控电路2、载波通信芯片3和载波发送接收电路；所述主控电路2用于接收载波通信芯片3传送来的载波信息；所述载波通信芯片3，用于将载波信息传送给主控电路2 ；所述载波发送接收电路，用于进行载波的发送和接收，并将其传送的载波信息传送给载波通信芯片3。所述载波发送接收电路包括发送电路4和接收电路I，所述发送电路4发送载波给接收电路I，所述接收电路I发送接收到的载波信息给载波通信芯片3。所述接收电路I包括过零点检测电路7、取样放大电路6、MCU 5、自适应滤波电路、鉴频器11;所述所过零点检测电路7，用于将接收到的调频波进行过零点检测，并将检测之后的调频波传送给取样放大电路I ;所述取样放大电路6，用于将接收到的调频波进行放大，并将其传送给所述MCU5 ；所述MCU 5，用于对接收到的放大后的调频波进行处理，并将其传送给所述自适应滤波电路；所述自适应滤波电路，用于对调频波进行滤波；所述鉴频器11，用于从接收到的调频波中检测出调制信号。所述自适应滤波电路包括第一自适应滤波电路10、变压器9和第二自适应滤波电路8 ；所述第一自适应滤波电路10，用于将调制信号进行滤波；所述变压器9，用于将调制信号进行电压转换；所述第二自适应滤波电路8，用于将经过电压转换的再次进行滤波，得到调制信号。[0047]正常工作时，接收回路信号处理器处于低功耗等待状态。当载波芯片发出准备通信命令后，同时向信号处理器发送分析命令，信号处理器收到准备命令后，通知信号处理器A/D开始采样，采样一帧数据后，对采集数据进行傅立叶变换，求得信号的频谱。此时的信号包含了有用信号及各干扰信号，信号频谱包含了有用信号及各干扰信号的频谱。此时通过设定频率上下限阈值和幅度阈值，将频率阈值以外的信号置零，以便将有用信号频带以外的信号去除，将幅度阈值以下的频谱数据置零，以便去除功率较小的干扰信号。然后，再对以上处理后的数据进行傅立叶反变换还原数据，此时的信号将会比原始数据要好得多。由于通信命令的编码规律已事先存储于信号处理器的存储单元中，此时将数据与存储单元中数据进行比较，若其中有与命令信号相同规律的数据，则说明信号处理器采集到正确的命令信号，通信正常。若没有，则说明此时通信不正常，信号处理器向载波芯片发送通信失败命令，由载波通信芯片决定是重新采集还是留 待以后再采。若有，则说明通信正常，在还原的信号数据中取出有用信号，再次进行傅立叶变换，精确求出信号频率及带宽，并将结果送给载波芯片，供载波芯片在解调时使用。同时，根据计算的信号频率结果，对接收通道的两级带通滤波器进行参数调整，为方便起见，本方案中只对电容进行调节，各组合后对应频率的带通滤波器系数已预先计算好，并存储在信号处理器相应的存储单元中，因此信号处理器根据频率结果直接控制相应的模拟开关的通断，以便将带通滤波器设置到最佳状态，以便有用信号尽可能不失真的送到载波芯片的数据口进行处理，从而减少误判。载波芯片收到正确回报后，进行正常的通信，以完成各项任务。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种利用载波通信技术的多用户预付费电能表，其特征在于包括主控电路(2)、载波通信芯片(3)和载波发送接收电路； 所述主控电路(2)用于接收载波通信芯片(3)传送来的载波信息； 所述载波通信芯片(3 )，用于将载波信息传送给主控电路(2 ); 所述载波发送接收电路，用于进行载波的发送和接收，并将其传送的载波信息传送给载波通信芯片(3)。
2.根据权利要求I所述的多用户预付费电能表，其特征在于所述载波发送接收电路包括发送电路(4 )和接收电路(I)，所述发送电路(4 )发送调频波给接收电路(I)，所述接收电路(I)发送接收到的载波信息给载波通信芯片(3 )。
3.根据权利要求2任一所述的多用户预付费电能表，其特征在于所述接收电路(I)包括过零点检测电路(7)、取样放大电路(6)、MCU (5)、自适应滤波电路和鉴频器(11)； 所述所过零点检测电路(7)，用于将接收到的调频波进行过零点检测，并将检测之后的调频波传送给取样放大电路(6)； 所述取样放大电路(6 )，用于将接收到的调频波进行放大，并将其传送给所述MCU (5 ); 所述MCU (5)，用于对接收到的放大后的调频波进行处理，并将其传送给所述自适应滤波电路； 所述自适应滤波电路，用于对调频波进行滤波； 所述鉴频器(11)，用于从接收到的调频波中检测出调制信号。
4.根据权利要求3所述多用户预付费电能表，其特征在于所述自适应滤波电路包括第一自适应滤波电路(10)、变压器(9)和第二自适应滤波电路(8); 所述第一自适应滤波电路(10)，用于将调制信号进行滤波； 所述变压器(9)，用于将调制信号进行电压转换； 所述第二自适应滤波电路(8)，用于将经过电压转换的再次进行滤波，得到调制信号。
专利摘要本实用新型涉及一种利用载波通信的多用户预付费电能表，包括主控电路、计量电路、载波通信芯片和载波发送接收电路；所述主控电路用于接收载波通信芯片传送来的载波信息；所述载波通信芯片，用于将载波信息传送给主控芯片；所述载波发送接收电路，用于进行载波的发送和接收，并将其传送的载波信息传送给载波通信芯片。本实用新型的特点是分为发送、接收电路，接收电路中也有相互关联的两块，过零点检测、取样放大电路首先“捕捉”有无信号，有的话，MCU进行计算，然后根据结果由针对性地控制滤波电路“开门”，放入控制信号，使信号更加纯净。
文档编号G01R22/00GK202693674SQ201220248019
公开日2013年1月23日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者李耀祖, 徐振伟 申请人:扬州市万泰电器厂有限公司