本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種利用電力線載波技術的監控設備及其監控方法。

背景技術：

通信設備的監控系統對于保障可靠的通訊鏈路具有重要意義。自20世紀80年代起，現場總線因其可靠性強/通信快捷、兼容性廣等一系列優勢在工業自動化控制中得以廣泛應用。目前各種設備監控管理系統和現場總線設備種類繁多，可以滿足各行業的需要。但在一些空間有限的應用場景，現場總線技術也存在著布線難度高、傳輸速率受限、不易維護的問題。

電力線載波技術是指利用已有的配電網作為傳輸媒介，進行載波傳輸的一種通信方式，該技術將通信信號通過耦合電路耦合到電力線上，實現數據傳遞和信息交換。電力線載波通信技術借助電力線進行數據傳輸，不需要重新布線，在家庭上網和物聯網領域得到了廣泛的應用。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種利用電力線載波技術的監控設備及其監控方法，無需重新布線，即可有效的完成設備監控管理。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種利用電力線載波技術的監控設備，包括主節點、調制解調器、從節點，一個設備監控系統含有一個主節點和多個從節點，主從節點、調制解調器通過電力線信道組成單總線型拓撲結構，主節點為系統監控基站，接收來自從節點的監控數據，調制解調器用于完成監控數據的調制、解調和耦合，為主從節點通信提供通路；從節點為被監控設備，按照規定的總線訪問機制將監控數據發送給主節點，電力線為數據傳輸提供通道，同時為主從節點和調制解調器提供電源；

所述的主節點和從節點與調制解調器接口采用UART或USB通信方式通信；

所述的調制解調器主要包括調制解調模塊、AD/DA模塊、耦合器模塊，其中調制解調模塊采用RS編碼對節點數據進行編碼，來避免來自電力線信道中的單頻點脈沖干擾，然后采用采用相位連續的PSK調制解調方式對數據信號進行調制，保證減小頻譜擴展和干擾，然后將調制好的信號通過AD模塊、耦合器模塊發送至電力線信道上，同理與主節點連接的調制解調器完成對信號的接收、解調、解碼等流程，將監控數據發送給主節點。

一種利用電力線載波技術實現設備監控的方法，其監控方法包括物理層設計和數據鏈路層信道訪問機制設計，其中物理層主要實現了數據的調制解調方式和信號處理相關內容，為數據鏈路層通信提供底層訪問服務和接口；數據鏈路層主要發明了一套基于改進的令牌總線的多址通信通信方案，包括以下步驟：

1、物理層數據傳輸過程如下：

1）從節點通過UART或USB方式將監控數據發送給調制解調器；

2）調制解調器將監控數據進行組幀，然后經RS編碼、連續相位的PSK調制、DA變換、信號耦合，然后將信號發送至電力線信道上；

3）主節點通過耦合器感知電力線上的模擬信號，然后經AD轉換、PSK解調、RS解碼，從幀中獲取來自從節點的數據；

4）主節點向從節點發送數據同上；

2、數據鏈路層基于改進的令牌總線多址訪問：

1）系統上電后，總線上的調制解調器通過電力線進行自組網，組網后每一個節點都具備唯一的邏輯地址。每一個從節點都有前繼地址和后繼地址，以及主節點地址；

2）當網絡空閑時，只有空閑令牌在環路上不停流動；

4）當一個站想發送數據時，必須截獲空閑令牌；

3）系統上電后，初始空閑令牌由主節點發出，遍歷所有從節點后，由最后一個從節點傳遞給主節點；

5）如果經過的令牌其比特為1，則不是空閑令牌，只能耐心等待；

6）如果經過的令牌其比特為0，這時，發送站將令牌比特置為1，并將本節點所需發送數據長度等信息發送至主節點，主節點接收此信息后，對該從節點應答，并將總線訪問權授予此從節點，從節點收到主節點授權后將待發送數據組裝成數據幀，發送數據至主節點，該從節點可以連續地發送直到無數據可發為止；

7）從節點發送數據完成后，向主節點發送釋放令牌請求，讓出總線訪問權。待主節點應答后，將空閑令牌發送至下一從節點；

8）當環路中所有節點發送數據完成后，將空閑令牌發送至主節點，主節點獲得令牌后，可以訪問從節點。如果無需訪問從節點，可以將令牌傳遞給1號從節點，繼續上述傳遞流程。

附圖說明

圖1電力線設備監控單總線拓撲圖；

圖2 調制解調器物理層數據處理流程；

圖3 令牌在總線上的傳遞流程。

具體實施方式

以下結合附圖對發明進一步敘述。

如圖1所示，一種利用電力線載波技術實現設備監控的方法，其特征在于，硬件平臺包括主節點、調制解調器、從節點，一個設備監控系統含有一個主節點和多個從節點，主從節點、調制解調器通過電力線信道組成單總線型拓撲結構，主節點為系統監控基站，接收來自從節點的監控數據；調制解調器用于完成監控數據的調制、解調和耦合，為主從節點通信提供通路；從節點為被監控設備，按照規定的總線訪問機制將監控數據發送給主節點，電力線為數據傳輸提供通道，同時為主從節點和調制解調器提供電源，其監控方法包括以下步驟：

如圖2所示，點對點數據傳輸過程如下：

1）從節點通過UART或USB方式將監控數據發送給調制解調器；

2）調制解調器將監控數據進行組幀，然后經RS編碼、連續相位的PSK調制、DA變換、信號耦合，然后將信號發送至電力線信道上；

3）主節點通過耦合器感知電力線上的模擬信號，然后經AD轉換、PSK解調、RS解碼，從幀中獲取來自從節點的數據；

4）主節點向從節點發送數據同上；

如圖3所示，本發明在處理多個節點共享通信信道時，采用了改進型的令牌總線技術方案，為各個節點提供平等的網絡訪問服務，可靠性高，通信速率高，可確定的網絡性能，保證了設備監控對于傳輸時延的需求。具體實施方式如下：

1）系統上電后，總線上的調制解調器通過電力線進行自組網，組網后每一個節點都具備唯一的邏輯地址。每一個節點都有前繼地址和后繼地址，以及主節點地址。

2）當網絡空閑時，只有空閑令牌在環路上不停流動。

3）系統上電后，初始空閑令牌由主節點發出，遍歷所有從節點后，由最后一個從節點傳遞給主節點。

4）當一個站想發送數據時，必須截獲空閑令牌。

5）如果經過的令牌其比特為1，則不是空閑令牌，只能耐心等待。

6）如果經過的令牌其比特為0，這時，發送站將令牌比特置為1，并將待發送數據組裝成數據幀，發送數據至主節點。該站可以連續地發送直到無數據可發或者到令牌保持計時器計滿為止。

7）該站發送數據完成后，釋放令牌，并將空閑令牌發送至下一節點。

8）當環路中所有節點發送數據完成后，將空閑令牌發送至主節點，主節點獲得令牌后，可以訪問從節點。如果無需訪問從節點，可以將令牌傳遞給1號從節點，繼續上述傳遞流程。

9）從節點之間不進行數據幀傳輸。