基于雙向工頻通信的自動抄表系統(tǒng)

　O 引言

　　目前國內(nèi)已經(jīng)將擴(kuò)頻、超窄帶通信、多載波調(diào)制、自適應(yīng)跳頻、正交頻分復(fù)用(OFDM)等技術(shù)應(yīng)用于自動抄表系統(tǒng)。但由于我國低壓電網(wǎng)環(huán)境惡劣，以上技術(shù)的應(yīng)用效果始終不理想。工頻畸變是雙向工頻自動通信(Two Way Automatic Communication，TWAC)的簡稱，與載波通信相比具有有效傳輸距離長，通信可靠，信號可通過變壓器等優(yōu)勢。

　　1 系統(tǒng)組成

　　自動抄表系統(tǒng)一般由采集用戶電能表信息的采集終端、集中器、主站系統(tǒng)組成。采集器和集中器位于每個(gè)變壓器下，對采集器上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，同時(shí)作為聯(lián)系采集器與主站的橋梁(主站是位于最上層的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng))。基于雙向工頻自動通信的自動抄表系統(tǒng)，其畸變信號可進(jìn)行跨變壓器臺區(qū)的傳輸，位于電表附近的采集器與主站之間無需另加集中器作為連接橋梁，系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　雙向工頻自動通信系統(tǒng)由中央控制單元、子站端調(diào)制解調(diào)設(shè)備和用戶端調(diào)制解調(diào)設(shè)備組成，其原理就是利用工頻電壓基波過零調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)通信。出站信號調(diào)制，在電壓過零點(diǎn)前△T/2(過零點(diǎn)前30度)時(shí)刻，打開調(diào)制電路圖2(a)中晶閘管，產(chǎn)生的瞬時(shí)電流耦合進(jìn)工頻電壓的電流ic，引起一個(gè)電壓降emod，在 10 kV電壓E過零點(diǎn)處發(fā)生畸變，如圖2(b)所示。電壓畸變信號的編碼是利用相鄰兩個(gè)周期電壓波形來攜帶一位信息，利用調(diào)制位置的不同來表示“1”或 “O”。入站信號調(diào)制方法與出站信號類似，只是入站信號調(diào)制是將畸變信號加于電壓過零點(diǎn)時(shí)刻的電流上。

　　2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　調(diào)制電路系統(tǒng)主要由濾波電路、過零檢測電路及調(diào)制電路組成。調(diào)制電路的等效電路已給出，不再討論。圖3所示硬件電路是由A1(MAX-291)、 A2(TA7504P)、A3(OP07)組成的濾波電路和過零檢測電路。A1通過改變時(shí)鐘輸入頻率可改變?yōu)V波器截止頻率，并且截止頻率為時(shí)鐘頻率的 1/100。時(shí)鐘輸入端加5 V電平的方波信號，在A1的輸入(IN)與輸出(OUT)端之間可以獲得低通濾波器的特性。A2用于平滑A1的輸出階梯狀波形，增強(qiáng)其效果。過零檢測電路主要由運(yùn)放器OP07，4個(gè)二極管以及1個(gè)三極管組成。

　　畸變信號的檢測電路由前置濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路組成。數(shù)據(jù)采集電路由ADl674芯片及其外圍電路組成。整個(gè)檢測系統(tǒng)核心是一塊 PLC24系列微處理器芯片加上必要的數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器及必要的輸入、輸出電路組成的單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在此只給出如圖4所示的系統(tǒng)框圖。

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