基于低压电力线载波通信的智能电表终端设计

 

　　图4 多功能电能测试

表1 智能电表电能测量测试结果 

　　根据国家电网公司2009年发布的最新单相智能电能表技术规范要求Q/GDW364_2009中对单相智能电表的测量及监测要求测量误差不超过±1%.表1中对阻性负载、感性负载和容性负载的不同电流分别进行测试，由表1中可以看出智能电表的测量误差均符合要求。

　　2.4 智能电表的载波通信原理

　　图2中ADE7755的CF引脚输出的脉冲正比于即时功率，该脉冲通过高速光耦传到PL3201进行累加计算出电能计量信息。其中高速光耦对强、弱电都起到很好的隔离作用以避免强电的干扰而产生误差。PL3201内部集成了扩频载波调制解调电路，其载波发射专用引脚为P3.7脚，输出信号经RC串联电路耦合去除直流成分。Q2,Q3,Q4,Q5是一个互补对称的放大电路，主要对载波发送的信号进行功率放大。ZD1,ZD2对信号进行限幅以保护三极管，D7,D8起箝位作用，吸收来自电力线上的尖峰干扰。C73和L6组成一个LC滤波电路，滤除载波信号中所包含的谐波成分以免污染电网。

　　VHH为载波发射电压一般在12~15V 之间，其大小与载波发射功率有密切关系。在一定范围内提高VHH可以加大发射功率延长通信距离，本文设计VHH为15V。

　　接收载波信号由PL3201的SIGIN 输入，电路中PD10是一个瞬变二极管，能有效吸收来自电网的浪涌功率，起到保护整个电路的作用。C75,C76,C80和L5并联组成一个LC并联选频网络对信号具有选频作用。其频率计算公式为f=1/（2π √LC），当设计电感L=1mH,电容C=1.75nF时，由公式可知载波的中心频率f=120kHz,该信号被送入芯片与内部的600kHz本振信号进行混频，混频后信号频率为两者之差，即480kHz.

　　将此混频信号，输入陶瓷滤波器B2滤波，滤波后的信号是一个带通信号再经过限幅放大、硬件解扩，即可对有效数据进行还原。 

　　3 智能电表的软件设计

　　智能终端的软件设计主要包括：电能计量、存储、载波发送接收及状态显示等。用户用电量经过计量芯片采样转换成有功脉冲，经过高速光耦传送给PL3201,PL3201收集来自计量模块的脉冲数换算成用户用电量并存储到存储模块，其电能计量软件流程图如图5所示。载波发送接收是由PL3201以中断方式实现，这样使得电能表能实时侦听公网电力线上的消息，真正达到随时在线的功能，其常态为载波接收状态。载波发送信号经过功率放大耦合到公网电力线上，通过载波通信与安装在公网电力线上的集中器进行数据交换，集中器再通过GPRS无线网络与监控中心交换数据，从而完成远程无线监控的功能。载波数据发送接收软件流程图如图6和图7所示。 

　　图5 电能计量流程图 

　　图6 载波数据发送流程图 

　　图7 载波数据接收流程图

　　4 结 语

　　本文设计的智能电表能对用电量进行高精度的测量，通过低压电力线载波通信读取和设置远程智能电表的相关数据，可实现实时远程监控。适用于城市小区多用户和农村住户相对集中地带，其优点在于不用再进行专线安装，直接采用现有电力线作为通信载体，成本低廉。系统不足之处在于通信距离有限，在远距离通信时系统抄表率下降，可靠性降低。通过软件设计使智能终端之间可以相互读取数据，增加抄表的可靠性和延长通信距离是该设计改进的方向。