電表通訊模塊硬件電路設計概要

摘?要：現今電力遠程抄表系統電力線載波通訊（PLC）已經廣泛被采用，通過在數字智能電表數字電表的通信接口上加裝電表通訊模塊，通訊模塊可將用戶電表之用電量數據、電表狀態數據信息等讀取出來，再由微處理器（MCU）將讀取的數據處理并輸出串行的調制數據信號，再將調制后數據發送到電力線介質上進行傳輸給集中器，集中器再將數據信號集中處理，并由集中器通訊模塊將處理好的信息傳送給后臺上位機服務器系統收費系統，從而實現自動抄表功能。

關鍵詞：HPLC;載波通訊模塊;設計

一、 引言

隨著科技進步和發展，電力系統中用戶電量統計和費用計算與繳費，已經由手工抄錄逐步或全面被自動遠程抄表系統所取代，從而節省了大量的人力、物力等。電表通訊模塊是自動抄表系統中一個關鍵環節。文章結合工作實際，以自動抄表系統之三相PLC通訊模塊為例，簡要分析電表PLC通訊模塊硬件電路設計內容。

一、 模塊概況

（一）PLC通訊模塊產品

PLC通訊模塊以載波芯片MCU為核心進行設計，模塊以電力線為通信介質，實現載波通信功能，采用OFDM技術的載波調制方式進行數據傳輸，使其具有在較強抗衰減和抗干擾能力可靠通信，適用于低壓環境自動抄表系統。

（二）相關標準

設計標準：要求符合國家電網公司《電力用戶用電信息采集系統功能規范》，以及符合《DL/T 645-2007多功能電能表通信協議》相關技術規范等。

（三）PLC通訊模塊研發內容

PLC電表載波通訊模塊（以下簡稱通訊模塊）是基于MCU載波核心微處理器芯片設計的，以電力線為通信介質，實現載波通信功能的產品，它利用OFDM技術方式的載波調制信號進行數據傳輸，多用于低電壓用戶環境自動抄表系統中。

所以文章謹以三相PLC載波通訊模塊為例簡析其硬件電路設計。

二、 PLC通訊模塊硬件設計簡述

PLC通訊模塊硬件設計研發內容包含：各電路單元原理圖設計和PCB電路板設計等。

（一）PLC通訊模塊硬件電路原理圖設計

PLC通訊模塊硬件原理圖電路設計包含：

（a）MCU載波基帶電路設計

PLC通訊模塊以載波信號微處理器芯片為核心，通過弱電接口可以使通訊模塊與電表進行數據讀取和交互，通過強電接口的變壓器可以完成載波數據信號發送和接收。MCU載波基帶電路主要完成UART收發信號的數據加密解密解析等處理，硬件電路設計主要按照MCU設計規格書要求設計提供時鐘電路，信號接口電路等外圍電路。該部分原理圖見附圖1之MCU相關部分。

（b）強電/弱電通信接口電路設計

1. 弱電接口設計說明

弱電接口和強電接口的引腳定義遵循國網公司的型式規范要求。

（A）弱電口引腳主要信號有：

> EVENTOUT，輸入信號，電表事件狀態輸出;

> STA，輸出信號，接收時地址匹配正確，模塊輸出低電平。

> /RST，輸入，復位管腳，電表輸出（低電平有效），可用于復位通信模塊。

> DCE_RXD，輸入，電表通信信號接收引腳;

> /SET，輸入，模塊設置使能。

>供電電源：VDD，工作電源3.3V±0.3V，由終端提供給模塊。

> DEC_TXD，輸出，通信模塊給電表發送數據信號;

>電源：VCC，通信模塊模擬電源，電壓范圍：12V±1V。

2. 載波耦合接口（強電）設計說明

載波通信接口引腳功能

可通過MCU軟件切換選擇任一相線載波耦合進行通信。

電網 A/B/C 相線作為信號耦合接入端任選其一。

零線N電網零線作為信號耦合接入端。

接口電路設計之原理圖見圖1接口電路設計部分

（c）載波發射/載波接收濾波硬件電路（TX/RX）設計

載波接收通路硬件電路（RX）設計上，采用LC濾波網絡對降壓耦合變壓器接收來自電網線上的載波調試信號進行濾波，經RX濾波后，濾除干擾信號，將有用的頻率的載波信號篩選出來（頻段1～4頻率帶寬：700khz～12Mhz）

載波發送通路硬件電路（TX）設計上：信息經載波微處理芯片MCU處理并調制成寬帶載波電信號后，濾波預放大，再送入寬帶載波功率放大器進行放大至相應的等級的功率信號，限幅后再經變壓器耦合輸出至電力線上。

發射/接收濾波硬件電路原理圖件圖1中所示。

（d）DCDC直流電路設計

DCDC降壓電路：將電表側供電12V降壓成3.3V，為MCU基帶電路及相關電路供電。

電路設計上，采用一顆降壓芯片等器件將超級電容12V降壓為3.3V，為模塊基帶電路供電。

硬件電路原理圖件附圖1中所示

（e）Flash Memory電路設計

原理圖電路設計vf上，采用一顆flash存儲芯片等器件組成。flash存儲器保存軟件程序，chipID，產品ID等信息。

存儲器硬件電路原理圖如圖1中所示

（f）過零點檢測電路設計

原理圖設計上，整形電路將工頻50Hz整形為50Hz方波信號，送給MCU按照算法以判別工頻信號過零點時序，為系統制收發載波時序提供時基基準。

過零點檢測電路原理圖如附圖1中所示

（g）停電數據上報電路設計

停電時，模塊及時將用戶及電表狀態數據信息上報給上位機服務器端。電路設計上，采用一顆升壓芯片等器件將超級電容2.7V升壓為12V，為模塊供電，模塊系統及時將數據傳送給服務器端。其原理圖見圖1所示。

（h）PCB電路板設計等

根據電網協議接口規范要求，進行PCB電路板設計：a. 按規范要求設計好接插件器件等封裝;b. 定位好接口位置和間距;c. 該模塊采用4層板設計，并將弱電接口低電壓電路與高電壓的強電接口使用變壓器或光耦等器件隔離開等。繪制好的三相電表PCB板圖（略）

三、 結語

文章簡析PLC通信模塊硬件設計方面的內容，簡述相關功能單元的設計情況，旨在讓讀者了解通信模塊設計內容。篇幅所限，水平所限，請海涵。謝謝！

作者簡介：陳國宏，南京南瑞微電子技術有限公司。