基于电力线载波通信的线路识别检测仪设计研究

徐蕊妍

（上海市安全生产科学研究所）

0 引言

电力线载波（Power Line Carrier, PLC）通信是利用高压电力线路（通常指 35 kV 及以上电压等级）、中压电力线路（指10 kV 电压等级）或低压配电线（380 V、220 V 用户线），作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。近年来，高压电力线载波技术突破了仅单片机应用的限制,已经进入了数字化时代。随着电力线载波技术的不断发展，中低压电力线载波通信的技术开发及应用越来越广泛。PLC是电力系统特有的基本通信方式，与其他通信方式相比，电力线载波通信以电力线路为载体，具有传输数据信息可靠、投资少，以及施工期短无需再铺设信号线等优点[1-3]。本文研究一种基于电力线载波通信的线路识别技术，通过启动主检测线路上的检测命令，可以确定低压出线侧的线路连接情况，形成基于电力线载波通信的线路识别技术方案，再利用载波通信功能模块，对该技术方案进行验证。

1 在低压电力线路识别中遇到的问题

在某化工园区规划过程中，低压电力线路遇到不能识别复杂线路连接的情况。如果采用人工断电进行线路识别，将对化工生产造成重大影响，因此需要开发一种方便快捷的装置，能够在不停电的情况下方便地检查出低压线路的连接情况。

调查研究了相关仪器但都不能进行双边协同工作，距离远时还要解决相互沟通的问题。在布线工程中采用最普遍的是区分线序的方法，具体如下。

1）布线一根接一根，非常耗时，但最可靠。缺点是效率非常差、重复劳动最多。

2）万用表加对讲机，二人协同方式。优点是准确、重复劳动较少。缺点是需要多次测量、校对，效率低、浪费人力，并且人员需要培训。

在调研过程中发现，部分单位正在使用一些电缆对线设备。但是这些设备或者是简单的信号发生器，准确性不好，不易掌握，抗干扰性能低，或者是体积庞大、笨重，无法便捷携带和使用，工人们在没有特殊要求时是不愿意使用它们的。因此，需要研制一款体积小、操作简便、测量准确的电缆对线仪器，提高布线施工的便捷性和可靠性。

通信公司（电信、联通、移动）所用的网线检测仪可以进行信息传递，但无法进行双向通信，也无法进行线路详细信息的传递。利用这些设备的信息传递原理，开发设计出一种能够测量准确的线路识别仪器，它既能进行信息传递、又能双向通信，能够实现线路详细信息的传递。

2 线路识别检测仪的工作原理

基于电力线载波通信的线路识别检测仪利用载波技术将电信号编码后发送出去，用于识别线路状况；根据接收端接收信号情况来判断线路状况，如果发射信号接收成功则说明线路是通的，接收失败则说明断路，如接收端多路同时收到发射信号则说明短路。

线路识别检测仪分为发射端和接收端，使用载波模块进行载波通信。发射机部分的接地线与被测试电缆的屏蔽层或与钢芯连接；将1～12号检测线与被测试线缆连接，并开启发射机。接收机部分的接地线与被测试电缆的屏蔽层或与钢芯连接；将检测接口依次对接未知线缆，LCD显示器会显示对应的发射机序号即可知道对应线缆。

基于电力线载波通信的线路识别检测仪的工作原理见图1。发射机通过1～12号口以不同的波特率交替发送“A1-A12”字符串。接收机捕捉对应字符串来检测对应的线缆线序。

基于电力线载波通信的线路识别检测仪具有以下优点。

1）利用双向馈电电路进行检测，无需公共线。

2）利用被测线路进行异步通信，并进行编码校验，排除误码，强抗干扰。

3）线路标号直接显示，防误操作。

4）测量方式多样化，适应多种测量场合。

5）整机低功耗设计，最大限度地增加工作时间。

6）采用载波通信模式，确保施工人员安全。

7）小型手持仪器，单人、单手操作。

3 线路识别检测仪的硬件设计和软件设计

3.1 硬件设计

基于电力线载波通信的线路识别检测仪的硬件结构见图2，载波发射模块见图3，供电降压模块DC-DC见图4。

图2 线缆检测仪硬件结构

图3 载波发射模块

图4 供电降压模块DC-DC

载波发射模块供电电压检测仪，实时查看发射机电压。电压显示图见图5。

图5 电压显示

ATMEGA328载波发射模块，从TX1、RX0、D2-D11，对应输出A0-A11载波字符串，对应12路线路信号。信号检测模块，通过RX0接收载波信号并在液晶显示屏上显示。

Arduino Uno开发板——以ATmega328 MCU控制器为基础——具备14路数字输入/输出引脚（其中6路可用于PWM输出）、6路模拟输入、一个16MHz陶瓷谐振器、一个USB接口、一个电源插座、一个ICSP接头和一个复位按钮。它采用Atmega16U2芯片进行USB到串行数据的转换。Uno PCB的最大长度和宽度分别为2.7英寸（6.86cm）和2.1英寸（5.33cm），USB连接器和电源插座超出了以前的尺寸。4个螺丝孔让电路板能够附着在表面或外壳上。请注意，数字引脚7和8之间的距离是160密耳（4mm），不是其他引脚间距（100密耳，2.5mm）的偶数倍。它包含了组成微控制器的所有结构，同时，只需要一条USB数据线连接至电脑。目前，Arduino Uno已成为Arduino主推的产品。

ATmega328具有32KB闪存（其中0.5KB被启动加载器占用）。它还具有2KB SRAM和1KB EEPROM（可以利用EEPROM库读取和写入）。

Arduino Uno可通过USB连接或者外部电源供电。外部（非USB）电源可以是AC-DC适配器，也可以是电池。通过将2.1mm中心正极插头插入电路板的电源插座即可连接适配器。电池的引线可插入电源连接器的Gnd和Vin排针。电路板可由6～20V外部电源供电。然而，如果电源电压低于7V，那么5V引脚可能会提供低于5V的电压，电路板也许会不稳定。如果电源电压超过12V，稳压器可能会过热，从而损坏电路板。电压范围建议为7～12V。

3.2 软件设计

基于电力线载波通信的线路识别检测仪采用AVR软件模拟串口程序。

输出：用定时器控制普通IO口输出位。

输入：用外部中断+定时器，判断位的宽度。

4 线路识别检测仪的应用

在该化工园区应用了线路识别检测仪，能够在不停电的情况下方便地检查出低压线路的连接情况，效果良好。现场检测图如图6所示。

图6 现场检测图

5 结束语

本文设计了基于电力线载波通信的线路设备检测仪，通过设计基于电力线载波通信的主从设备，能够方便、快捷地完成低压电力线路的连接情况的识别。该线路设备检测仪应用在低压电力线路中，能及时、有效、简便地检测出进线对应的出线，也确保施工人员安全。