高频载波通信智能电表
技术领域
本实用新型涉及智能电表的载波通信领域，尤其涉及一种将高频载波通信技术应用于光伏和储能领域的智能电表。
背景技术
随着光伏市场和储能市场的日益壮大，光伏逆变器和储能逆变器慢慢走进越来越多的家庭。智能电表作为逆变器的标准配件，其安装量也随之变大。但是智能电表与逆变器的连接方式，在实际的安装过程中却给安装人员带来了很大困扰，在现有技术中，通常采用两种方式来解决这一问题，其一是智能电表与逆变器通过RS485通讯线进行有线通信，另一种是智能电表与逆变器通过zigbee、433等进行无线通信。
在逆变器系统或者储能系统中，智能电表需要安装到客户家交流进线端的配电箱，例如配电箱在地下室，而客户希望把逆变器安装到家庭的其他位置，例如屋顶阁楼。所以如果使用RS485有线通信，通信线的走线就变得很困难，如果采用zigbee、433等无线通信方式，那么无线信号的穿墙能力一般、信号弱，而且如果某地区密集安装，无线通信也容易受到干扰。因此，提出一种信号传输更为可靠、安装灵活方便的智能电表，成为市场的一个重要需求。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出一种高频载波通信智能电表，能够有效地实现保证信号传输稳定性的同时进行灵活的远距离安装。
本申请通过高频载波技术，将智能电表采集到的电网电压、电流等信息转化为高频信号，加载到家用220V电线进行数据传输，逆变器通过适配器再把高频信号从电网中分离出来，从而实现数据传递。具体而言，本实用新型提供了以下的技术方案：
本实用新型提供了一种高频载波通信智能电表，其特征在于，所述智能电表包含高频载波发生模块、高频载波接收模块；
所述高频载波发生模块安装在进线配电箱处，并与配电箱中断路器引出的L线、N线连接，高频载波发生模块的引出线L′、N′连接所述高频载波接收模块的L线、N线进线端及逆变器的L线、N线进线端，高频载波接收模块的出线端A、B接逆变器中RS485的A端、B端；高频载波接收模块的引出线L′、N′，以及高频载波接收模块和逆变器的L线、N线接交流负载；
所述高频载波发生模块包含电源转换换电路单元、电网数据采集单元、中央处理单元一、PCL传输电路发生单元、存储电路单元；所述电源转换电路单元连接电网数据采集单元、中央处理单元一、PCL传输电路发生单元，所述中央处理单元一与电网数据采集单元、PCL传输电路发生单元、存储电路单元连接；
所述高频载波接收模块包含电源转换换电路单元、485通讯电路单元、中央处理单元二、PCL传输电路接收单元、存储电路单元；所述电源转换电路单元连接中央处理单元二、PCL传输电路接收单元，所述中央处理单元二与485通讯电路单元、PCL传输电路接收单元、存储电路单元连接。
优选地，所述PCL传输电路发生单元中，L线、N线连接变压器T1，变压器T1输出端并接双向稳压二极管TVS1、电容C9、电感L2，电感L2一端接地，另一端串接电容C8、电感L1，L1另一端接U3的5、6、7、8管脚，U3管脚2串接电阻R4后接U4管脚13，U3管脚3、4之间并接电阻R5、稳压二极管D1，稳压二极管D1正极串接电容C11后接管脚2，稳压二极管D1负极与地线之间并接电阻R13、电容C13、C14，C13一端接三极管Q1的集电极，另一端串接电阻R9后接三极管Q1基极，并且电阻R9串接电阻R8后接+12V电压源，三极管Q1射极接+12V电压源。
优选地，U3采用STM8405芯片，U4采用PLCI38芯片。
优选地，所述U4管脚9、管脚10分别串接电容C23、电容C25后接地，所述U4的管脚9、管脚10之间并联一晶振X2；U4管脚20接5V电压，并串接电容C26后接管脚19，U4管脚19接地。
优选地，所述PCL传输电路接收单元中，L线、N线连接变压器T1A，变压器T1A输出端并接TVS1A、电容C4A、电感L2A，电感L2A一端接地，另一端串接电容C1A一端，电容C1A另一端通过相互并联的电感L3A、TVS1A接地，电容C1A另一端依次串接电阻R1A、电感L1A、电容C2A一端，电容C2A另一端通过相互并联的电容C5A、电感L4A、电阻R2A接地，电容C2A另一端接稳压二极管D1A负极，稳压二极管D1A正极接地，电容C2A另一端接稳压二极管D2A正极，稳压二极管D2A负极接地；电容C2A另一端串接电容C3A后，接U2A管脚16，U2A管脚13接U1A管脚2，U2A管脚1串接电容C12A、电阻R9A后，接U1A管脚12，电容C12A、电阻R9A之间通过相互并联的电容C19A、电感L5A接地；U2A管脚5接TX1A管脚5，U2A管脚11、管脚3接TX1A管脚4。
优选地，U1A采用PLCI38芯片，U2A采用MC3361芯片。TVS1A、TVS1采用SMAJ24CA芯片，TX1A采用LT455BW芯片。
U2A管脚10通过串联的电阻R7A、电容C15A、电阻R6A接U2A管脚9，U2A管脚10串接电阻R10A、R11A接5V电源，U2A管脚10串接电阻R10A、电容C17A后接U2A管脚12，U2A管脚12串接电容C17A、电阻R11A接5V电源，U2A管脚9串接电阻R6A、电容C18A后接地；U2A管脚10串接电阻R10A后接U2A管脚3、管脚11。
所述U1A管脚9、管脚10分别串接电容C13A、电容C11A后接地，所述U1A管脚9、管脚10之间并联一晶振X1A；U1A管脚20接5V电压，并串接电容C16A后接管脚19，U1A管脚19接地。
优选地，所述中央处理单元一、中央处理单元二采用芯片STM32F103C8T6。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案可以省去RS485通讯线长距离布线的难题，同时可以解决无线通信干扰、信号弱的问题。
此外，本申请中涉及的本领域中公知的名词缩写含义解释如下：
Bill Meter—计量表；Breaker—断路器；Grid—电网；AC LOAD—交流负载。
附图说明
图1为本实用新型智能电表安装结构示意图；
图2为本实用新型实施例的高频载波发生模块结构图；
图3为本实用新型实施例中将采集数据加载到电网中的方式示意图；
图4为本实用新型实施例中高频载波接收模块结构图；
图5为本实用新型实施例中调制信号解调方式示意图；
图6为本实用新型实施例中高频载波发生模块的PLC传输电路发送单元电路图；
图7为本实用新型实施例中高频载波接收模块中PLC传输电路接收单元电路图；
图8为本实用新型实施例中高频载波发生模块的电网护具采集单元电路图。
具体实施例
下面将结合本实用新型实施例中的图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实施例中所标注的电路符号L1、L2等，仅作为区分电路器件使用，并为便于详细表述电路具体结构而用，不应作为对本实用新型技术方案的限定来理解和使用。
在本实用新型的一个具体的实施例中，本实用新型提供了以下的技术方案：
本实用新型提供了一种高频载波通信智能电表，所述智能电表包含高频载波发生模块、高频载波接收模块；
结合图1所示，所述高频载波发生模块安装在进线配电箱处，并与配电箱中断路器引出的L线、N线连接，高频载波发生模块的引出线L′、N′连接所述高频载波接收模块的L线、N线进线端及逆变器的L线、N线进线端，高频载波接收模块的出线端A、B接逆变器中RS485的A端、B端；高频载波接收模块的引出线L′、N′，以及高频载波接收模块和逆变器的L线、N线接交流负载。
如图2所示，所述高频载波发生模块包含电源转换换电路单元、电网数据采集单元、中央处理单元一、PCL传输电路发生单元、存储电路单元；所述电源转换电路单元连接电网数据采集单元、中央处理单元一、PCL传输电路发生单元，所述中央处理单元一与电网数据采集单元、PCL传输电路发生单元、存储电路单元连接。
在安装使用时，智能电表高频载波发生模块内部功能框图如图2所示，电网数据采集电路将采集到的电网数据进行处理，然后将所有数据传送给CPU(即中央处理单元)，CPU进行数据转换，通过PLC传输电路发生单元，将所有采集到的数据加载到电网上如图3所示。
如图4所示，所述高频载波接收模块包含电源转换换电路单元、485通讯电路单元、中央处理单元二、PCL传输电路接收单元、存储电路单元；所述电源转换电路单元连接中央处理单元二、PCL传输电路接收单元，所述中央处理单元二与485通讯电路单元、PCL传输电路接收单元、存储电路单元连接。
在安装使用时，智能电表高频载波接收模块：内部功能框图如图4所示，PLC传输电路接收单元将采集到的电网波形进行处理，分解出智能电表高频载波发生模块加载到电网上的高频信号。然后将高频信号数据传送给CPU(即中央处理单元)，CPU进行数据转换，通过RS485电路，与逆变器进行通信如图5所示。
在一个优选的实施方式中，如图6所示，所述PCL传输电路发生单元中，L线、N线连接变压器T1，变压器T1输出端并接双向稳压二极管TVS1、电容C9、电感L2，电感L2一端接地，另一端串接电容C8、电感L1，L1另一端接U3(STM8405)5、6、7、8脚，U3管脚2串接电阻R4后接U4(PLCI38)管脚13，U3管脚3、4之间并接电阻R5、稳压二极管D1，稳压二极管D1正极串接电容C11后接管脚2，稳压二极管D1负极与地线之间并接电阻R13、电容C13、C14，C13一端接三极管Q1的集电极，另一端串接电阻R9后接三极管Q1基极，并且电阻R9串接电阻R8后接+12V电压源，三极管Q1射极接+12V电压源。
优选地，所述U4(PLCI38)管脚9、管脚10分别串接电容C23、电容C25后接地，所述U4的管脚9、管脚10之间并联一晶振X2；U4管脚20接5V电压，并串接电容C26后接管脚19，U4管脚19接地。U4的其他管脚的连接方式，属于本领域中的公知常识，可以基于U4芯片的设计获知，此处不再赘述。
再另一个优选的实施方式中，如图7所示，所述PCL传输电路接收单元中，L线、N线连接变压器T1A，变压器T1A输出端并接TVS1A、电容C4A、电感L2A，电感L2A一端接地，另一端串接电容C1A一端，电容C1A另一端通过相互并联的电感L3A、TVS1A接地，电容C1A另一端依次串接电阻R1A、电感L1A、电容C2A一端，电容C2A另一端通过相互并联的电容C5A、电感L4A、电阻R2A接地，电容C2A另一端接稳压二极管D1A负极，稳压二极管D1A正极接地，电容C2A另一端接稳压二极管D2A正极，稳压二极管D2A负极接地；电容C2A另一端串接电容C3A后，接U2A管脚16，U2A管脚13接U1A管脚2，U2A管脚1串接电容C12A、电阻R9A后，接U1A管脚12，电容C12A、电阻R9A之间通过相互并联的电容C19A、电感L5A接地；U2A管脚5接TX1A管脚5，U2A管脚11、管脚3接TX1A管脚4。
优选地，U1A采用PLCI38芯片，U2A采用MC3361芯片。TVS1A、TVS1采用SMAJ24CA芯片，TX1A采用LT455BW芯片。
U2A管脚10通过串联的电阻R7A、电容C15A、电阻R6A接U2A管脚9，U2A管脚10串接电阻R10A、R11A接5V电源，U2A管脚10串接电阻R10A、电容C17A后接U2A管脚12，U2A管脚12串接电容C17A、电阻R11A接5V电源，U2A管脚9串接电阻R6A、电容C18A后接地；U2A管脚10串接电阻R10A后接U2A管脚3、管脚11。
所述U1A管脚9、管脚10分别串接电容C13A、电容C11A后接地，所述U1A管脚9、管脚10之间并联一晶振X1A；U1A管脚20接5V电压，并串接电容C16A后接管脚19，U1A管脚19接地。
U2A、U1A的其他管脚的连接方式，属于本领域中的公知常识，可以基于U2A、U1A芯片的设计获知，此处不再赘述。
优选地，所述中央处理单元一、二采用芯片STM32F103C8T6，该芯片的管脚连接和使用方式，均属于本领域中的公知常识，可采用其基本的使用电路连接方式布设，此处不再赘述。
在一个具体的实施方式中，电网数据采集单元电路如图8所示，该处为常规的电网数据采集的电路结构，是本领域技术人员可以获知的现有技术，此处不再赘述。
RS485通讯电路单元可采用现有电表中的485电路结构，该电路结构属于本领域的现有技术，且目前常规采用的485通讯电路均能够适用，此处不再赘述。
与旧有方案相比，本专利可以省去RS485通讯线长距离布线的难题，同时可以解决无线通信干扰、信号弱的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。
