基于低壓載波的用電信息采集中繼裝置的研究

林胥登，袁 丹

（國網浙江寧波市鄞州區供電公司，浙江 寧波 315100）

1 背景介紹

建設自動化系統時，終端通信是最重要的組成部分。安裝終端時，總會遇到公網信號盲區，如小區地下室，會造成自動化系統無法和終端相互通信[1]。可利用三種傳統方案解決上述問題。

（1）加長終端天線，并把終端天線引伸到室外，室外的信號比較強。該方案的困難之處在于需要重新布局天線，且要根據現場狀況確定是否能順利實施。該方案會受到建筑結構、到目的地的距離及與住戶們的調節等方面的限制。施工過程較復雜，產生的成本也相對較高。

（2）利用信號放大器。該方案適合信號較弱的區域。如果是信號盲區，則不能使用信號放大器。

（3）利用載波轉GPRS設備。利用載波轉GPRS設備，再經過高速載波透傳的形式在信號較好的區域安裝遠程通信模塊，使遠程通信模塊的信號變強，以提高集中器和主站之間的通信率和穩定性[2]。這種設備把對電力線當作通信介質，可大大減少施工工作量；合理選擇載波通信的頻率，利用過零點傳輸的方式，保持遠距離通信的穩定；支持透明傳輸，可兼容不同相關協議的要求；主/從模塊和多頻點之間相互結合，既提高了通信效率，又滿足了相同臺區安裝多個設備的要求；輸入電壓設計，以滿足不同環境的用電需求；適應串口速率，可兼容不同廠家生產的設備，設備結構如圖1所示。但該方法只能實現一對一功能，一個集中器對應一個載波轉GPRS設備，由于配電房往往存在多個集中器，因此容易造成載波信號相互干擾，導致數據傳輸中斷，同時該設備無法實現地下室作業人員與后臺主站人員的通話功能[3]。

本文研制了基于低壓載波的用電信息采集中繼裝置，在載波轉GPRS模塊的基礎上，融入載波轉WiFi模塊，實現地下室信號盲區用電信息的采集及IP通話功能。

圖1 設備結構圖

2 裝置設計

該裝置由主機模塊、從機模塊、電力貓模塊、通信模塊及串口轉接模塊組成，可實現以下兩方面功能。第一，多個終端的數據同時采集。該功能的主要串口轉接模塊安裝在采集設備上，替換原GPRS通信模塊，通過網線把從機模塊和串口轉接模塊進行連接，利用串口轉接模塊將串口數據以及端口的情況經網線向從機模塊進行傳輸；在相同臺區基站信號較強的地方安裝主機模塊，把集中器的GPRS模塊向通信模塊上安裝，通過網線把通信模塊和主機模塊進行連接；主機模塊和從機模塊之間經過電力線載實現遠程數據傳輸，主模塊兼容GPRS、3G及4G等通信模塊，如圖2所示。

第二，載波轉WiFi，如圖3所示。通過4G路由器接收無線信號，再通過網線連接主機模塊中的電力貓模塊，電力貓模塊通過電力線將WiFi信號傳輸至地下室信號盲區，再由從機釋放WiFi信號，最終實現地下室的WiFi信號覆蓋，作業人員通過連接WiFi，使用IP電話實現與后臺主站人員的實時通話。

將兩個功能綜合在一起，形成基于低壓載波的用電信息采集中繼裝置，結構如圖4所示。

圖2 多終端數據采集功能設計圖

圖3 載波轉WiFi功能設計圖

圖4 基于低壓載波的用電信息采集中繼裝置整體結構圖

3 裝置應用

具體實施中，首先把GPRS遠程通信模塊從集中器上取下，然后把串口轉接模塊安裝在原GPRS遠程通信模塊的位置上，如圖5所示。把取下的天線和GPRS遠程通信模塊留著備用。

圖5 中繼裝置的多終端數據采集載波模塊

串口轉接模塊在集中器上安裝后，電源指示燈就會亮起。每當集中器的數據進行收、發相交時，指示燈就會出現交替閃爍的情況。通過從機模塊向集中器最近的位置進行安裝，串口轉接模塊的連接頭在從機模塊的左端進行連接，通過集中器的末端或者接線盒來實現取電功能。

機模塊在通電后，電源指示燈亮起，載波再傳導指示燈開始閃爍，閃爍的頻率大概為每秒兩次。當從機模塊與串口轉接模塊的數據進行收、發相交時，串口接受信息后，傳導指示燈就會交替閃爍。當從機模塊與主機模塊通過載波數據進行收、發相交時，載波接收信息后，傳導指示燈就會交替閃爍。

在GPRS、CDMA信號較強的表箱上安裝主機模塊。主機模塊通過表箱的末尾和接線盒等電源處進行取電，安裝時，從機模塊和主機模塊必須確保在相同臺區。主機模塊通電后，電源指示燈亮起，接收到載波信號后，傳導指示燈閃爍，閃爍頻率和主機保持相同。假如沒有接受到載波信號，主模塊的電源燈、載波接收燈及載波發送燈都會亮起。

當主機模塊與GPRS遠程模塊進行收、發相交時，串口接受信息后，傳導指示燈就會交替閃爍。當主機模塊和從機模塊通過載波數據進行收、發相交時，載波接收信息后，傳導指示燈就會交替閃爍。

采取現有的載波轉WiFi產品，如華為電力貓，利用電力載波將WiFi信號引入地下室，最后通過WiFi信號，使用手機撥打IP電話實現與后臺的通話及對接。中繼裝置的IP通話載波模塊如圖6所示。

圖6 中繼裝置的IP通話載波模塊

4 結 論

本文在載波轉GPRS模塊的基礎上，融入載波轉WiFi模塊，實現地下室信號盲區用電信息的采集及IP通話功能，實現多對多功能，且減少了載波信號相互干擾。