一種基于電力載波的通訊裝置及方法與流程

本發明涉及通訊研究領域，特別涉及一種基于電力載波的通訊裝置及方法。
背景技術：
：目前電力載波的通信主要是應用在并網逆變器上，現在的并網逆變器大多數沒有直接對上位機的通信，但在實際應用中有時需要對并網逆變器實時監測，因此又必須要求與上位機進行通信。為此，現在多采用串行通信方式進行通信。當并網逆變器數量較多時，其他通信方式會增加很多的通信線，導致布線的麻煩，成本的提高。為此，尋求一種可實現多臺下位機與上位機通信，且不需要另外的通信線的通訊裝置和方法具有重要的實用價值和研究意義。技術實現要素：本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于電力載波的通訊裝置，該裝置直接通過電力線實現多臺下位機與上位機通信，且不需要另外的通信線，可以用于光伏逆變器與上位機之間的通信。本發明的另一目的在于提供一種基于上述通訊裝置的通訊方法，該方法直接通過電力線進行實時監測，實現了上位機和下位機的通信。本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種基于電力載波的通訊裝置，包括以RISE3501芯片為核心的控制模塊、載波接收電路、載波發送電路、載波信號耦合電路，載波信號耦合電路與電力線相連，所述控制模塊通過I2C的通信方式與微型逆變器主控板連接以進行數據交換，交換的數據依次經控制模塊、載波發送電路、載波信號耦合電路后發送到電力線，所述電力線攜帶的信息依次經載波信號耦合電路、載波接收電路、控制模塊后發送到微型逆變器主控板。上述裝置基于電力載波，實現了上位機和下位機的通信。優選的，所述RISE3501芯片中采用兩個I/O口模擬I2C通信中的SDA、SCL線，通過上述I/O口與微型逆變器主控板相連。微型逆變器主控板采集的功率、溫度等信息通過上述I/O口發送到RISE3501芯片。優選的，所述載波接收電路包括三階帶通(BPF)濾波器和衰減控制電路，載波信號從載波信號耦合電路的輸出端TX_OUT接口進入載波接收電路，依次通過三階帶通濾波器和衰減控制電路后進入RISE3501芯片中的PCG_Vin接口引腳。優選的，所述載波信號耦合電路包括一聚酯電容、耦合線圈和一TVS二極管(瞬態抑制二極管)，聚酯電容串接在電力線上交流電的一個輸入端上，用來隔離50HZ交流電和通過有用的高頻載波信號，所述耦合線圈為1:1的耦合線圈(2.2mH)以傳輸有用的載波信號，同時隔離高壓；所述TVS二極管并聯在耦合線圈的后方，以防止快速沖擊，保護后端電路。優選的，所述通訊裝置內還包括一過零檢測電路，該過零檢測電路與RISE3501芯片連接，用于判斷相位。一種基于上述通訊裝置的通訊方法，包括步驟：微型逆變器主控板將采集到的環境信息和工作狀態信息發送到以RISE3501芯片為核心的控制模塊，控制模塊依次通過載波發送電路、載波信號耦合電路后發送到電力線，電力線與集中器相連；多臺微型逆變器主控板有序的給集中器發送各自運行的信息；電力線攜帶的信息依次經載波信號耦合電路、載波接收電路、控制模塊后發送到微型逆變器主控板；在上述信息傳輸過程中，從機采用以幀發送的數據結構，數據結構為：[起始幀，從機ID，數據1，……數據m，結束幀]，當當前從機接收到主機發來自己對應的識別符時，從機會按上述數據結構的順序發送數據；當其他從機接收到起始幀時，它們忽視后面收到的任何數據，直到接收到結束幀。從而可避免由于從機誤判而導致通訊錯亂的情況。具體的，微型逆變器主控板將采集到的環境信息和工作狀態信息發送到電力線上，包括步驟：(1)正常工作時，微型逆變器主控板檢測與以RISE3501芯片為核心的控制模塊的連接狀態，如果沒有連接好，RISE3401芯片將不斷向微型逆變器主控板發送握手序列，直到握手成功；此時微型逆變器主控板向RISE3501芯片發送符合645規約的指令，將RISE3501芯片置于發送狀態；微型逆變器主控板采用一定時長的定時中斷，將采集的信息通過I2C的方式發送到RISE3501芯片上；(2)RISE3501芯片內部的RX模塊接收I2C傳來的應用數據包，并按照電力載波通訊EIA709.2物理層的標準調制信號，將調制好的電力載波信號經過DAC_OUT引腳發送至載波發送電路；TX模塊用作解調來自電力線的信號，重組數據包，數據包協議包括EIA709.1網絡層控制協議以及EIA709.2的電力線物理層標準；(3)載波發送電路在保證載波信號不失真的情況下，對信號進行放大，然后將放大后的信號發送到載波信號耦合電路；(4)載波信號耦合電路用于隔離電網的50HZ工頻信號，而只能通過高頻的載波信號，然后將信號發送到電力線上。本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：(1)通信線較少。現有技術中至少需要兩根通訊線或者另外接通訊模塊，本發明可以直接通過電力線進行實時監測。(2)多機通信便利。由于使用電力線通信，每個逆變器不需要額外的通信線，在多機工作的時候，監測時，除去了繁雜的連線，提供了極大便利。(3)成本較低。對比傳統的可以遠距離傳輸的通信方式如ZIGBEE等，本發明基于電力線進行數據傳輸，需要的成本低。附圖說明圖1是本實施例通訊裝置的連接關系圖。圖2是本實施例中載波接收電路的電路圖。圖3是本實施例中載波信號耦合電路的電路圖。圖4是本實施例中過零檢測電路的電路圖。圖5是本實施例主機的流程圖。圖6是本實施例從機的主程序流程圖。圖7是本實施例從機的接收中斷程序流程圖。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1如圖1所示，本實施例一種基于電力載波的通訊裝置，包括以RISE3501芯片為核心的控制模塊、載波接收電路、載波發送電路、載波信號耦合電路，載波信號耦合電路與電力線相連，控制模塊通過I2C的通信方式與微型逆變器主控板(DSP)連接以進行數據交換，交換的數據依次經控制模塊、載波發送電路、載波信號耦合電路后發送到電力線，所述電力線攜帶的信息依次經載波信號耦合電路、載波接收電路、控制模塊后發送到微型逆變器主控板。本實施例采用的RISE3501芯片是52架構的單片機，有高度集成性。RISE3501內部集成了協議棧以及自動路由方案，所以不需要編寫底層的協議算法。只需對RISE3501芯片的內部寄存器進行配置，即可實現電力載波通信的任務。其工作主要包括兩個部分，一部分是與DSP間的通訊，一部分是載波發送及接收。與DSP之間的通訊是利用兩個I/O口模擬成I2C通信中SDA、SCL線，從而與DSP進行通訊。而載波發收及接送則是通過操作芯片內部的特殊功能寄存器來實現功能。參見圖2，本實施例載波接收電路包括三階帶通(BPF)濾波器和衰減控制電路，載波信號從TX_OUT進入，通過三階帶通濾波器和衰減控制電路進入RISE3501-PCG_Vin接口引腳。圖中CA控制為RISE3501增益控制引腳，當進入RISE3501信號過大時，CA控制使得信號在進入芯片之前先進行20dB的衰減處理。在本實施例所述載波發送電路中，載波模塊工作電平為12V，載波發送信號控制寄存器由底層軟件配置，DAC_XDAC_OUT芯片引腳輸出電平約為1.34Vpp，經過后續放大電路后，TX_OUT輸出電平在空載情況下有10Vpp輸出；增加負載至1歐時，輸出電平達到2～3Vpp左右；實際輸出信號大小根據負載不同而有所差異。載波信號經過放大后通過耦合電路直接被發送到電力線上。其中，TX_EN_CTRL、DAC_XDAC_OUT為RISE3501引腳，該引腳由微處理底層控制。參見圖3，本實施例載波信號耦合電路包括一聚酯電容、耦合線圈和一TVS二極管，交流電的輸入端L先串聯一個0.22uF/275V聚酯電容，用來隔離50HZ交流電和通過有用的高頻載波信號。并用一個1:1的耦合線圈(2.2mH)以傳輸有用的載波信號，同時起到隔離高壓作用，讓大部分高壓將在聚酯電容上，使后面的電路不帶高壓以保護人身安全。TVS二極管防止快速沖擊，保護后端電路。參見圖4，本實施例過零檢測電路都是正過零導通，50HZ/220V交流信號經過過零檢測電路的正過零延時為0.6ms，60HZ/110V交流信號經過過零檢測電路的正過零延時為0.75ms。如果該電路硬件參數發生變動，則需測試過零點檢測延時時間，測試延時時間不得超過1.3ms。過零檢測端口ZERO連到RISE3501對應引腳，過零檢測電路用于判斷相位。本實施例中，一個主要創新點在于實現了多機通訊傳輸數據，這里多機通訊即實現在同一條電力線上，多臺微型逆變器主控板有序的給集中器(或上位機)發送各自運行的狀態，流程參見圖5。將微型逆變器稱為從機，而集中器(或上位機)稱為主機。從電力載波通訊的角度來說，主機的主要任務是依次給各個從機發送數據請求，并且接收從機傳來的數據。從機主要的任務是當接收到主機特定的請求時，將數據通過電力線把數據發送到主機。對于主機，其在工作過程中，先初始化通訊設置，然后在開始并網工作時，發送第i個從機的數據請求，然后等待接收第i個從機的數據100ms。100ms后，如果正常接收到該從機的數據，則在上位機顯示該從機的運行狀況，否則，在上位機顯示該從機失去連接。重復上述步驟，直到所有的從機均發送了數據請求。參見圖6、7，本實施例從機的通訊方法，包括步驟：S1：正常工作時，DSP檢測與以RISE3501芯片為核心的控制模塊的連接狀態，如果沒有連接好，RISE3401芯片將不斷向DSP發送握手序列，直到握手成功；此時DSP向RISE3501芯片發送符合645規約的指令，將RISE3501芯片置于發送狀態；DSP采用500ms的定時中斷，將采集的信息(功率、溫度等)通過I2C的方式發送到RISE3501芯片上。S2：RISE3501芯片內部的RX模塊會接收I2C傳來的應用數據包，并按照電力載波通訊EIA709.2物理層的標準調制信號，將調制好的電力載波信號經過DAC_OUT引腳發送至載波發送電路；TX模塊用作解調來自電力線的信號，重組數據包，數據包協議包括EIA709.1網絡層控制協議以及EIA709.2的電力線物理層標準；S3：載波發送電路在保證載波信號不失真的情況下，對信號進行放大，然后將放大后的信號發送到載波信號耦合電路。RISE3501芯片的載波后信號輸出引腳DAC_OUT電平只有1.34Vpp左右。載波發送電路實際上就是保證載波信號在不失真的情況下，放大到10VPP左右。S4：載波信號耦合電路用于隔離電網的50HZ工頻信號，而只能通過高頻的載波信號，然后將信號發送到電力線上；S5：電力線上的信息經過載波信號耦合電路、載波接收電路處理后發送到RISE3501芯片，RISE3501芯片對信息進行處理，發送到DSP。載波接收電路主要是通過一個三階帶通濾波器將高頻和低頻的雜波濾出，然后通過CAGC引腳控制衰減電路，使到達RISE3501引腳的電壓不會過大。本實施例可實現多機通訊傳輸數據，由于所有數據都在同一條數據線傳輸，為了防止從機發送數據時，其他從機誤認為是主機傳來的請求號，所以設置了以幀發送的數據結構。從機發送的數據幀的結構如下表：表1從機發送的數據幀的結構起始幀(ff)從機ID數據1數據2數據3數據4數據5結束幀(ee)當從機接收到主機發送的請求數據時，先判斷數據中是否有自己對應的識別符(從機ID)時，如果是，則從機會按上表的順序將存儲的數組數據按幀發送給主機。如果數據沒有自己的ID，則忽視后面收到的任何數據，直到接收到結束幀。這樣即可避免由于從機誤判而導致通訊錯亂的情況。本發明所述的移動終端包括但不限于移動電話、口袋計算機(PocketPersonalComputer，PPC)、掌上電腦、計算機、筆記本電腦、個人數字助理(PersonalDigitalAssistant，PDA)等。為了便于說明，僅示出了與本實施例相關的部分。可通過各種手段實施本發明描述的技術。舉例來說，這些技術可實施在硬件、固件、軟件或其組合中。對于硬件實施方案，處理模塊可實施在一個或一個以上專用集成電路(ASIC)、數字信號處理器(DSP)、可編程邏輯裝置(PLD)、現場可編輯邏輯門陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、電子裝置、其他經設計以執行本發明所描述的功能的電子單元或其組合內。對于固件和/或軟件實施方案，可用執行本文描述的功能的模塊(例如，過程、步驟、流程等)來實施所述技術。固件和/或軟件代碼可存儲在存儲器中并由處理器執行。存儲器可實施在處理器內或處理器外部。本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲在一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3