專利名稱：一對多半雙工應(yīng)答式地纜電力線載波中繼通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，屬于電カ線載波(PLC)通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界多國正在致カ于智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電網(wǎng)的建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)通信，到目前為止，數(shù)據(jù)通信仍是制約中低壓智能電網(wǎng)建設(shè)的瓶頸。當(dāng)前中壓電網(wǎng)流行的GPRS模式是公用網(wǎng)，它只支持AMR (遠(yuǎn)程抄表)，不支持智能電網(wǎng)建設(shè)，因此研發(fā)能滿足中壓智能電網(wǎng)需求的專用數(shù)據(jù)通信平臺成了當(dāng)務(wù)之急。事實上中低壓智能電網(wǎng)建設(shè)除了 GPRS外還有光纜、無線、PLC (電カ線載波)模式可供選擇。由于光纜建設(shè)受條件和資金的限制，無線受頻譜資源的限制使這兩種方式的普及應(yīng)用均受到嚴(yán)重制約，唯有PLC是電カ系統(tǒng)得天獨厚的的最 佳方式。中壓電網(wǎng)與高壓電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和載波特性存在巨大差異，傳統(tǒng)的電カ線載波設(shè)備失去了應(yīng)用價值，重新研發(fā)與中壓智能電網(wǎng)全面匹配的新型電カ線載波數(shù)傳系統(tǒng)具有重大意義。國內(nèi)外關(guān)于中低壓電網(wǎng)PLC通信平臺的研究已有20多年的歷史，但由于中壓電網(wǎng)是一個ー對多系統(tǒng)，線路上隨機存在的T接、交叉、拐彎、架空線與地纜接ロ等都嚴(yán)重影響了載波正常傳輸，因此所有傳統(tǒng)方式的研究均無建樹。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供針對中壓電網(wǎng)PLC技術(shù)的現(xiàn)狀，其技術(shù)性能、設(shè)備造價、安裝使用等指標(biāo)與中壓地纜電網(wǎng)全面匹配的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)。本實用新型的目的可以通過如下措施來達(dá)到一對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于其包括載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端，卡接式窄帶電感耦合適配器、地纜，地纜分段依次連接，每段地纜兩端的屏蔽層均接地，每個接地點的兩側(cè)各設(shè)有ー個卡接式窄帶電感耦合適配器，第一段地纜上的第一個卡接式窄帶電感耦合適配器連接載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端，相鄰段地纜的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器連接。為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，其還設(shè)有變頻中繼，每級變頻中繼由相鄰段地纜的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器分別連接雙向變頻中繼終端的兩個接ロ構(gòu)成。為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述的每三級變頻中繼后設(shè)有轉(zhuǎn)發(fā)中繼，轉(zhuǎn)發(fā)中繼由相鄰段地纜的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器連接ー個載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端組成。為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述的載波雙向變頻中繼終端包括單片機，單片機分別連接第一模擬開關(guān)、第二模擬開關(guān)、第三模擬開關(guān)、第四模擬開關(guān)、第五模擬開關(guān)、第六模擬開關(guān)、混頻器、LM鎖相環(huán)、放大整形器、功率放大器、RS485接ロ，第一模擬開關(guān)連接分別連接第一濾波器、第二模擬開關(guān)、功率放大器、卡接式窄帶電感耦合適配器，第一濾波器連接第三濾波器、限幅器，第三濾波器連接第二模擬開關(guān)，限幅器連接混頻器，混頻器分別連接第三模擬開關(guān)、第四模擬開關(guān)，第三模擬開關(guān)連接第二濾波器，第二濾波器分別連接LM567鎖相環(huán)、第四濾波器，第四濾波器連接第四模擬開關(guān)，LM567鎖相環(huán)連接第五模擬開關(guān)、第六模擬開關(guān)、放大整形器，第六模擬開關(guān)連接功率放大器，功率放大器分別連接第二模擬開關(guān)、卡接式窄帶電感耦合適配器，第一濾波器、第二濾波器相同，第三濾波器、第四濾波器相同。為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述的卡接式窄帶電感耦合適配器由卡接在地纜屏蔽層外的電感耦合器L、電容C和阻抗適配器SP組成，電感耦合器L采用兩個ロ徑與地纜外徑匹配的鐵氧體半圓磁環(huán)，其中一半繞上線圈組成卡接式電感耦合器，阻抗適配器SP采用鐵氧體磁罐繞制而成。為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述的載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端包括接收濾波器、功率放大器，接收濾波器連接解調(diào)器，解調(diào)器連接單片計算機，單片計算機連接RS接ロ，RS485接ロ連接RS485總線，接收濾波器及功率放大器均與卡接式窄帶電感耦合適配器連接。本實用新型同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果I.采用雙向變頻中繼方式，接收頻率fx下變頻成fy發(fā)送，接收頻率為fy上變頻成fx發(fā)送，變頻中繼過程中不伴有調(diào)制解調(diào)過程沒有傳輸時延，不降低傳輸速度但沒有糾錯能力，多級中繼干擾累積。2.將雙向變頻中繼和轉(zhuǎn)發(fā)中繼方式科學(xué)搭配使用，用轉(zhuǎn)發(fā)中繼調(diào)制解調(diào)中的容錯或糾錯技術(shù)消除多級變頻中繼干擾累積的影響，用一級轉(zhuǎn)發(fā)中繼就可實現(xiàn)通信速度只降低一倍的7級中繼，完全可滿足中壓電網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信要求。3.利用模擬開關(guān)和單片機技術(shù)實現(xiàn)雙向變頻中繼過程中的智能頻道轉(zhuǎn)換。4.利用廉價的LM567鎖相環(huán)實現(xiàn)鎖相解調(diào)和高矩形系數(shù)的頻道濾波。5.利用并聯(lián)諧振實現(xiàn)卡接式窄帶電感窄帶耦合，利用鐵氧體瓷罐繞制阻抗適配器，使耦合適配器體積小，重量輕，造價低廉，安裝方便。6.所實用新型的通信系統(tǒng)特別適用于IOKV智能電網(wǎng)建設(shè)的需求。本實用新型利用三個信道頻點も、f2、f3和雙向變頻中繼終端與轉(zhuǎn)發(fā)中繼終端的科學(xué)組合構(gòu)成ー套IOKV地纜電網(wǎng)專用的電カ線載波中繼通信系統(tǒng)。由于采用了三級變頻插ー級轉(zhuǎn)發(fā)的組合中繼方式，所以系統(tǒng)既能兼顧通信速度又能保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度。雙向變頻終端用單片計算機結(jié)合模擬開關(guān)實行變頻中繼的雙向控制，用廉價的LM567鎖相環(huán)實行鎖相濾波、解調(diào)和變頻信號的放大。由于系統(tǒng)采用了卡接式窄帶電感耦合技術(shù)使電力線載波的信號耦合設(shè)備的體積、重量、安裝使用、成本造價與IOKV電網(wǎng)的安裝條件、投資能力、使用要求全面匹配。


圖I本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為圖I的卡接式窄帶電感耦合適配器的外形示意圖；圖3為圖I的卡接式窄帶電感耦合適配器的原理圖；圖4為圖I的載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端的原理框圖。圖5為圖I的雙向變頻中繼終端的原理框圖。實施例一對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)(參見圖I)，在由載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端I、卡接式窄帶電感耦合適配器2、雙向變頻中繼終端3、地纜4組成的地纜PLC數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上，采用雙向變頻中繼和轉(zhuǎn)發(fā)中繼兩種模式并按三級變頻插ー級轉(zhuǎn)發(fā)中繼的鏈路組合格式組成新型中壓PLC數(shù)傳系統(tǒng)，雙向變頻中繼沒有調(diào)制解調(diào)過程無時間延遲，但多級連續(xù)中繼時其各級干擾影響是累積的，轉(zhuǎn)發(fā)中繼雖然中繼一次通信速度降低一倍，但它的調(diào)制解調(diào)過程中可采用容錯、糾錯編碼技術(shù)消除多級變頻中繼干擾累積的影響，采用3級變頻中繼插入一級轉(zhuǎn)發(fā)中繼，既能滿足通信速度的需求又能保障傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。一對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)由載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端1，卡接式窄帶電感耦合適配器2，載波雙向變頻中繼終端3，地纜4組成，載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端I具有數(shù)據(jù)收發(fā)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)兩種工作模式，載波雙向變頻中繼終端3具有數(shù)據(jù)收發(fā)和變頻中繼兩種工作模式，實際組網(wǎng)使用中可根據(jù)需求由軟件設(shè)定其工作模式，系統(tǒng)采用地纜屏蔽層做通信載體，載波信號以屏蔽層和大地做回路傳輸，地纜4分段依次連接，每段地纜兩端的屏蔽層均接地，每個接地點的兩側(cè)各設(shè)有ー個卡接式窄帶電感耦合適配器2，由于地纜是分段安裝，每段兩端的屏蔽層都接地，所以信號耦合采用分段耦合。當(dāng)信號幅度足夠時無需中 繼，只要把兩個卡接式窄帶電感耦合適配器2連接起來即可，當(dāng)隨著地纜節(jié)數(shù)増加信號衰減到需加中繼時，只要把兩個卡接式窄帶電感耦合適配器2分別接到載波雙向變頻中繼終端3相對應(yīng)的兩個接口上，當(dāng)前面已有三級變頻中繼還需第四級中繼時，則把兩個卡接式窄帶電感耦合適配器2接到載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端I即可。當(dāng)?shù)谒募夀D(zhuǎn)發(fā)中繼仍不能滿足需求時，后面的中繼又恢復(fù)使用載波雙向變頻中繼終端，以此類推。主站發(fā)出的數(shù)據(jù)信息由載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端I調(diào)制到載波上，卡接式窄帶電感耦合適配器2耦合到地纜4的屏蔽層上，在電纜節(jié)點處將兩個電感耦合適配器2連接，當(dāng)隨著地纜節(jié)數(shù)増加信號衰減到需加中繼時則加載波雙向變頻中繼終端3，若三級載波雙向變頻中繼終端3后還需要中繼則第四級中繼換成載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端1，第五級中繼又恢復(fù)到載波雙向變頻中繼終端3即可?？ń邮秸瓗щ姼旭詈线m配器2 (參見圖2、圖3)由卡接在地纜屏蔽層外的電感耦合器L、電容C和阻抗適配器SP組成，電感耦合器L采用兩個ロ徑與地纜外徑匹配的鐵氧體半圓磁環(huán)，其中一半繞上線圈組成卡接式電感耦合器，阻抗適配器SP采用鐵氧體磁罐繞制而成，電感耦合器L、阻抗適配器SP次級線圈和電容C組成并聯(lián)諧振，選擇適配器初級線圈的抽頭使適配器初級阻抗為75 Ω。適當(dāng)選擇電感電容值使諧振頻率為所需頻率構(gòu)成電感窄帶耦合適配器。載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端I (參見圖4)，它包括接收濾波器1-1、功率放大器1-2，接收濾波器1-1連接解調(diào)器1-3，解調(diào)器1-3連接單片計算機1-4，單片計算機1-4連接RS485接ロ 1-5，RS485接ロ 1-5連接RS485總線1_6。接收濾波器1_1及功率放大器1_2均與卡接式窄帶電感耦合適配器2連接。信號經(jīng)卡接式窄帶電感耦合適配器2耦合進行濾波、解調(diào)成數(shù)據(jù)送單片機1-4，單片機將數(shù)據(jù)通過RS485接ロ 1-5和RS485總線1_6送出，由RS485總線1-6來的數(shù)據(jù)送單片機1-4，單片機1-4對接受的數(shù)據(jù)進行載波調(diào)制送功率放大，功率載波信號經(jīng)耦合適配器2到電カ線發(fā)送。載波雙向變頻中繼終端3 (參見圖5)，它包括第一濾波器101、第二濾波器102、第三濾波器103、第四濾波器104、第一模擬開關(guān)201、第二模擬開關(guān)202、第三模擬開關(guān)203、第四模擬開關(guān)204、第五模擬開關(guān)205、第六模擬開關(guān)206、限幅器3_1、混頻器3_2、LM567鎖相環(huán)3-3、放大整形器3-4、功率放大器3-5、RS485接ロ 3_7和單片機3_6，單片機3_6分別連接第一模擬開關(guān)201、第二模擬開關(guān)202、第三模擬開關(guān)203、第四模擬開關(guān)204、第五模擬開關(guān)205、第六模擬開關(guān)206、混頻器3-2、LM567鎖相環(huán)3_3、放大整形器3_4、功率放大器3-5、RS485接ロ 3-7，第一模擬開關(guān)201連接分別連接第一濾波器101、第二模擬開關(guān)202、功率放大器3-5、卡接式窄帶電感耦合適配器2，第一濾波器101連接第三濾波器103、限幅器3-1，第三濾波器103連接第二模擬開關(guān)202，限幅器3-1連接混頻器3_2，混頻器3_2分別連接第三模擬開關(guān)203、第四模擬開關(guān)204，第三模擬開關(guān)203連接第二濾波器102，第二濾波器102分別連接LM567鎖相環(huán)3_3、第四濾波器104，第四濾波器104連接第四模擬開關(guān)204，LM567鎖相環(huán)3_3連接第五模擬開關(guān)205、第六模擬開關(guān)206、放大整形器3_4，第六模擬開關(guān)206連接功率放大器3-5，功率放大器3-5分別連接第二模擬開關(guān)202、卡接式窄帶電感耦合適配器2。第一濾波器101、第二濾波器102相同，第三濾波器103、第四濾波器104相同，所有的模擬開關(guān)狀態(tài)由單片機控制，雙向變頻中繼終端3有模式I和模式2兩種工作模式，單片機模式控制線為高電平時為模式I——雙向變頻器中繼器3，低電平時為模 式2——帶變頻中繼功能的數(shù)據(jù)收發(fā)終端I。所述的模式I——雙向變頻中繼器的工作模式是靜態(tài)下單片機將模擬開關(guān)201、204,205接通，202、203、206斷開，單片機串行接收ロ關(guān)閉，LM567鎖相環(huán)自然振蕩頻率為fy，設(shè)備處在fx — fy的下行變頻等待狀態(tài)，當(dāng)接收到fx時經(jīng)混頻濾波成為fy送到LM567鎖相環(huán)的3腳，LM567鎖相環(huán)鎖定后8腳鎖定指示變成0，單片機打開模擬開關(guān)6發(fā)送fy，當(dāng)fx結(jié)束后鎖定指示回復(fù)1，單片機接通模擬開關(guān)2、3斷開1、4、5、6，LM567自然振蕩在fx，處在fy — fx上變頻等待狀態(tài)，當(dāng)接收到fy時混頻濾波將fy變成fx，鎖定指示由I變成0，單片機接通模擬開關(guān)6發(fā)送fx，fy結(jié)束后單片機將模擬開關(guān)的狀態(tài)恢復(fù)到下變頻等待狀態(tài)，若上變頻等待時間大于規(guī)定值時(后幾級通信失敗)單片機將自動恢復(fù)到下變頻等待狀態(tài)。所述的模式2——帶變頻中繼的數(shù)據(jù)收發(fā)終端，單片機的串行接收ロ設(shè)置在打開接收狀態(tài)，每個終端都有自己的地址碼且設(shè)在碼流的最前端，當(dāng)?shù)刂凡皇亲约簳r單片機不干預(yù)變頻器，當(dāng)是自己時單片機斷開所有的模擬開關(guān)，變頻器退場單片機通過RS485接ロ送出解調(diào)數(shù)據(jù)并將RS485 ロ接收的數(shù)據(jù)調(diào)制載波送功率放大發(fā)送，發(fā)送完后恢復(fù)下變頻等待狀態(tài)。一對多半雙エ應(yīng)答式IOKV地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)通過雙向變頻中繼和轉(zhuǎn)發(fā)中繼的科學(xué)組合實現(xiàn)了數(shù)據(jù)高速準(zhǔn)確的傳輸，有效地保證了通信的實時性指標(biāo)，它比目前流行的單頻轉(zhuǎn)發(fā)中繼方式具有顯著的優(yōu)勢，特別適合于做中壓智能電網(wǎng)的通信平臺，一般情況下設(shè)三個頻點f\、f2、f3，上下行中繼模式為
fl^f flf2^tf2f3^±f3f2 5±f2fl5± fl^±flf25± fcfs ______
權(quán)利要求1.一對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于其包括載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(1)，卡接式窄帶電感耦合適配器(2)、地纜(4)，地纜(4)分段依次連接，每段地纜(4)兩端的屏蔽層均接地，每個接地點的兩側(cè)各設(shè)有ー個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)，第一段地纜(4)上的第一個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(I )，相鄰段地纜(4)的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有變頻中繼，每級變頻中繼由相鄰段地纜(4)的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)分別連接雙向變頻中繼終端(3)的兩個接ロ構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于所述的每三級變頻中繼后設(shè)有轉(zhuǎn)發(fā)中繼，轉(zhuǎn)發(fā)中繼由相鄰段地纜(4)的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接ー個載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(I)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于所述的載波雙向變頻中繼終端(3)包括單片機(3-6)，單片機(3-6)分別連接第一模擬開關(guān)(201)、第二模擬開關(guān)(202)、第三模擬開關(guān)(203)、第四模擬開關(guān)(204)、第五模擬開關(guān)(205)、第六模擬開關(guān)(206)、混頻器(3-2)、LM567鎖相環(huán)(3_3)、放大整形器(3_4)、功率放大器(3-5)、RS485接ロ(3-7)，第一模擬開關(guān)(201)連接分別連接第一濾波器(101)、第二模擬開關(guān)(202、功率放大器(3-5)、卡接式窄帶電感耦合適配器(2)，第一濾波器(101)連接第三濾波器(103)、限幅器(3-1)，第三濾波器(103)連接第二模擬開關(guān)(202，限幅器(3-1)連接混頻器(3-2)，混頻器(3-2)分別連接第三模擬開關(guān)(203)、第四模擬開關(guān)(204)，第三模擬開關(guān)(203)連接第二濾波器(102)，第二濾波器(102)分別連接LM567鎖相環(huán)(3-3)、第四濾波器(104)，第四濾波器(104連接第四模擬開關(guān)(204)，LM567鎖相環(huán)(3-3)連接第五模擬開關(guān)(205)、第六模擬開關(guān)(206)、放大整形器(3-4)，第六模擬開關(guān)(206)連接功率放大器(3-5)，功率放大器(3-5)分別連接第二模擬開關(guān)(202)、卡接式窄帶電感耦合適配器(2)，第一濾波器(101)、第二濾波器(102)相同，第三濾波器(103)、第四濾波器(104)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于所述的卡接式窄帶電感耦合適配器(2)由卡接在地纜屏蔽層外的電感耦合器L、電容C和阻抗適配器SP組成，電感耦合器L采用兩個口徑與地纜外徑匹配的鐵氧體半圓磁環(huán)，其中一半繞上線圈組成卡接式電感耦合器，阻抗適配器SP采用鐵氧體磁罐繞制而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー對多半雙エ應(yīng)答式地纜電カ線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于所述的載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(I)包括接收濾波器(1-1 )、功率放大器(1-2)，接收濾波器(1-1)連接解調(diào)器(1-3)，解調(diào)器(1-3)連接單片計算機(1-4)，單片計算機(1-4)連接RS485接ロ( 1-5)，RS485接ロ( 1-5)連接RS485總線(1_6)，接收濾波器(1-1)及功率放大器(1-2)均與卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接。
專利摘要本實用新型公開一對多半雙工應(yīng)答式地纜電力線載波中繼通信系統(tǒng)，其特征在于其包括載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(1)，卡接式窄帶電感耦合適配器(2)、地纜(4)，地纜(4)分段依次連接，每段地纜(4)兩端的屏蔽層均接地，每個接地點的兩側(cè)各設(shè)有一個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)，第一段地纜(4)上的第一個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接載波數(shù)據(jù)收發(fā)終端(1)，相鄰段地纜(4)的相鄰的兩個卡接式窄帶電感耦合適配器(2)連接，本實用新型能較好的兼顧通信速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度，使電力線載波的信號耦合設(shè)備的體積重量、安裝使用、成本造價與10kV電網(wǎng)的安裝條件、投資能力、使用要求全面匹配。
文檔編號H04B3/58GK202634425SQ20122025272
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者夏忠民, 賈超, 楊振敏 申請人:山東電力集團公司煙臺供電公司