摘?要：現(xiàn)今電力遠程抄表系統(tǒng)電力線載波通訊（PLC）已經(jīng)廣泛被采用，通過在數(shù)字智能電表數(shù)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(shù)據(jù)、電表狀態(tài)數(shù)據(jù)信息等讀取出來，再由微處理器（MCU）將讀取的數(shù)據(jù)處理并輸出串行的調(diào)制數(shù)據(jù)信號，再將調(diào)制后數(shù)據(jù)發(fā)送到電力線介質(zhì)上進行傳輸給集中器，集中器再將數(shù)據(jù)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(wù)器系統(tǒng)收費系統(tǒng)，從而實現(xiàn)自動抄表功能。

關(guān)鍵詞：HPLC;載波通訊模塊;設(shè)計

一、 引言

隨著科技進步和發(fā)展，電力系統(tǒng)中用戶電量統(tǒng)計和費用計算與繳費，已經(jīng)由手工抄錄逐步或全面被自動遠程抄表系統(tǒng)所取代，從而節(jié)省了大量的人力、物力等。電表通訊模塊是自動抄表系統(tǒng)中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章結(jié)合工作實際，以自動抄表系統(tǒng)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(shè)計內(nèi)容。

一、 模塊概況

（一）PLC通訊模塊產(chǎn)品

PLC通訊模塊以載波芯片MCU為核心進行設(shè)計，模塊以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)載波通信功能，采用OFDM技術(shù)的載波調(diào)制方式進行數(shù)據(jù)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(huán)境自動抄表系統(tǒng)。

（二）相關(guān)標準

設(shè)計標準：要求符合國家電網(wǎng)公司《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》，以及符合《DL/T 645-2007多功能電能表通信協(xié)議》相關(guān)技術(shù)規(guī)范等。

（三）PLC通訊模塊研發(fā)內(nèi)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(shè)計的，以電力線為通信介質(zhì)，實現(xiàn)載波通信功能的產(chǎn)品，它利用OFDM技術(shù)方式的載波調(diào)制信號進行數(shù)據(jù)傳輸，多用于低電壓用戶環(huán)境自動抄表系統(tǒng)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(shè)計。

二、 PLC通訊模塊硬件設(shè)計簡述

PLC通訊模塊硬件設(shè)計研發(fā)內(nèi)容包含：各電路單元原理圖設(shè)計和PCB電路板設(shè)計等。

（一）PLC通訊模塊硬件電路原理圖設(shè)計

PLC通訊模塊硬件原理圖電路設(shè)計包含：

（a）MCU載波基帶電路設(shè)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(shù)據(jù)讀取和交互，通過強電接口的變壓器可以完成載波數(shù)據(jù)信號發(fā)送和接收。MCU載波基帶電路主要完成UART收發(fā)信號的數(shù)據(jù)加密解密解析等處理，硬件電路設(shè)計主要按照MCU設(shè)計規(guī)格書要求設(shè)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(guān)部分。

（b）強電/弱電通信接口電路設(shè)計

1. 弱電接口設(shè)計說明

弱電接口和強電接口的引腳定義遵循國網(wǎng)公司的型式規(guī)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(tài)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(shè)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(fā)送數(shù)據(jù)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(shè)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(wǎng) A/B/C 相線作為信號耦合接入端任選其一。

零線N電網(wǎng)零線作為信號耦合接入端。

接口電路設(shè)計之原理圖見圖1接口電路設(shè)計部分

（c）載波發(fā)射/載波接收濾波硬件電路（TX/RX）設(shè)計

載波接收通路硬件電路（RX）設(shè)計上，采用LC濾波網(wǎng)絡(luò)對降壓耦合變壓器接收來自電網(wǎng)線上的載波調(diào)試信號進行濾波，經(jīng)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(fā)送通路硬件電路（TX）設(shè)計上：信息經(jīng)載波微處理芯片MCU處理并調(diào)制成寬帶載波電信號后，濾波預(yù)放大，再送入寬帶載波功率放大器進行放大至相應(yīng)的等級的功率信號，限幅后再經(jīng)變壓器耦合輸出至電力線上。

發(fā)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(shè)計

DCDC降壓電路：將電表側(cè)供電12V降壓成3.3V，為MCU基帶電路及相關(guān)電路供電。

電路設(shè)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(shè)計

原理圖電路設(shè)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(chǎn)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(shè)計

原理圖設(shè)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(tǒng)制收發(fā)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(shù)據(jù)上報電路設(shè)計

停電時，模塊及時將用戶及電表狀態(tài)數(shù)據(jù)信息上報給上位機服務(wù)器端。電路設(shè)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(tǒng)及時將數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器端。其原理圖見圖1所示。

（h）PCB電路板設(shè)計等

根據(jù)電網(wǎng)協(xié)議接口規(guī)范要求，進行PCB電路板設(shè)計：a. 按規(guī)范要求設(shè)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(shè)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(jié)語

文章簡析PLC通信模塊硬件設(shè)計方面的內(nèi)容，簡述相關(guān)功能單元的設(shè)計情況，旨在讓讀者了解通信模塊設(shè)計內(nèi)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(shù)有限公司。