一种低压电力线宽带载波集中器制造技术

本发明专利技术一种低压电力线宽带载波集中器，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成；硬件结构由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、GPRS通信单元、电源模块单元组成；软件结构由系统调度、电力线网桥模块、RS485驱动模块、GPRS无线通信模块、嵌入式数据库模块组成。它采用嵌入式设计，将嵌入式微控制器技术、宽带电力线载波技术、GPRS无线通信技术、嵌入式数据库技术、多路I/O复用技术等功能集成于一体，现场通过GPRS通信模块接收管理中心下发的抄表指令，并将用户数据通过GPRS通信模块发送到管理中心。该集中器操作简单，使用方便，在电力系统自动抄表技术领域里具有实用价值和应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低压电力线宽带载波集中器，它能够通过无线通信技术接收管理中心下发的指令，通过低压电力线宽带载波技术接收采集器(专门用于采集用户电能表电量信息的设备)上传的用户电量，再通过无线通信技术将用户电量发送给管理中心。其中， 涉及到嵌入式Linux操作系统技术、宽带电力线载波技术、基于GPRS (通用无线分组业务) 的无线通信技术、嵌入式数据库技术、多路I/O复用技术，属于电力系统自动抄表

技术介绍
在我国电力工业快速发展的同时，电力体制改革也逐步深入，电力系统商业化运营对电业局的运行和调度水平提出了更高要求，不仅需要准确、准时抄录用电户的用电量， 计算线损，做好线路的优化，还需要了解每天的用电曲线，做好负荷预测，为电厂或者电站进行有效的反馈，使其能更有效地制定计划发电。因此，传统的人工抄表的计量方式已经不能满足商业化运营的要求。目前，国内现有的电能表自动抄表系统，从电能表、采集器到集中器大都采取485 布线、窄带低频电力线载波或无线通信方式。这些抄表系统普遍存在施工难度大、带宽过窄、速率过低、实时性差、不能实现双向快速通信等问题，难以满足供电企业建设“用电信息一体化采集平台”的要求，更不能满足用电预付费、断复电和防窃电等高层次的管理要求。 针对以上问题，提出采用低压电力线宽带载波通信新技术开发应用抄表系统，由于电力线宽带载波通信技术采用了 OFDM(正交频分复用)、DMT (多载波调制)等调制技术，解决了长期以来电力线载波通信技术不稳定、不可靠、信号衰减大、传输带宽和距离受限制等问题。 集中器在整个宽带载波抄表系统中起着承上启下的作用，是整个抄表系统的桥梁，决定着系统的整体性能。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的是提供一种低压电力线宽带载波集中器，它采用嵌入式设计，将嵌入式微控制器技术、宽带电力线载波技术、GPRS无线通信技术、嵌入式数据库技术、 多路I/O复用技术等功能集成于一体，可以现场通过GPRS通信模块接收管理中心下发的抄表指令，抄收用户电量数据，并将用户电量数据通过GPRS通信模块发送到管理中心。2、技术方案本专利技术一种低压电力线宽带载波集中器，它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，其中硬件结构是整个低压电力线宽带载波集中器的硬件平台，软件结构是基于此硬件平台下开发的驱动程序与应用程序，软件结构操控硬件结构。(1)硬件结构现在大多集中器采用单片机技术实现，但存在处理速度偏低，抄表时间长，处理任务单一，存储空间过小等问题，已难以适应当前电力计量复杂化、实时化的趋势。因此，将高性能的嵌入式处理器和多任务操作系统应用于自动抄表系统中，实现新型的宽带载波集中4器，可以大幅度地提高系统的整体性能。如图1所示，本专利技术一种低压电力线宽带载波集中器，其整个集中器硬件结构由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、GPRS通信单元、电源模块单元六部分组成；它们之间的连接关系是微控制器单元与数据存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电量存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电力线网桥通信单元采用以太网连接；微控制器单元与GPRS通信单元采用485总线连接；微控制器单元与电源模块单元采用电源总线连接。其中微控制器单元是整个集中器的核心，它控制数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥单元与GPRS通信单元的有序运行，数据存储单元主要实现内核镜像、 文件系统和用户应用程序的存储，电量存储单元主要实现用户电量数据的同步存储，电力线网桥通信单元主要实现该集中器与采集器之间的数据交互，GPRS通信单元主要实现集中器与管理中心的数据交互，电源模块单元主要实现为整个集中器硬件部分提供所需电源。所述微控制器单元是采用三星基于ARM920T内核的32位嵌入式微处理器，最高工作频率可达533MHz ；其带有MMU内存管理单元可支持Windows CE、Linux等嵌入式操作系统，具有丰富的片上资源，如IXD、DMA控制器，以及USB、以太网、UART、摄像头、触摸屏等接所述数据存储单元是采用一片三星的存储芯片(64MXm3it)，用于储存系统的BootLoader、OS内核镜像、文件系统和用户应用程序；采用两片三星的存储芯片 (4MX 16bitX4Banks)构成64MB的同步动态随机存取存储器(即SDRAM)，用于加载Linux 操作系统和运行应用程序。所述电力线网桥通信单元是选用广东珠海天瑞公司自主研发的200M加强版电力线网桥模块，它采用西班牙DS2芯片组，它利用原有低压电力线，以200Mbps的物理层通讯速率构建局域网或接入互联网，实现高速数据传输和网络通信。具有免布线、组网方便快捷、终端灵活移动等优点。电力线网桥工作原理将以太网接口过来的数据进行D/A转换变成模拟信号，用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波上，由模拟前端对信号进行滤波和自适应功率放大，再从PLC信号接口耦合到电力线进行传输；将电力线上用正交频分复用(OFDM)调制到2M-32M频率带宽的1536个载波信号从PLC接口提取出来，进行滤波和自适应功率放大后解调节、A/D转换、最后还原为以太网数据从以太网接口输出进行传输，实现借助电力线传输数据。在电力线通信端具有网络配置、网络诊断和分析、应答重传机制、载波侦听、10级以下的中继和最佳路由选择。电力线网桥模块具有 10/100M自适应以太网接口、独立的电力线宽带载波信号耦合接口、对电力线宽带载波信号具有自动动态增益调整功能、功率自动调整，能防止不同网络间的干扰、具有自动中继与线路优化功能、能够避免广播风暴与网络环回等优点。所述GPRS通信单元是采用山东力创科技有限公司开发的通信单元，它为用户提供高速、永远在线、透明数据传输通道。该通信单元是基于中国移动通讯运营商的GSM/GPRS 通信网络的数据传输和远程监控终端设备，采用当今前沿内核技术设计的一款工业级无线通讯终端产品，适用于GSM/GPRS网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输。模块采用标准的RS-485接口与集中器RS-485接口连接、 插入SIM卡、接上5V电源即可正常工作，模块上电后自动拨号上网，稳定在线、断线自动重拨，按照接收和发送数据包的数量大小产生费用，没有数据流量时不产生费用。5所述电量存储单元为该集中器提供了大容量用户电量存储，它可以根据需要灵活选择。所述电源模块单元是采用将220V交流电经变压器、整流、滤波后输出两路5V直流电压，2路5V直流电压通过两片电压芯片转换为2路3. 3V，一路3. 3V电压对控制器及外围电路器件供电，另一路3. 3V电压对GPRS模块供电，单独供电最大程度避免了外围电路给控制器带来的影响。由于S3C2440需要3. 3V和1. 3V两种电压，故再利用一片电压芯片将 3. 3V转成1. 3V。电源系统为整个集中器的各个部分提供5V、3. 3V和1. 3V电压。其中，该微控制器单元的型号是ARM9S3CM40 ；其中，该数据存储单元采用一片存储芯片的型号是K9F1208，两片存储芯片的型号是 HY57V561620 ；其中，该电力线网桥通信单元的型号是TR本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于：它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，该硬件结构是整个低压电力线宽带载波集中器的硬件平台，该软件结构是基于此硬件平台下开发的驱动程序与应用程序，软件结构操控硬件结构；所述硬件结构，由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、ＧＰＲＳ通信单元和电源模块单元六部分组成，其中，微控制器单元与数据存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电量存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电力线网桥通信单元采用以太网连接；微控制器单元与ＧＰＲＳ通信单元采用４８５总线连接；微控制器单元与电源模块单元采用电源总线连接；该微控制器单元是整个集中器的核心，它控制数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥单元与ＧＰＲＳ通信单元的有序运行，该数据存储单元实现内核镜像、文件系统和用户应用程序的存储，该电量存储单元实现用户电量数据的同步存储，该电力线网桥通信单元实现集中器与采集器之间的数据交互，该ＧＰＲＳ通信单元实现集中器与管理中心的数据交互，该电源模块单元实现为整个集中器硬件部分提供所需电源；所述软件结构由系统调度、电力线网桥模块、ＲＳ４８５驱动模块、ＧＰＲＳ无线通信模块和嵌入式数据库模块组成；其间关系是：系统调度负责整个软件系统的任务调度，操作系统加载ＲＳ４８５驱动模块，再通过ＧＰＲＳ无线通信模块等待接收管理中心向集中器发送的抄表指令，集中器接收到抄表指令后调用电力线网桥模块将指令转发给采集器，等待采集器将用户电量采集完毕后再次调用电力线网桥模块将采集器数据全部接收，然后调用嵌入式数据库模块将数据按照指定的格式存入数据库，存储操作完成之后再将数据通过ＧＰＲＳ无线通信模块发送给管理中心；该系统调度是整个软件系统的核心，该系统调度是由Ｌｉｎｕｘ内核以及应用程序的主函数组成，它负责整个软件系统的任务调度，其它模块的操作任务的发出与控制都是由系统调度来完成的；该电力线网桥模块由设置ＩＰ及端口、创建套接字、绑定套接字、监听网络、等待连接、申明ｆｄ＿ｓｅｔ读集合、读集合清零、网口设备加入读集合、写网口设备文件和读网口设备文件组成，它负责集中器与电力线网桥通过以太网接口进行通信，网络通信采用的协议有ＴＣＰ协议和ＵＤＰ协议；该ＲＳ４８５驱动模块是由端口初始化、与应用程序相对应的ｏｐｅｎ函数、与应用程序相对应的ｉｏｃｔｌ函数、与应用程序相对应的ｃｌｏｓｅ函数、创建ｆｉｌｅ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ结构体、驱动模块的加载和驱动模块的卸载组成，它主要负责ＲＳ４８５的接收与发送使能端之间的切换，驱动程序按照字符设备驱动的模式编写；该ＧＰＲＳ无线通信模块是由打开串口设备文件、串口初始化设置、打开ＧＰＲＳ设备文件、ＧＰＲＳ接收或者发送状态的设置、申明ｆｄ＿ｓｅｔ读集合、读集合清零、串口设备加入读集合、延时、读串口设备文件和写串口设备文件组成，它负责集中器与管理中心的通信，集中器与ＧＰＲＳ模块采用４８５接口通信，所以集中器与ＧＰＲＳ模块通信的程序由设备驱动程序与应用程序组成；驱动程序按照字符设备驱动程序的模式编写，以模块的形式加载到内核中；应用程序主要完成串口参数的设置、调用驱动程序、读写串口数据；该嵌入式数据库模块是由打开数据库、创建表格、插入数据和查询数据组成，它用于将用户电量存储，采用嵌入式ＳＱＬｉｔｅ数据库技术。...

【技术特征摘要】
2010.07.30 CN 201010241983.X1. 一种低压电力线宽带载波集中器，其特征在于它是由硬件结构和软件结构两大部分构成，该硬件结构是整个低压电力线宽带载波集中器的硬件平台，该软件结构是基于此硬件平台下开发的驱动程序与应用程序，软件结构操控硬件结构；所述硬件结构，由微控制器单元、数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥通信单元、 GPRS通信单元和电源模块单元六部分组成，其中，微控制器单元与数据存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电量存储单元采用数据总线、地址总线和控制总线连接；微控制器单元与电力线网桥通信单元采用以太网连接；微控制器单元与 GPRS通信单元采用485总线连接；微控制器单元与电源模块单元采用电源总线连接；该微控制器单元是整个集中器的核心，它控制数据存储单元、电量存储单元、电力线网桥单元与 GPRS通信单元的有序运行，该数据存储单元实现内核镜像、文件系统和用户应用程序的存储，该电量存储单元实现用户电量数据的同步存储，该电力线网桥通信单元实现集中器与采集器之间的数据交互，该GPRS通信单元实现集中器与管理中心的数据交互，该电源模块单元实现为整个集中器硬件部分提供所需电源；所述软件结构由系统调度、电力线网桥模块、RS485驱动模块、GPRS无线通信模块和嵌入式数据库模块组成；其间关系是系统调度负责整个软件系统的任务调度，操作系统加载RS485驱动模块，再通过GPRS无线通信模块等待接收管理中心向集中器发送的抄表指令，集中器接收到抄表指令后调用电力线网桥模块将指令转发给采集器，等待采集器将用户电量采集完毕后再次调用电力线网桥模块将采集器数据全部接收，然后调用嵌入式数据库模块将数据按照指定的格式存入数据库，存储操作完成之后再将数据通过GPRS无线通信模块发送给管理中心；该系统调度是整个软件系统的核心，该系统调度是由Linux内核以及应用程序的主函数组成，它负责整个软件系统的任务调度，其它模块的操作任务的发出与控制都是由系统调度来完成的；该电力线网桥模块由设置IP及端口、创建套接字、绑定套接字、监听网络、等待连接、 申明fd...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓光，陈可，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11