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载波通信解决方案(一)载波通讯芯片YZ0603U

前言

近年来,低压电力线载波通信技术在载波抄表领域大量应用,虽然取得了一定的成绩,但是也存在不少问题,这主要是由于低压配电网的主要功能是传输电能和实现能量转换,具有负载变化多样的特点,加之没有结合电力线的固有的对通信有利的特性。主要存在的问题有:点对点通信传输距离短和电网阻抗发生变化或干扰发生时通信稳定性差。为此,我公司针对载波通信所存在的问题,参考国内外载波通信技术方案,结合本公司的技术特长,采ARISC技术开发出一种集MCU和载波信号调制解调功能的全新SOC芯片—YZ0603U,和基于YZ0603U芯片为核心的低压电力线载波通信专用模块YPLC0603

概述

载波通信芯片YZ0603U我公司通过对低压电力线载波通信技术多年的研究与应用,针对低压交流50Hz电网以传输电能为主,且用户负载变化多样的特点,我公司进行了认真的研究和大量的测试与实验。发现影响电力线载波通信能力的三个主要因数信号衰减、噪声和阻抗变化,由此造成电力线载波通信的直通率、稳定性、抄收实时性较差、载波抄表的成功率较低,但低压电网也存在“统一的正弦交变周期;载波信号在交流50Hz 峰值与过零时噪声与阻抗不同”等固有特点,开发的一种利用电力线过零进行同步通信,具有实时获取相邻节点的通信状态信息和动态路由自组网、主动上报等特点的全新的低压电力线载波通信SOC芯片。

 

YZ0603U载波芯片技术特点

  • 采用自适应复合PSK/DS/SS -ASK(相移扩频-调幅)载波通讯技术,避免ASK、FSK、PSK及DS/SS等单一载波通讯方式下的同频干扰、负荷突变、多径干扰等缺点;
  • 抑制同频干扰技术:采用数字算法,数字匹配滤波器,最大程度地抑制了同频干扰的问题;
  • 自动增益控制技术:信号自动跟踪,自动控制完成增益,最佳灵敏度接收信号;
  • 动态路由自组网技术:节点自动路由,动态中继;
  • 多重校验码技术:内置硬件汉明码、CRC、CS 校验码等多种校验码,降低了误码率;
  • 过零点同步技术: 充分利用信号电网电压在过零点附近噪声低、阻抗小的特点,采用50HZ的信号同步(零点同步),该信号幅度大,电流强,不会被干扰信号干扰;
  • 集成度高,该芯片集微型CPU和信号调制解调功能于一身,能与现有的电子电能表很好的结合,结合后的体积小,性价比高;
  • 带负载能力强,支持对磁保持继电器系列的制动,实现远程断送电功能;
  • 电能脉冲的数据处理和数据存储能力;
  • 具有LCD液晶显示,实现测量数据与显示数据同步,保持数据的一致性;
  • 支持串口通讯;
  • 单+5伏电压工作;
  • 载波频率:80KHz;
  • 通讯速率高:1Kbps;

 

YZ0603U载波芯片的应用范围

  • 低压台区电力线自动抄表系统;
  • 智能大厦以及楼宇自动控制;
  • 家用电器集中控制;

 

关键技术

稳定统一的同步方式:

在同一低压台区供电的同一相中,电压的正弦交变周期具有一致性。这一特点可以为载波通信提供不会产生失步的同步方法。在同一台变的一相中,采用电压过零检测并辅助以软件校准,为载波通信提供准确同步信号,简单方便。

优异的通讯时机:

电网噪声是用电设备产生的固有特性。为提高通信能力,选择交流50Hz 中噪声低的时间段进行通信,是一种提高通信能力的有效方法。电网阻抗是由电网结构和用电设备的分布决定的,其阻抗值也是随交流50Hz 电压值变化而变化。选择阻抗值较高的时间段进行通信,同样有利于提高通信能力。理论上和正常测试情况下,在交流50Hz 正弦波中,在80K 载波频率下,过零时的阻抗是峰值阻抗的4倍。过零时的噪声比峰值时噪声要有明显的降低,在过零前后进行信号传输是提高通讯能力的方法。由于电网的随机性很大如果过零前后受到干扰,将会影响到通讯能力。所以我们采取的是在工频周期20mS以内,从过零点开始接收信号,每隔2mS 接收1 次,一个工频周期内有10 次接收,利用的亢余原理,电网中干扰信号周期小于17mS 都可以保证有效的接收。使通讯的成功率得到有效的保证。

动态路由自组网技术:

每个节点内置独一无二MAC地址,且自动搜索附近节点,实时获取对方通信状态信息,根据节点的通信状态,选择最佳通信路由,无须人工干扰自动组网,中继级可达到16级(理论中继深度达256级),有效解决了电力线的多径干扰,突变干扰,通讯距离短等问题

 

YZ0603U载波芯片内部逻辑方框图

YZ0603U载波芯片引脚图

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