CN114124155A - 一种通讯网络负载检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种通讯网络负载检测电路，应用于电力载波通信网络，电路包括：电流采样单元，电流采样单元的第一端与电力载波通信网络中第一运算放大器的接地端连接，电流采样单元的第二端与电力载波通信网络中第二运算放大器的接地端连接，用于采集信号放大电路的输出电流，信号放大电路的输出电流与电力载波通信在电网中产生的通讯负载正相关；电流转换单元，与电流采样单元的第二端连接，用于将信号放大电路的输出电流转化为第一电压信号；第一显示单元，与电流转换单元连接，用于根据第一电压信号获取信号放大电路的输出电流，并显示信号放大电路的输出电流。本申请检测通讯负载的大小。

Description

一种通讯网络负载检测电路

技术领域

本发明涉及电力线载波通信技术领域，尤其涉及一种通讯网络负载检测电路。

背景技术

高级计量架构(AMI)是智能网络计划的重要组成部分，其中联网抄表技术可由电力线载波(PLC)技术来实现，通过电力线载波技术将智能电表的输出的信号通过电网中的电力线进行传输。图1示出了电力线载波通信模块的电路图，电力线载波技术是以OFDM调制模式为基础，电力线载波信号的发射过程为待传输的数字信号通过调制电路A1被调制为差分模拟信号，差分模拟信号通过信号放大电路A2被放大，放大后的信号通过耦合电路A3被耦合到任意两根存在压差的电力线上进行信号传输。相应的，电力线载波信号的接收是发射的逆过程。

然而在使用电力线载波技术在电网中进行通讯时，会产生通讯负载，从而影响通讯信号的发射功率与接收灵敏度，导致通讯质量下降。由于通讯负载与用户用电负载类型以及用电量相关，因此通过探测通讯负载情况，进而选择合适的PLC通讯频带和智能电表安装位置或增加滤波器，可以提高电力线载波通讯网络搭建与通讯成功率，给用户带来更稳定便捷的智能电表通讯系统。

因此，需要一种通讯网络负载检测电路。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种通讯网络负载检测电路，检测电力载波通信在电网中产生的通讯负载。

根据本申请实施例的一方面，提供了一种通讯网络负载检测电路，其应用于电力载波通信网络，所述电力载波通信网络中的信号放大电路包括用于放大正向PLC信号的第一运算放大器和用于放大反向PLC信号的第二运算放大器；所述通讯网络负载检测电路包括：

电流采样单元，所述电流采样单元的第一端与所述第一运算放大器的接地端连接，所述电流采样单元的第二端与所述第二运算放大器的接地端连接，用于采集所述信号放大电路的输出电流，所述信号放大电路的输出电流与电力载波通信在电网中产生的通讯负载正相关；

电流转换单元，与所述电流采样单元的第二端连接，用于将所述信号放大电路的输出电流转化为第一电压信号；

第一显示单元，与所述电流转换单元连接，用于根据所述第一电压信号获取所述信号放大电路的输出电流，并显示所述信号放大电路的输出电流。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述电流采样单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的接地端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二运算放大器的接地端连接。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述电流转换单元包括：

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述电流采样单元的第二端连接；

第三运算放大器，包括正相输入端、反相输入端以及输出端，所述正相输入端与所述第二电阻的第二端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端接地，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的反相输入端连接；

第四电阻，跨接于所述第三运算放大器的输出端和反相输入端。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述第一电压信号与所述信号放大电路的输出电流的关系为

Iout＝Cout R3/(R3+R4)R1

其中，Iout代表所述放大电路的输出电流，Cout代表所述第一电压信号，R1代表所述第一电阻，R3代表所述第三电阻，R4代表所述第四电阻。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述第一显示单元包括：

模数转换模块，与所述电流转换单元连接，用于将所述第一电压信号进行模数转换；

数据处理模块，与所述模数转换模块连接，用于根据模数转换后的第一电压信号获取模数转化后的输出电流；

显示模块，与所述数据处理模块连接，用于在显示屏上显示所述模数转化后的输出电流的波形。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述电路还包括：

第二显示单元，包括多组指示灯单元，用于根据所述第一电压信号控制所述多组指示灯单元亮灯。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述指示灯单元包括：

基准电压产生模块，用于根据所述第一电压信号在所述通讯负载为预设通讯负载时的最大值，生成基准电压；

比较模块，包括第一正输入端、第一负输入端以及第一比较结果输出端，所述第一正输入端与所述基准电压产生模块的输出端连接，所述第一负输入端与所述电流转换单元的输出端连接，用于比较所述基准电压和所述第一电压，输出第二电压；

发光模块，与所述比较模块的第一比较结果输出端连接，用于在所述第二电压的驱动下发光。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述基准电压产生模块包括：

第七电阻，所述第七电阻的第一端与电源连接；

第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第八电阻的第二端接地。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述比较模块包括：

第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述电流转换单元的输出端连接；

电压比较器，包括第二正输入端、第二负输入端以及第二比较结果输出端，第二正输入端与所述第六电阻的第二端连接，第二负输入端与所述基准电压产生模块的输出端连接；

第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述电压比较器的第二比较结果输出端连接，所述第九电阻的第二端与所述发光模块连接。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述发光模块包括：

发光二极管，阳极与电源连接；

开关管，所述开关管的控制端与所述比较模块的第一比较结果输出端连接，所述开关管的输入端与所述发光二极管的阴极连接，所述开关管的输出端接地。

本申请通过第一采样单元采集电力载波通信中放大电路的输出电流，并通过第一显示单元显示输出电流，以直观判断电力载波通信在电网中产生负载的大小。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了电力线载波通信模块的电路图。

图2示出了电力载波通讯网络中负载的示意图。

图3是根据一实施例示出的一种通讯网络负载检测电路的示意图。

图4是根据一实施例示出的另一种通讯网络负载检测电路的示意图。

图5是根据一实施例示出的又一种通讯网络负载检测电路的示意图。

图6是根据一实施例示出的一种第一显示单元的示意图。

图7是根据一实施例示出的一种指示灯单元的示意图。

图8是根据一实施例示出的另一种指示灯单元的示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

图2示出了电力载波通讯网络中负载的示意图。如图2所示，电力载波信号发射端中信号放大电路将放大后的信号耦合到电力线上时，会引入输出阻抗A4与输出负载A5(即通讯负载)，当信号放大电路输出功率与输出阻抗一定的情况下，输出负载A5越大，则需要的驱动电流就越大，进而导致输出PLC信号电压降低。即PLC信号的幅值降低，导致PLC信号淹没在噪声中，影响通讯距离。

同理，电力载波信号接收端引入接收阻抗A7与接收负载A6(即通讯负载)。理论上接收阻抗A7越大，接收到的PLC信号越完整，但是由于接收负载A6的存在，且并联在接收阻抗A7的两端，从而使得接收阻抗A6//A7(A6与A7并联后的等效阻抗)变小，进而导致接收到的信号幅值降低。需要说明的是，本文测量的是电力载波信号发射端产生的输出负载A5。

图3是根据一实施例示出的一种通讯网络负载检测电路的示意图。该检测电路应用于电力载波通信网络，用于检测电力载波通信技术在电网中产生的负载，以下简称通讯负载。如图3所示，电力载波通信网络中的信号放大电路A2包括用于放大正向PLC信号的第一运算放大器PA1和用于放大反向PLC信号的第二运算放大器PA2。通讯网络负载检测电路包括：

电流采样单元310，电流采样单元310的第一端与第一运算放大器PA1的接地端连接，电流采样单元310的第二端与第二运算放大器PA2的接地端连接，用于采集信号放大电路的输出电流，信号放大电路A2的输出电流与电力载波通信在电网中产生的通讯负载A10(对应于图2中的A5)正相关。

需要说明的是，电流采样单元310的第一端接地。

如图3所示，本申请通过电流采样单元将第一运算放大器PA1和第二运算放大器PA2的接地端连接，与耦合电路T1构成回路，同时由于通讯负载A10的存在，在回路中产生信号放大电路A2的输出电流。

在回路中，流经电流采样单元的电流即为信号放大电路A2的输出电流，结合图2中分析，输出负载A5越大，则需要的驱动电流就越大，因此信号放大电路A2的输出电流与通讯负载A10正相关，可以根据放大电路A2的输出电流等效出通讯负载A10的大小。

电流转换单元320，与电流采样单元310的第二端连接，用于将信号放大电路的输出电流转化为第一电压信号。

本申请实施例中，为了方便后续通过对电流采样信号的显示或者运用，等效通讯负载的大小进行，将电流信号转为化电压信号。

第一显示单元330，与电流转换单元连接，用于根据第一电压信号获取信号放大电路的输出电流，并显示信号放大电路的输出电流。

由于信号放大电路A2的输出电流与电力载波通信在电网中产生的通讯负载A10正相关，直观显性地输出电流的波形，可以使得工作人员可以直观获悉通讯负载的大小。

本申请通过第一采样单元采集电力载波通信中放大电路的输出电流，并通过第一显示单元显示输出电流，以直观判断电力载波通信在电网中产生负载的大小。

图4是根据一实施例示出的另一种通讯网络负载检测电路的示意图。

如图4所示，电流采样单元410包括：

第一电阻R1，第一电阻R1的第一端与第一运算放大器PA1的接地端连接，第一电阻R1的第二端与第二运算放大器PA2的接地端连接。

本申请通过电阻的形式采集信号放大电路A2的输出电流，电流转换单元可以采集第一电阻R1的压降，从而将输出电流转化为第一电压信号。

在具体实施中，第一电阻R1可以选取mΩ或uΩ级别电阻。如果R1的阻值过大，会造成R1两端产生的压降变大，使得PA2的接地端是通过R1连接，不是零电势面。

图5是根据一实施例示出的又一种通讯网络负载检测电路的示意图。

如图5所示，电流转换单元520包括：

第二电阻R2，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端连接；

第三运算放大器U1，包括正相输入端、反相输入端以及输出端，正相输入端与第二电阻R2的第二端连接；

第三电阻R3，第三电阻R3的第一端接地，第三电阻R3的第二端与第三运算放大器U1的反相输入端连接；

第四电阻R4，跨接于第三运算放大器U1的输出端和反相输入端。

本申请实施例采用正相放大电路采集第一电阻R1的压降，对图5进行电路分析可知，第一电压信号与信号放大电路A2的输出电流的关系为：

其中，Iout代表放大电路的输出电流，Cout代表第一电压信号，R1代表第一电阻，R3代表第三电阻，R4代表第四电阻。调整R3与R4大小，可以调整Cout最大值与最小值。

由于PLC信号为OFDM调制方式的信号，所以Iout的波形也是OFDM波形，在具体实施中，为了检测更准确，U1可以选择高速运算放大器，响应速度至少在2M。

图6是根据一实施例示出的一种第一显示单元的示意图。如图6所示，第一显示单元包括：

模数转换模块610，与电流转换单元连接，用于将第一电压信号进行模数转换；

数据处理模块620，与模数转换模块610连接，用于根据模数转换后的第一电压信号获取模数转化后的输出电流；

显示模块630，与数据处理模块630连接，用于在显示屏上显示模数转化后的输出电流的波形。

在一实施例中可以通过模数转换模块610对第一电压信号进行采样，调整第三电阻R3与第四电阻R4的大小，确保Cout代最大值与最小值在模数转换模块的输入范围。数据处理模块620可以采用MCU，模数转换模块610输出SPI信号到MCU，MCU利用上述Iout与Cout的关系式，计算出Iout。显示模块630可以采用液晶显示屏，从而通过液晶显示屏显示Iout。

在本申请的一些实施例中，基于上述方案，电路还可以包括：

第二显示单元，包括多组指示灯单元，用于根据第一电压信号控制多组指示灯单元亮灯。

图7是根据一实施例示出的一种指示灯单元的示意图。如图7所示，指示灯单元包括：

基准电压产生模块710，用于根据第一电压信号在通讯负载为预设通讯负载时的最大值，生成基准电压。

假设通讯负载为2Ω时，Cout的最大值为V_2，那么基准电压产生模块710产生的基准电压为Vref＝V_2，同理通过记录其他通讯负载阻值下的Cout的最大值，获得多个指示灯单元对应的Vref值，例如，通讯负载为5Ω时，Cout的最大值为V_5，那么基准电压产生模块710产生的基准电压为Vref＝V_5,通讯负载为10Ω时，Cout的最大值为V_10，那么基准电压产生模块710产生的基准电压为Vref＝V_10。

比较模块720，包括第一正输入端、第一负输入端以及第一比较结果输出端，第一正输入端与基准电压产生模块710的输出端连接，第一负输入端与电流转换单元的输出端连接，用于比较基准电压和第一电压，输出第二电压。

发光模块730，与比较模块720的第一比较结果输出端连接，用于在第二电压的驱动下发光。

比较模块720可以在第一电压大于基准电压时输出高电平，驱动发光模块亮灯，在第一电压大于基准电压时输出低电平，发光模块不亮灯。

在具体实施中，可以设置多组指示灯单元，每组指示灯单元对比不同的阻值的通讯负载。当第一电压大于该指示灯单元对应的基准电压时，该指示灯单元对应的发光模块点亮。

例如，当只有第一发光模块点亮，表明当Cout达到V_2时，通讯负载为2Ω。当第一发光模块、第二发光模块以及第三发光模块共同点亮时，表明Cout达到V_10，通讯负载为10Ω。

图8是根据一实施例示出的另一种指示灯单元的示意图。如图8所示，基准电压产生模块810包括：

第七电阻R7，第七电阻R7的第一端与电源连接；

第八电阻R8，第八电阻R8的第一端与第七电阻R7的第二端连接，第八电阻R8的第二端接地。

在具体实施中可以通过调节R7与R8，使其产生的基准电压第一电压信号在通讯负载为预设通讯负载时的最大值相符。

如图8所示，比较模块820包括：

第六电阻R6，第六电阻R6的第一端与电流转换单元的输出端连接；

电压比较器U2，包括第二正输入端、第二负输入端以及第二比较结果输出端，第二正输入端与第六电阻R6的第二端连接，第二负输入端与基准电压产生模块810的输出端连接；

第九电阻R9，第九电阻R9的第一端与电压比较器U2的第二比较结果输出端连接，第九电阻R9的第二端与发光模块830连接。

在具体实施中，比较模块820还包括第一电容C1，一端与电压比较器U2的第二负输入端连接，另一端接地，用于滤波。

如图8所示，发光模块830包括：

发光二极管D1，阳极与电源连接；

开关管Q1，开关管Q1的控制端与比较模块820的第一比较结果输出端连接，开关管Q1的输入端与发光二极管D1的阴极连接，开关管Q1的输出端接地。

在具体实施中，开关管Q1可以采用流控型晶体三极管或者压控型MOS管。图8以流控型晶体三极管为例示意开关管Q1。

当比较模块820输出高电平时，驱动开关管Q1导通，发光二极管D1点亮。

在具体实施中，发光模块830还包括：

第十电阻R10，串联与电源与发光二极管D1之间，用于调节电流。

第二电容C2，与发光二极管D1并联，用于滤波。

第十一电阻R11，一端与开关管Q1的输出端连接，另一端接地，用于调节电流。

第三电容C3，与第十一电阻R11并联，用于滤波。

本申请实施例采集电子载波通讯网络中放大电路的输出电流，并利用波形显示和/或指示灯的方式显示通讯负载的大小，使工作人员可以直观了解通讯负载的大小，为选择合适的PLC通讯频带和智能电表安装位置提供参考信息。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通讯网络负载检测电路，其特征在于，应用于电力载波通信网络，所述电力载波通信网络中的信号放大电路包括用于放大正向PLC信号的第一运算放大器和用于放大反向PLC信号的第二运算放大器；所述通讯网络负载检测电路包括：

电流采样单元，所述电流采样单元的第一端与所述第一运算放大器的接地端连接，所述电流采样单元的第二端与所述第二运算放大器的接地端连接，用于采集所述信号放大电路的输出电流，所述信号放大电路的输出电流与电力载波通信在电网中产生的通讯负载正相关；

电流转换单元，与所述电流采样单元的第二端连接，用于将所述信号放大电路的输出电流转化为第一电压信号；

第一显示单元，与所述电流转换单元连接，用于根据所述第一电压信号获取所述信号放大电路的输出电流，并显示所述信号放大电路的输出电流。

2.如权利要求1所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述电流采样单元包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的接地端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二运算放大器的接地端连接。

3.如权利要求2所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述电流转换单元包括：

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述电流采样单元的第二端连接；

第三运算放大器，包括正相输入端、反相输入端以及输出端，所述正相输入端与所述第二电阻的第二端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端接地，所述第三电阻的第二端与所述第三运算放大器的反相输入端连接；

第四电阻，跨接于所述第三运算放大器的输出端和反相输入端。

4.如权利要求3所述的通讯负载检测电路，其特征在于，所述第一电压信号与所述信号放大电路的输出电流的关系为

其中，Iout代表所述放大电路的输出电流，Cout代表所述第一电压信号，R1代表所述第一电阻，R3代表所述第三电阻，R4代表所述第四电阻。

5.如权利要求1所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述第一显示单元包括：

模数转换模块，与所述电流转换单元连接，用于将所述第一电压信号进行模数转换；

数据处理模块，与所述模数转换模块连接，用于根据模数转换后的第一电压信号获取模数转化后的输出电流；

显示模块，与所述数据处理模块连接，用于在显示屏上显示所述模数转化后的输出电流的波形。

6.如权利要求1所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二显示单元，包括多组指示灯单元，用于根据所述第一电压信号控制所述多组指示灯单元亮灯。

7.如权利要求6所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述指示灯单元包括：

基准电压产生模块，用于根据所述第一电压信号在所述通讯负载为预设通讯负载时的最大值，生成基准电压；

比较模块，包括第一正输入端、第一负输入端以及第一比较结果输出端，所述第一正输入端与所述基准电压产生模块的输出端连接，所述第一负输入端与所述电流转换单元的输出端连接，用于比较所述基准电压和所述第一电压，输出第二电压；

发光模块，与所述比较模块的第一比较结果输出端连接，用于在所述第二电压的驱动下发光。

8.如权利要求7所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述基准电压产生模块包括：

第七电阻，所述第七电阻的第一端与电源连接；

第八电阻，所述第八电阻的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第八电阻的第二端接地。

9.如权利要求7所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述比较模块包括：

第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述电流转换单元的输出端连接；

电压比较器，包括第二正输入端、第二负输入端以及第二比较结果输出端，第二正输入端与所述第六电阻的第二端连接，第二负输入端与所述基准电压产生模块的输出端连接；

第九电阻，所述第九电阻的第一端与所述电压比较器的第二比较结果输出端连接，所述第九电阻的第二端与所述发光模块连接。

10.如权利要求7所述的通讯网络负载检测电路，其特征在于，所述发光模块包括：

发光二极管，阳极与电源连接；

开关管，所述开关管的控制端与所述比较模块的第一比较结果输出端连接，所述开关管的输入端与所述发光二极管的阴极连接，所述开关管的输出端接地。

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