数据通信的电力线路节点转让专利
申请号 : CN200480024241.4
文献号 : CN1839558B
文献日 : 2010-09-29
发明人 : 罗尔夫·J·弗伦 , 斯图尔特·L·豪格 , 马休·大卫·劳霍涅米
申请人 : 亨特技术有限公司
摘要 :
提供了一个配电系统中包含一个发送端的节点。发送端包括一变压器，一半桥驱动器，一第一和第二驱动器和一谐振电路。变压器的初级线圈和配电线路相连，次级线圈和发送端相连。半桥驱动电路有选择地维持驱动信号。谐振电路具有音频范围内的自然谐振频率。半桥驱动器有选择地驱动第一和第二驱动器，这样就用和编码数据相关的频率的方波对电力线路进行调制。半桥驱动器电路也能向发送端以及节点提供电力。
权利要求 :
1.一种向配电站传输数据的设备，其中，所述配电站用于接收配电网中配电线路上电力信号中的编码数据，所述设备包括：变压器，包括与所述配电线路相连的初级线圈，以及耦合在第一节点和第二节点之间的次级线圈；
半桥驱动电路，其响应控制信号有选择地维持第一驱动信号和第二驱动信号；
第一驱动器，耦合在第一电力提供节点和公共节点之间，其中，所述第一驱动器在维持所述第一驱动信号时将所述第一电力提供节点耦合至所述公共节点；
第二驱动器，耦合在所述公共节点和第二电力提供节点之间，其中，所述第二驱动器在维持所述第二驱动信号时将所述公共节点耦合至所述第二电力提供节点；
谐振电路，耦合在所述第一节点和所述公共节点之间，其中，所述谐振电路具有位于音频范围内的自然谐振频率，其中，所述半桥驱动电路用于有选择地激活所述第一和第二驱动器，从而使所述配电线路用具有与所述编码数据相关的频率的方波信号进行调制。
2.根据权利要求1的设备，其中，
所述谐振电路包括电阻、电容器和电感不同的组合方式。
3.根据权利要求1的设备，其中，
所述方波信号具有大概在970Hz到1006Hz之间的频率。
4.根据权利要求1的设备，其中，
所述方波信号具有通过所述控制信号有选择地在两个频率之间改变的频率，从而使所述编码数据对应于频移键控(FSK)调制信号。
5.根据权利要求1的设备，其进一步包括发送器载波产生模块，其中，所述发送器载波产生模块用于：在中断发生时增加相位信号，当检测到电力信号中的零交叉时从所述相位信号中捕捉暂时相位误差信号，比较所述暂时相位误差信号和最后相位误差信号，当所述最后相位误差信号大于所述暂时相位误差信号时增加相位误差信号，滤波所述相位误差信号以提供滤波的相位误差信号，通过使用比例增益模块和微分增益模块从所述滤波的相位误差信号中计算校正信号，根据所述校正信号调整与中断相关的时间间隔。
6.根据权利要求1的设备，其进一步包括：
上行流载波产生模块，用于响应所述电力信号提供触发器时钟信号，从而使所述触发器时钟信号被锁定到与所述电力信号相关的另一频率大约128倍的频率，和，数字振荡器，其响应所述触发器时钟，其中，所述数字振荡器用于以与发送器频率相关的速率在数字比特间翻转。
7.根据权利要求6的设备，所述数字振荡器包括：
累积器模块，用于存储数值；
加法器模块，用于当被所述触发器时钟触发时，通过常量增加存储在累积器中数值，其中，采用所述累积器模块的至少一个输出来产生数字比特，从而通过改变所述常量来改变所述发送器频率。
8.根据权利要求6的设备，其进一步包括节点处理器单元，其用于有选择地调整所述数字振荡器中的常量，以对所述电力信号中的数据进行编码。
说明书 :
发明领域
本发明涉及数据通信。更确切地说，本发明涉及通过电力线路将数据通信传送到配电站的发送系统。
发明背景
对大多数公司来说，动力公司都尽力减少管理费用，并为客户提供更多的便利。例如，电力公司正在逐渐脱离判断用户所消耗的能源公司的能源量的高成本且耗时的手工方法。传统上，一个人周期到用户家中，要求读取电表上用户使用能源情况。这种方法成本高、速率低并且会打扰用户。
新一些的系统提供例如电表的节点和中心位置(central location)之间一定程度上的远程通信。一个这样的系统是自动读表(AMR)系统，其使用电力线路在集中器和位于配电站下行流的节点表读取单元之间建立一条数据通路。集中器通常包括将控制信息传送到节点的发送器和从节点接收象瓦时信息这些数据的接收器。节点包括发送器、接收器和读表的电子器件或其它电路。其它使用调制解调器或射频信号的远程表读取和数据通信系统在每次仅能和一个节点通信，因此也具有有限的容量。
现有系统有缺点。例如，由于集中器(或其它使用调制解调器或RF的中心处理系统)在某一给定时间只能从一个节点处接收信号，所以这样的系统的容量收到限制。这一限制导致了瓶颈效应，约束了系统的处理性能和灵活性。此外，也限制了集中器在24小时周期内可与之通信的节点数量，从而限制了可连接到任一给定集中器下行流的节点的数量。
现有系统几乎没有可扩展性。两个因素导致这一限制，包括可连接到任一给定集中器下行流的节点的数量受限和每次将节点加到系统时需要很多时间来手工编程。
现有AMR和电力线路数据通信系统的其它缺点涉及到可靠性、灵活性和可扩展性。例如，系统在每次加入一节点时都需要被手工编程。另一个例子，如果发生能源断供，自动读表系统通常要求对节点进行轮询，以选出仍在运行的节点。这一轮询过程是缓慢的且消耗处理和通信资源。此外，现有系统在电力故障时将配电站下线导致集中器和节点之间连接断开时，通常不具有重建节点和替代集中器之间通信的能力。
新一些的系统提供例如电表的节点和中心位置(central location)之间一定程度上的远程通信。一个这样的系统是自动读表(AMR)系统，其使用电力线路在集中器和位于配电站下行流的节点表读取单元之间建立一条数据通路。集中器通常包括将控制信息传送到节点的发送器和从节点接收象瓦时信息这些数据的接收器。节点包括发送器、接收器和读表的电子器件或其它电路。其它使用调制解调器或射频信号的远程表读取和数据通信系统在每次仅能和一个节点通信，因此也具有有限的容量。
现有系统有缺点。例如，由于集中器(或其它使用调制解调器或RF的中心处理系统)在某一给定时间只能从一个节点处接收信号，所以这样的系统的容量收到限制。这一限制导致了瓶颈效应，约束了系统的处理性能和灵活性。此外，也限制了集中器在24小时周期内可与之通信的节点数量，从而限制了可连接到任一给定集中器下行流的节点的数量。
现有系统几乎没有可扩展性。两个因素导致这一限制，包括可连接到任一给定集中器下行流的节点的数量受限和每次将节点加到系统时需要很多时间来手工编程。
现有AMR和电力线路数据通信系统的其它缺点涉及到可靠性、灵活性和可扩展性。例如，系统在每次加入一节点时都需要被手工编程。另一个例子，如果发生能源断供，自动读表系统通常要求对节点进行轮询，以选出仍在运行的节点。这一轮询过程是缓慢的且消耗处理和通信资源。此外，现有系统在电力故障时将配电站下线导致集中器和节点之间连接断开时，通常不具有重建节点和替代集中器之间通信的能力。
发明内容
概括来说，本发明致力于提供灵活数据通信系统的设备和方法，该系统通过电力线路提供节点和配电站之间的数据信号。
本发明的一方面是传输数据的设备，包括一变压器，一半桥驱动器，一第一和第二驱动器和一谐振电路。变压器的初级线圈和配电线路相连，次级线圈和第一节点和第二节点之间相连。半桥驱动电路根据控制信号有选择地维持第一驱动信号和第二驱动信号。第一驱动器和第一电力提供节点以及公共节点之间相连，其中谐振电路具有音频范围内的自然谐振频率，半桥驱动器有选择地激活第一和第二驱动器，这样电力线路就用和编码数据相关的频率的方波进行调制。
本发明的另一个方面是在配电网中在配电线路上从电力信号向节点提供电力的设备。该设备包括一变压器、一谐振电路、一第一二极管电路、一第二二极管电路、一第三二极管电路、一第四二极管电路和一电容器。变压器包括和配电线路相连的初级线圈，连在第一节点和第二节点之间次级线圈。第一二极管电路连在第一电力提供节点和公共节点之间。第二二极管电路连在公共节点和第二电力提供节点之间。第三二极管电路连在第二节点和第二电力提供节点之间。第四二极管电路连在第一电力提供节点和第二节点之间。电容器电路连在第一提供节点和第二提供节点之间。
本发明的另一方面是根据电力信号产生发送器时钟频率的设备。相位累积器模块用于针对干扰增加相位信号。相位闭锁模块用于当检测到零交叉电力信号时从相位信号捕捉暂时相位误差信号。比较模块用于将最后一个误差信号和暂时相位误差信号进行比较。第一加法器模块用于在最后误差信号大于暂时相位误差信号时增加误差信号，以及在最后误差信号小于暂时相位误差信号时减少误差信号。第一时延模块用于针对误差信号提供最后误差信号。滤波模块用于针对相位误差信号提供滤波的信号。第二时延模块用于针对滤波信号提供最后滤波信号。第二加法器模块用于从滤波信号中减去最后滤波信号从而提供一差分信号。第一增益模块用于针对滤波信号提供一比例信号，其中比例信号根据比例增益因子和滤波信号相关。第二增益模块用于针对差分信号提供一微分信号，其中微分信号根据微分增益因子和差分信号相关。第三加法器模块用于将比例信号和微分信号组合起来提供一校正信号。第四加法器模块用于针对校正信号增加时钟调整信号，从而通过改变时钟调整信号来调整和中断相关的时间间隔。
本发明的另一个方面是节点，用于通过配电网中配电线路上的电力信号和配电站通信，其中节点包括锁定装置、产生装置和调制装置。锁定装置用于锁定发送端频率到和电力信号相关的频率的倍数。产生装置用于响应发送端频率和数据信号产生一发送端载波频率，从而载波频率根据数据信号变化。调制装置用于根据载波频率调制电力信号。
本发明的一方面是传输数据的设备，包括一变压器，一半桥驱动器，一第一和第二驱动器和一谐振电路。变压器的初级线圈和配电线路相连，次级线圈和第一节点和第二节点之间相连。半桥驱动电路根据控制信号有选择地维持第一驱动信号和第二驱动信号。第一驱动器和第一电力提供节点以及公共节点之间相连，其中谐振电路具有音频范围内的自然谐振频率，半桥驱动器有选择地激活第一和第二驱动器，这样电力线路就用和编码数据相关的频率的方波进行调制。
本发明的另一个方面是在配电网中在配电线路上从电力信号向节点提供电力的设备。该设备包括一变压器、一谐振电路、一第一二极管电路、一第二二极管电路、一第三二极管电路、一第四二极管电路和一电容器。变压器包括和配电线路相连的初级线圈，连在第一节点和第二节点之间次级线圈。第一二极管电路连在第一电力提供节点和公共节点之间。第二二极管电路连在公共节点和第二电力提供节点之间。第三二极管电路连在第二节点和第二电力提供节点之间。第四二极管电路连在第一电力提供节点和第二节点之间。电容器电路连在第一提供节点和第二提供节点之间。
本发明的另一方面是根据电力信号产生发送器时钟频率的设备。相位累积器模块用于针对干扰增加相位信号。相位闭锁模块用于当检测到零交叉电力信号时从相位信号捕捉暂时相位误差信号。比较模块用于将最后一个误差信号和暂时相位误差信号进行比较。第一加法器模块用于在最后误差信号大于暂时相位误差信号时增加误差信号，以及在最后误差信号小于暂时相位误差信号时减少误差信号。第一时延模块用于针对误差信号提供最后误差信号。滤波模块用于针对相位误差信号提供滤波的信号。第二时延模块用于针对滤波信号提供最后滤波信号。第二加法器模块用于从滤波信号中减去最后滤波信号从而提供一差分信号。第一增益模块用于针对滤波信号提供一比例信号，其中比例信号根据比例增益因子和滤波信号相关。第二增益模块用于针对差分信号提供一微分信号，其中微分信号根据微分增益因子和差分信号相关。第三加法器模块用于将比例信号和微分信号组合起来提供一校正信号。第四加法器模块用于针对校正信号增加时钟调整信号，从而通过改变时钟调整信号来调整和中断相关的时间间隔。
本发明的另一个方面是节点，用于通过配电网中配电线路上的电力信号和配电站通信，其中节点包括锁定装置、产生装置和调制装置。锁定装置用于锁定发送端频率到和电力信号相关的频率的倍数。产生装置用于响应发送端频率和数据信号产生一发送端载波频率，从而载波频率根据数据信号变化。调制装置用于根据载波频率调制电力信号。
附图说明
图1是根据本发明的一个可能的实施例，在配电网的一条链路上实现配电站和节点之间数据通信的框图。
图2是根据本发明的一个可能的实施例，实现配电站和节点之间数据通信的配电网的一部分的框图。
图3是根据本发明的一个可能的实施例，描述配电站的示意图。
图4是根据本发明的一个可能的实施例，描述流向示例节点接收单元的信号流的框图；
图5是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点收发器单元内的功能模块的框图。
图6是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点处理器单元内的功能模块的框图。
图7是根据本发明的一个可能的实施例，描述上行流发送器时钟信号产生的框图。
图8是根据本发明的一个可能的实施例，描述下行流接收器时钟信号产生的框图。
图9是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点下行流接收的框图。
图10是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点传输处理和产生电力提供的框图。
图11是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元内部处理的状态图。
图12是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点上行流分组格式的示意图。
表1-4是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元各种参数的表格。
图2是根据本发明的一个可能的实施例，实现配电站和节点之间数据通信的配电网的一部分的框图。
图3是根据本发明的一个可能的实施例，描述配电站的示意图。
图4是根据本发明的一个可能的实施例，描述流向示例节点接收单元的信号流的框图；
图5是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点收发器单元内的功能模块的框图。
图6是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点处理器单元内的功能模块的框图。
图7是根据本发明的一个可能的实施例，描述上行流发送器时钟信号产生的框图。
图8是根据本发明的一个可能的实施例，描述下行流接收器时钟信号产生的框图。
图9是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点下行流接收的框图。
图10是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点传输处理和产生电力提供的框图。
图11是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元内部处理的状态图。
图12是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点上行流分组格式的示意图。
表1-4是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元各种参数的表格。
具体实施方式
通过参照附图详细说明了本发明几个不同的实施例，图中同样的参考数字代表从不同角度的同样的部分和组件。引用这几个实施例并不限制本发明的范围，发明范围只受权利要求的范围限制。此外，并不仅限于在说明书中提出的一些例子，这些例子只是为了请求保护的发明提出的一些可能的实施例。
简而言之，配置节点和配电站(distribution substation)通信。节点包括一个从配电站处接收命令信号并通过电力线路向配电站提供FSK调制信号的收发器单元。发送器包括在电力线路上驱动方波调制信号来产生FSK信号的谐振电路和半桥驱动器。接收器使用下抽样技术将下行流信号从电力线路分离出来。发送器内的谐振电路的电力线路信号产生本地电力。每个节点通过ID码识别，并通过和ID码相关的下行流命令信号配置。节点在基于需要和计划的间隔收集数据。所收集的数据根据一灵活定义的协议格式化并在指定的时间发送到配电站。
系统概述
图1是根据本发明的一个可能的实施例，在配电网的一条链路上实现配电站(102)和节点(104)之间数据通信的框图。配电系统，有时也称作配电设备，对应于位于配电站和例如客户设备这样的节点之间的配电系统部分。配电系统中的高压传输线路通常从发电机向配电站提供电力。配电站为了普遍分配电力，减少或逐步减低电压。配电线路用于从配电站向不同下行流节点提供更低的电压。配电线路通常包括地线、天线或电线杆架设的高空明导线或上述线的组合。
在发电机和节点之间，可以将不同层次的配电站和电闸串联起来，这样每个连续的配电站能够进一步减低传输电力的电压。发电机和配电站可以组织在一个冗余网络配置中，这样不需影响到向客户提供电力服务就可以将不同发生器和配电站拿上线或下线。
分布式变压器通常接在配电线路上配电站和节点之间。分布式变压器用于进一步减低接收到的电力，使得电压达到用户可用的程度。减压变压器通常被称为杆式变压器，用于在第二电路上向一个或一群用户提供电力。每个用户都通过一套服务导线和需给电表和第二电路相连。
图1中配电站(102)通过配电线路106向用户设备或节点104提供电力。配电线路(106)在到达用户之前可与一或多个减压变压器相连。配电线路(106)提供运行位于节点(104)的电气设备所必需的电力，节点(104)对应于用户设备。
由于多种原因，需要在配电站(102)和一或多个节点(104)之间通信。例如，需要控制或监控放置于用户侧的表读取设备，从而判断某个用户所耗电力。此外，控制信息可以提供控制或改变表读取设备运行和/或用户个人负载的能力。动力公司通常在用户允许对他们的使用做暂时调整的情况下，给用户提供电力使用折扣。例如，用户同意对某些不是必须的功耗设备例如水加热器、游泳池加热器、空调等在用电高峰期暂时调整或中止电力提供，电力公司会给用户一定的用电折扣。这样动力公司可以在必要的情况下控制高峰功耗，也就称为“负载控制”。
其它涉及非控制的信息也可以在节点和配电站之间通过配电线路进行通信。这些普通的信息信号和控制用户设备的信号以相同的方式被传输。这些普通的信息信号包括可以在用户端接收或处理的信息，例如在客户端显示或存储电力价格、日期和时间、温度或其它信息。例如，用户端电子设备上显示的时间能够被周期性调整，这样用户端时间和动力站时间就可以保持同步。
这里所描述的设备和方法不同的实施例用于通过配电线路106向节点104传输信号(下行流信号)。信号(上行流信号)也可通过配电线路106从节点104向配电站102传输。这样通过配电线路106就产生了一条配电站102和节点104之间的双向链路。上述控制信号应用的例子中配电站向节点104提供控制信号(和/或普通信息信号)，这些例子只是上述控制信号提供的不同用处的代表。因此，应用中所提出的例子本质上都是有说明意义的，因为本发明并不受限于任一特定控制信号的用处。
配电站102包括配电站收发器单元(108)，用于在配电线路106上驱动下行流信号，如箭头110所示。节点104包括节点接收器单元(112)，用于从配电线路106上接收下行流信号。节点收发器单元112也用于向配电线路106驱动上行流信号，如箭头118所示。配电站收发器单元108也用于从配电线路106上接收上行流信号。配电线路106用于配电站102和节点104之间的全双工通信，全双工指的是两个方向上的同时通信。然而，在全双工通信中，上行流和下行流信号的传输速率可能不同。全双工通信链路提供了控制信息的可靠传输，并不需要额外的布线，从而实现成本最小化并提高了数据完整性。
配电网
图2是根据本发明的一个可能的实施例，实现配电站(102)和节点(104)之间数据通信的配电网的一部分的框图。图2所描述的框图和上面描述的图1的工作方式相似。
发电站202用于通过高压传输线路203向下行流配电站102提供大量电力。至少一个配电站102包括接收器单元(108)。配电站收发器单元108能够通过配电线路106向不同节点104同步发送数据，节点104位于一或多个用户处。通信信号可能包含控制信息，能够通过变压器20并最终到达某一特定用户的节点104。
普通变压器(210)可以服务于多个节点(104)，多个节点104对应于多个用户。此外，单个用户站点例如站点212可以包括多个不同用户设备例如包含节点收发器单元112的节点。从配电站收发器单元108向节点104传输控制信息非常有用并且成本有效。在不同的实施例中，一或多个配电站102可以包含与位于配电站102下行流的节点104进行通信的配电站收发器单元108。在其它的实施例中，配电站收发器单元108位于多个节点104的上行流而不是配电站102的上行流。
配电站概览
图3是描述一个根据本发明的一个可能的实施例的配电站的示意图。配电站102和配电线路(106)相连。配电线路106和提供三相功率(ФA，ФB和ФC)的主变压器300相连，并且包括3条导线(302，304和306)，每条导线传导功率的一个相。第一导线(302)传导ФA，第二导线(304)传导ФB，第三导线(306)传导ФC。
表线圈307包括三条表线路(314，316和318)，分别和导线302，304和306相连。表线路314通过电流变压器308和导线302相连。表线路316通过电流变压器310和导线304相连。表线路318通过电流变压器312和导线306相连。
配电站收发器单元108用于从信号线路326，328和330处接收信号，信号线路326，328和330分别通过电流变压器320，322和324和表线圈307相连。配电站收发器单元108也用于通过电力线路耦合器346向导线302，304和306提供下行流信号。
在这个示例实施例中，上行流信号可以由节点收发器单元(112)传送给传导器302，304和306。配电站收发器单元108用于接收上行流信号。上行流信号的一部分通过电流变压器308由导线302传给表线路314，表线路314由信号线路326通过电流变压器320连向配电站收发器单元108的第一输入。上行流信号的另一部分通过电流变压器310由导线304传给表线路316，表线路316由信号线路328通过电流变压器322连向配电站收发器单元108的第二输入。上行流信号的其它一部分通过电流变压器312由导线306传给表线路318，表线路318由信号线路330通过电流变压器324连向配电站收发器单元108的第三输入。
配电站收发器单元108包括配电站处理单元(332)和放大器(336)。发向节点收发器(112)的下行流信号由配电站处理单元332作为放大器336的输入提供。放大器336为下行流信号提供增益，下行流信号连向电力线路耦合器346。
电力线路耦合器346包括阻抗匹配单元(338)和三个电容器(340，342和344)。信号由阻抗匹配单元338通过电容器340，342和344分别传送给导线302，304和306。阻抗匹配单元338用于匹配导线302，304和306和放大器336之间的阻抗。电容器340，342和344用于提供阻抗匹配单元和配电线路106之间的电气绝缘。
在一个示例实施例中，配电站收发器单元108用于向下行流节点收发器112传送命令和控制信号。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号指定到某特定节点收发器单元112。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号指定到某组特定节点收发器单元112。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号传到一或多条导线302，304和306。例如，配电站收发器108可以将一个下行流信号传给一条导线(例如302)而不传给分布线路(106)上其它导线(例如304和306)。
配电站处理单元用于通过数据网络346和中心办公室334通信。在许多实施例中，数据网络346通过任意适当的方法建立用于数据通信。例子的不完全列表包括：因特网、企业内部互联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、卫星、微波以及和普通电话接口(POTS)的调制解调器。
可以采取提供相同功能的其它结构来从配电线路106处获取上行流信号，向配电线路106传送下行流信号，在配电站收发器108处理信号。例如，配电站收发器单元108可分为单独的接收和发送模模块。任何能提供相同功能的适当功能模块的组合在本发明的范围中都考虑到了。
普通通信信号流
图4是根据本发明的一个可能的实施例，描述流向示例节点接收单元的信号流的框图。如上述图3所描述，配电站(102)和中心办公室(334)以及节点(212)通信。
节点收发器单元112通常用于提供根据从用户站点212得到的表数据向配电站102汇报的功能。通过在上行流通信信道上传输上行流信号(432)(例如电力线路上调制的FSK信号)提供汇报功能。表述据可以包括平均使用电力，峰值使用电力，峰值负载时间和其它表参数。节点收发器单元112可和现场编程单元(420)合作，现场操作者可基于汇报功能使用现场编程单元420配置节点收发器单元以及用于其它用处。现场编程单元(420)的一个例子是光纤连接手持编程单元。
配电站102通常提供根据从配电站控制的节点收发器单元处收集的数据向中心办公室334汇报的功能。配电站102和中心办公室334之间的汇报功能和命令信号提供作为网络通信信道(例如LAN，WAN，调制解调器等)上的网络信号346。配电站102也用于从中心办公室334处接收命令信号。命令信号由配电站处理单元332处理并通过下行流通信信道上的下行流信号430(例如电力线路上调制的FSK信号)传送给节点收发器单元112。
中心办公室334通常用于提供多种电力管理功能以及数据收集业务。中心办公室334包括和配电站(102)通信的中心办公室通信收发器单元(412)。中心办公室通信收发器单元(412)接收从配电站处理单元(332)那里收集的数据，中心办公室处理控制(414)处理的数据，数据库(416)存储的数据。可对存储在数据库(416)中的收集数据执行各种数据处理功能。
下行流/上行流信号
提供给节点收发器单元(112)的下行流信号作为非归零倒置(NRZI)频移键控(FSK)信号。节点收发器单元(112)在和上行流信道不同的下行流信道上接收下行流信号。每个节点都有一特定的ID码以及一群ID码。数据被编码在FSK信号中，该FSK信号包括目的接收单元的ID码。如果下行流频率在相邻比特时间内没有变化，就在下行流信道中编码逻辑0数据信号，如果下行流频率在相邻比特时间内有变化，就在下行流信道中编码逻辑1数据信号。
在这种调制方案的一个可能的实施例中，下行流信号被提供作为60Hz线路频率上的FSK调制信号，位于555Hz或者585Hz频率上。在这种调制方案的另一个可能的实施例中，下行流信号被提供作为50Hz线路频率上的FSK调制信号，位于462.5Hz或者487.5Hz频率上。
节点收发器单元(112)提供的上行流信号用频移键控调制。每个节点收发器都分配一对应于特定调制频率的信道。FSK调制技术应用于节点收发器单元112的指定信道。
逻辑0数据信号可以通过在电力线路上用对应于第一频率(f0)的频率调制方波信号在选定信道上编码实现。逻辑1数据信号可以通过在电力线路上用对应于第二频率(f1)的频率调制方波信号在选定信道上编码实现。其中f1＝f0+偏移量。
在这种调制方案的一个可能的实施例中，上行流信号被提供作为60Hz线路频率上的FSK调制信号，位于970Hz--1006Hz频段上。在此例中，以4mHz的大小划分频段，大约可以编码9000个信道。在此例中，调制频率可由下式得到：
f0＝(信道-1)×4mHz+970Hz，且
f1＝(信道-1)×4mHz+970Hz+1.66mHz
在这种调制方案的另一个可能的实施例中，上行流信号被提供作为50Hz线路频率上的FSK调制信号，位于960Hz--996Hz频段上。在此例中，以4mHz的大小划分频段，大约可以编码9000个信道。在此例中，调制频率可由下式得到：
f0＝(信道-1)×4mHz+960Hz，且
f1＝(信道-1)×4mHz+970Hz+1.66mHz
配电站收发器单元(108)配置成将从各个节点收发器(112)处接收到的信号以几乎同步的方式解调，这有很大的优势。例如，增加了系统的容量，因为配电站收发器单元(108)不需要等到从节点收发器单元(112)处将前一信号接收完全，才开始接收另一个信号。
上文已说过每个配电线路106都有三个相位，以及导线302，304和306，每个相位用导线302，304和306中的一个。和三条导线302，304和306中的每条的接口都可用来接收一信道。配电站收发器单元108用于将配电线路106的每条导线302，304和306的信号解调。这一配置使得配电站收发器106能够从和每条导线302，304和306相连的多达9000个节点收发器单元(112)处接收上行流信号。此外，配电站收发器可配置用于通过线路导线(例如，第一相位和第二相位有相同的信息)接收冗余通信。
除了上述实施例，还有许多其它的实施例。例如，节点收发器单元(112)可以使用任一调制方案和配电站收发器单元(108)通信，包括FSK之外的调制方案，能够对从节点收发器单元(112)处接收信号进行同步或几乎同步的解调。此外，这里描述的设备和方法还可使用其它的带宽。例如，通信信道可以包括除了36Hz和970Hz到1006Hz之间频段的频率带宽。
另一实施例也包括使用不同的频率范围在每条导线(302，304和306)上通信，在配电站单元(102)和节点(104)之间建立配电线路(106)。这样，每个相位的导线(302，304和306)用一个带宽和频率范围传送信号，其它相位的导线用不同的带宽和频率范围传送从节点收发器(112)处得到的信号。
在另一实施例中，节点收发器112用除4mHz的其它频率带宽通信。例如，不同实施例可以使用10mHz或更少的频率带宽，包括2mHz，6mHz和8mHz的频率。
节点收发器单元
图5是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点收发器单元(112)内的功能模块的框图。节点收发器单元112包括一瞬时保护模块510，一电力提供模块520，一发送器530，一接收器调节模块540，一60Hz调节逻辑550和节点处理器单元560。
尽管节点收发器单元112是由一系列分散功能模块(510--560)组成，将这些功能模块分开只是为了更方便地探讨系统的功能需求。上述功能模模块的实现在不偏离本发明精神的前提下，可和其它模块组合或者分散为其它模块。此外，在有的实现中，倾向于将功能模块组合，减少制作成本、降低功耗、提高包装版型、维持噪音隔绝以及其它方面的考虑
瞬时保护模块510和例如三相电力线路(见图3)这样的电力线路相连。瞬时保护模块510用于对节点收发器单元112提供瞬时保护。瞬时保护模块510也用于在接入节点收发器单元112时，防止噪音、电磁干扰(EMI)和电力线路上其它干扰。
电力提供模块520和瞬时保护模块510的第一输出相连，用于向节点处理器单元560提供调节电力信号，节点处理器单元560包括一基于控制器、微控制器或者微处理器的系统。电力提供模块520也可向其它的外围设备和其它功能提供信号。其它功能的例子有：检测到欠压(brown-out)时提供欠压信号，在主电力信号中止达30秒后提供持续电力信号等。欠压信号可用于重置不同的电路，和/或告知节点处理器单元560发生了电力中断。
发送器模块530和瞬时保护模块510的第二输出相连，也和节点处理单元560的输出相连。运行中，发送器模块530被配置用于在一或多条电力线路上编码来自于节点处理器单元560的数据信号，这样上行流通信信号可由配电站102从电力线路处接收到。发送器模块530也可以包括各种保护和信号调节电路，从而提供噪音隔绝和瞬时电涌保护。
举个例子，发送器用于提供频移键控(FSK)输出信号，其响应于节点处理器单元560提供的方波信号。在传输用逻辑“0”信号编码时，方波信号具有对应于第一频率的频率，在传输用逻辑“1”信号编码时，方波信号具有对应于第二频率的频率。在一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)的关系是f1＝2×f0+偏移量。在另一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)的关系是f1＝f0+偏移量。在另一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)之间间隔1.66mHz。
接收器调节模块540和瞬时保护模块510的第三输出相连，也和节点处理单元560的第一输入相连。配电站102通过一或多条电力线路提供下行流通信信号。接收器调节模块540通过调节一或多条电力线路(可存在下行流通信信号)上的信号，向节点处理器单元560提供感应信号。感应信号可由下述方法调节：改变节点处理器单元560可接收的电力电平，提供抗混滤波，钳制信号电平以保护节点处理器单元560的各个部分。
60Hz逻辑调节模块550和瞬时保护模块510的第四输出相连，也和节点处理单元560的第二输入相连。60Hz逻辑调节模块550用于向节点处理器单元560提供一或多个逻辑信号，其中每个逻辑信号对应于和电力线路上一个电力信号的相位一致的60Hz时钟信号。逻辑信号可通过滤波、电流限制和电平钳位得以调节。
节点处理器单元560包括用于各种外围设备的其它输入和输出(IO)连接。示例IO连接包括串行和并行接口总线，光学接口例如IR发送器和接收器，有线和无线网络接口例如以太网，例如模数转换器(ADC)的模拟信号接口。运行中，节点处理器单元560用于：协调上行流和下行流通信，控制外部接口，提供用户侧计划(scheduled)数据收集和汇报功能，提供基于需求的数据收集和汇报功能等。节点处理器单元
图6是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点处理器单元(560)内的功能模块的框图。在基本配置中，节点处理器单元560通常包括至少一处理器(610)，一系统存储器(620)，一可编程存储器(630)，一接口单元(640)和一定时器单元(650)。
处理器610包括一微处理器，一微控制器，一专门处理器，一RISC处理器，一CISC处理器，一状态机和其它任一适当类型的为节点处理器单元(560)控制信号流的处理单元。系统存储器620可以是易失性的(例如RAM)，非易失性的(例如静态RAM、ROM、闪存等)，或者两者的结合。系统存储器620可包括一操作系统(622)，一或多个编程应用模块(624)，也可包括程序数据(626)的存储。可编程存储器630是非易失性存储器，例如电可擦除只读存储器(EEPROM)或其它类型在断电时维持存储的可擦除存储器存储单元。接口单元640是一普通接口模块，可以包括一模数转换器(ADC，641)，一数模转换器(DAC，642)，一串行IO接口(643)，一并行1O接口(644)，一中断控制接口(644)，一通用异步接收器和发送器(UART，645)。串行IO接口包括一通用串行总线接口(USB)，一IEEE 1394接口以及其它类似部件。定时器650被处理器单元610用作监察定时器。
节点处理器单元560也可包括其它数据存储设备，例如磁盘、光盘和磁带。计算机存储媒体可包括易失性和非易失性，可移除和不可移除媒体，其在任一方法或技术中用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、编程模模块或其它数据。系统存储器620和可编程存储器630也考虑了计算机存储媒体的例子。计算机存储媒体包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字化视频光盘(DVD)或其它光盘存储、盒式磁带、磁盘存储或其它磁存储设备、或任何其它可用于存储目的信息并可被节点处理器单元560访问的媒介。节点处理器单元560也可有输入设备，例如键盘、鼠标、钢笔、声音输入设备、触摸输入设备等，也可包括输出设备，例如显示器、扬声器、打印机等。所有这些设备都为大家熟知，这里不详细讨论。
处理器单元(610)用于控制对系统存储器(620)、可编程存储器(630)和接口单元(640)的访问。内部通信总线(660)用于和处理器单元610、系统存储器620、可编程存储器(630)和接口单元(640)共同工作。外部通信总线(670)用于提供接口单元(640)的通信接入点。外部接口总线(670)可以包括接口单元(640)不同部分的多个模拟、数字和光学接口点。例如，一现场编程单元(420)通过接口单元640光学连接节点处理器单元(560)，这样可以向节点处理器单元560提供各种现场编程。示例现场编程功能包括但不限于对新安装节点的配置、对现有节点中程序的更新、对节点不同功能的测试、从节点处收集数据、监听节点的不同的读取。
发送器时钟的发生
图7是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元(560)的上行流发送器时钟信号产生的框图。图7描述的模块由硬件和软件功能的组合提供，协作为节点内的发送器功能提供时钟信号。
上行流发送器时钟有一个大约是电力线路频率128倍的频率，当电力线路频率是60Hz时其对应于7680Hz。频率锁定回路(FLL)技术用于将电力线路频率锁定到发送器时钟频率，这一技术使用了比例微分(PD)控制回路。发送器FLL包括一零交叉检测器、一线路锁定IRQ发生器、一相位闭锁和一电力线路FLL滤波模块。
发送器FLL利用器定时器参数(TxTimer)，通过控制和中断产生相关的速率，调整发送器时钟频率。零交叉检测器检测到零交叉前沿，就会产生一触发信号(Trigger)。线路锁定IRQ发生器产生一相位信号(Phase)，对应于发送器定时器参数(TxTimer)。相位信号由相位闭锁解释为标记相位参数(TempPhError)，其对应于触发信号(Trigger)和相位信号(Phase)。电力线路FLL滤波模块用于响应标记相位参数(TempPhError)调整发送器定时器参数(TxTimer)。在稳态下，对发送器定时器参数(TxTimer)进行调整，从而使得当以60Hz(电力线路频率)的速率闭锁时，相位信号(Phase)为0。
零交叉检测器在电力线路(例如图3中的电力线路302)的信号超过0VAC时，提供触发信号(Trigger)。示例零交叉检测器包括在60Hz逻辑调节模块(550)中，用于提供低通滤波和钳位功能。低通滤波器功能可作为二阶无源RC网络，其具有113Hz的-3dB频率，钳位功能可作为二极管，限制节点处理器单元(560)输入电压起伏。每次检测到零交叉(例如60Hz)时，节点处理器单元(560)内能够产生一中断。每次检测到零交叉时，相位闭锁用于将相位信号(Phase)闭锁，作为标记相位参数(TempPhError)。在一个例子中，标记相位参数作为一个8比特标记变量。
相位信号(Phase)由线路锁定IRQ发生器提供，其包括一相位累积器、一时延模块，一加法器模块。加法器模块通过将发送器定时器参数(TxTimer)加上最后一个比较信号，来提供一比较信号(TxTimerCompare)。时延模块用于接收比较信号(TxTimerCompare)且提供一作为最后比较信号的时延TxTimerCompare信号。处理器单元(560)使用TxTimer通过信号TxTimerCompare调整发送器中断的时间间隔。相位累积器用于在每次发送器定时中断发生时(例如，7680Hz)增加Phase来提供相位信号(Phase)。
电力线路FLL滤波模块包括一比较器模块，四个加法器模块，三个时延模块，三个增益模块，一限制器模块和一低通滤波模块。各个模块配置成没有积分部分的比例积分/微分(PID)控制环路，这样控制环路就是一PD环路。比较器模块比较最后相位误差(LastPhError)和输入的暂时相位误差(TempPhError)。比较器的输出由限制器模块限制，从而抑制由过充和下充带来的误差量，以防止控制环路中的振荡。限制器的输出和LastPhError通过第一加法器模块组合，提供当前相位误差信号(PhError)。比较器的输出由限制器限制在+/-1的值。在这个例子中，当LastPhError大于TempPhError时，当前相位误差信号(PhError)就加1，当LastPhError小于TempPhError时，当前相位误差信号(PhError)就减1。PhError提供给第一时延模块和第一增益模块。第一时延模块产生最后相位误差信号(LastPhError)。
相位误差信号(PhError)提供给第一增益模块和低通滤波(LPF)模块，其中第一增益模块增加增益以解决LPF模块的衰减。LPF模块根据IIR滤波器提供滤波的误差信号(FiltPhError)。在一个例子中，滤波器输出由下式给出：FilterVal＝(RawVal-LastFilterVal)/FILTER，其中FILTER是一个值为8的滤波器系数。在这个例子中，LPF提供的截止频率为：fc＝(-60/2π)*ln(1-(1/8))＝1.725Hz，其中60对应于60Hz线路频率的抽样速率，8是滤波器系数。
滤波的误差信号(FiltPhError)提供给第二时延模块，第二加法器，第二增益模块。第二时延模块提供一最后滤波的误差信号(LastFiltPhError)，其由第二加法器模块从当前滤波的误差信号(FiltPhError)减去。第二增益模块用于提供增益为Kp(例如，Kp＝16)的比例信号，第三增益模块用于提供增益为Kd(例如，Kd＝2048)的微分信号。第三加法器通过将比例信号和微分信号组合起来，提供校正信号。第四加法器通过将校正信号和第三时延模块提供的TxTimer的最后值(LastTxTimer)组合起来，提供TxTimer。调整的定时器参数由下式给出：TxTimer＝LastTxTimer+校正量。
定时器参数(TxTimer)用于通过线路锁定IRQ模块调整发送器中断的IRQ中断时间间隔。每次在发送器中断发生时(例如每7680Hz)，相位信号都增加一预定的量(例如+2)。当发送器定时器信号(例如7680Hz)锁定到电力线路信号(例如60Hz)时，相位信号(Phase)为0。当相位误差处于第一范围(例如一个8比特相位值的0x02到0x7E)时，可观察到正极性误差。当相位误差处于第二范围(例如一个8比特相位值的0x80到0xFE)时，可观察到负极性误差。当发生比需求锁定频率到线路频率(例如60Hz)更多的中断时，可以观察到正极性误差。当产生太多中断时，降低TxTimer。当发生比需求锁定频率到线路频率(例如60Hz)更少的中断时，可以观察到负极性误差。当产生的中断太少时，增加TxTimer。
接收器时钟的发生
图8是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元(560)产生下行流接收器时钟信号的框图。图8描述的模块由硬件和软件功能的组合提供，协作为节点内的发送器功能提供时钟信号。
下行流接收器时钟有一大约是电力线路频率10倍的频率，对应于电力线路频率是60Hz时的600Hz。和发送器时钟发生器类似，频率锁定回路(FLL)技术用于将电力线路频率锁定到接收器时钟频率，这一技术使用了比例微分(PD)控制回路。接收器FLL包括一零交叉检测器、一电力线路定时器捕捉模块、一接收器定时器捕捉模块和一电力线路FLL滤波模块。
接收器FLL通过控制和接收器定时器参数(ADTimer)的中断产生相关的速率，调整发送器时钟频率。零交叉检测器检测到零交叉前沿，就会产生一触发信号(Trigger)。电力线路定时器捕捉模块就会产生一捕捉定时器信号(Capture)。捕捉定时器信号(Capture)对应于自由运行的时钟的抽样值，当通过触发信号(Trigger)检测到零交叉时就进行抽样。另一个捕捉定时器信号(ADCapture)由接收器定时器捕捉模块在每第十个接收器中断周期产生。捕捉信号由电力线路FLL滤波模块接收，电力线路FLL滤波模块通过调整接收器定时器参数(ADTimer)调整接收器时钟的中断间隔。在稳定的状态下，对接收器定时器参数(ADTimer)进行调整，从而将接收器定时器中断间隔(例如600Hz)以10倍锁定到电力线路频率(例如60Hz)。
零交叉检测器在电力线路(例如图3中的电力线路302)的信号超过0VAC时，提供触发信号(Trigger)。示例零交叉检测器包括在60Hz逻辑调节模块(550)中，用于提供低通滤波和钳位功能。低通滤波器功能可作为二阶无源RC网络，其是113Hz的-3dB频率，钳位功能可作为二极管，限制节点处理器单元(560)输入电压起伏。每次检测到零交叉(例如60Hz)时，节点处理器单元(560)内能够产生一中断。每次检测到零交叉时，电力线路定时器捕捉模块用于从自由运行的时钟捕捉定时器信号，称为捕捉定时器信号(Capture)。在一个例子中，定时器是一个自由运行在2MHz频率的16比特定时器，由一个晶体振荡器为节点处理器单元560锁定。
电力线路FLL滤波模块包括两个分配器模块，五个加法器模块，一比较器模块，三个时延模块，一限制器模块和三个增益模块。各个模块按照图7所描述的那样，以成比例微分(PD)控制环路分布。分配器模块和第一加法器模块用于找出捕捉定时器信号(Capture)和其它捕捉定时器信号(ADCapture)高位的差别，然后提供给比较器模块。比较器模块将这个差别和进行比较。比较器的输出由限制器模块控制这样由过充和下充带来的误差量会被抑制，从而防止控制环路中的振荡。限制器的输出和时延误差信号(DlyFLL60Error)通过第二加法器模块组合，提供误差信号(FLL60Error)。比较器的输出由限制器限制在+/-1的值。在这个例子中，当捕捉定时器信号的高位大于DlyFLL60Error时，当前误差信号(FLL60Error)就加1，当捕捉定时器信号的高位低于DlyFLL60Error时，当前误差信号(FLL60Error)就减1。FLL60Error提供给第一时延模块，第一时延模块产生时延误差信号(DlyFLL60Error)。
误差信号(FLL60Error)通过第三加法器模块提供给第一增益模块、第二时延模块、和第二增益模块。第二时延模块提供一最后误差信号(LastFLL60Error)，由第三加法器模块从当前误差信号(FLL60Error)减去。第一增益模块用于提供增益为Kp(例如，Kp＝256)的比例信号，第二增益模块用于提供增益为Kd(例如，Kd＝4096)的微分信号。第四加法器通过将比例信号和微分信号组合起来，提供校正信号。第三增益模块用Kc(例如Kc＝4)将校正信号放大，提供一放大的校正信号。第五加法器通过将放大的校正信号和第三时延模块提供的ADTimer的最后值(LastADTimer)组合起来，提供ADTimer。接收器定时器参数由下式给出：ADTimer＝LastADTimer+校正量。
接收器定时器参数(AdTimer)通过比较捕捉定时器信号并向比较器输入提供一差分信号，调整发送器中断的IRQ中断时间间隔。当时延误差信号(DlyFLL60Error)低于差分信号时，FLL60Error增加，当时延误差信号(DlyFLL60Error)高于差分信号时，FLL60Error减少。捕捉信号的低位被分配器模块丢弃，从而抑制对整个控制环路的响应，进而预防了振荡和过校正。
下行流处理
图9是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点下行流接收的框图。下行流处理由接收器调节模块和接收器处理模块处理。
接收器调节模块用于向接收器处理模块提供信号输入级控制和滤波。接收调节模块包括一电平控制模块和一抗混滤波器模块。电平控制模块用于从电力线路处接收线路电压并向抗混滤波器模块提供衰减的信号。衰减的信号也可以被缓冲。抗混滤波器模块用于接收衰减的信号并提供滤波信号。抗混滤波器去除高于下行流信令频率的信号。在一个例子中，抗混滤波器模块是一带通滤波器，中心频率在调制频率的中心处(例如，在555Hz和585Hz的双频调制方案中，就位于570Hz)。
接收器处理模块用于从模拟信号中提取比特流。接收器处理模块包括两个信号处理模块(一个600Hz信号处理模块和一个120Hz信号处理模块)。第一信号处理模块(例如600Hz信号处理)包括一模数转换器(ADC)，一电力线路抑制滤波器(例如，抑制60Hz)，一第一低通滤波器(LPF)模块，一自动增益控制模块(AGC)和一第二低通滤波器模块。第二信号处理模块(例如120Hz信号处理)包括一抽样模块，一高通滤波器模块，一时延模块，一积分检测模块和两个低通滤波器模块。
ADC模块以10倍(10X)于电力线路频率(例如线路频率位60Hz，就为600Hz)的速率抽样模拟信号。ADC模块工作于下抽样的模式下，将信号降频变换到基带。在一个例子中，抽样速率为600Hz，调制信号位于555Hz和585Hz的频率。在这个例子中，下抽样提供将信号降频变换到15Hz和45Hz的基带。
60Hz抑制滤波器用于抑制和电力线路相关的频率和谐波。在一个例子中，60Hz抑制滤波器是一逆梳状滤波器，作为电路缓冲，存有最后10个抽样并从第10个先前的抽样中减去每个新的抽样，这样剩下的信号就移除60Hz部分。第一低通滤波器用于抑制在使用下抽样技术之后可能出现的高频。在一个例子中，第一低通滤波器有66Hz的角频率。第一低通滤波器的输出连接于AGC模块，AGC模块在不失真的情况下将其电平升高。AGC模块的输出提供给第二低通滤波器，其再一次抑制任何高频。第二低通滤波器向120Hz信号处理模块提供一滤波的600Hz信号。
滤波的600Hz信号由抽样模块以120Hz(两倍于电力线路频率)的速率再次抽样，然后通过高通滤波器。高通滤波器的输出提供给积分检测模块和时延模块，时延模块也和积分检测模块相连。积分检测模块的输出连向第二低通滤波器模块，第二低通滤波器模块和第三低通滤波器模块相连。第三低通滤波器模块的输出对应于恢复的数字比特流。第二信号处理模块(例如120Hz信号处理)通过使用积分检测器在偏离30Hz载波90度的点抽样，检测基带信号(例如15Hz和45Hz)的存在。检测到的数字比特流用NRZI进行编码，逻辑“1”表示调制频率有变化，逻辑“0”表示调制频率无变化。得到的数字比特流由节点缓冲，以备进一步处理。
上行流处理
图10是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点传输处理和产生电力提供的框图。上行流处理由上行流载波产生模块，电力提供和发射器模块执行。
上行流载波产生模块包括图7描述的发送器FLL，一加法器和一累积器。上行流发送器时钟中断(加触发，Add Trigger)触发加法器模块。加法器模块向累积器(例如一32比特累积器)加入一常量(例如一32比特常量)。累积器最高有效位(MSB)以和期望的电力线路锁定频率同样的速率翻转(toggle)，用于直接驱动发送器中的载波电路。常量根据期望的数据传输改变，从而将FSK调制频率从逻辑1变为逻辑0。
电力提供和发送器模块包括一对驱动器(M1，M2)，一半桥驱动器模块，两个电容器(C，CSUP)，四个二极管(D1-D4)，一稳压二极管，一感应器(L)和一变压器。电力提供和发送器模块用于从VHI和VLO终端为节点的不同部分提供本地电力，并同步提供上行流信号。变压器T用于将电力线路的电力耦合到电路电力提供部分，也将电路发送器部分的调制数据耦合到电力线路。
电力线路以线路频率(例如60Hz)振荡，在第一次中断时是正电流极性，在第二次中断时，是负电流极性。电阻R、电感L和电容器C组成一谐振电路，由驱动器M1和M2响应FSK控制信号(FSK CTL)驱动。在第一时间中断(正极性半周期)时激活驱动器M1会对电容器CSUP充电，而在第一时间中断(正极性半周期)时激活驱动器M2会阻挡谐振电路中电流流向二极管D3。在第二时间中断(负极性半周期)时激活驱动器M1会阻挡谐振电路中电流流向二极管D4，而在第二时间中断(负极性半周期)时激活驱动器M2会对电容器CSUP充电。CSUP在零交叉时会放电。
本地电力最初在电容器CSUP产生，下文会详细描述。二极管D1和D2提供充电电容器CSUP的电流通路。在第一时间中断(正极性半周期)，来自变压器T的电流通过电阻R，电容器C，电感L和二极管D1连向电容器CSUP的顶板，并通过二极管D3从电容器CSUP的底板返回变压器。在第二时间中断(负极性半周期)，来自变压器T的电流通过二极管D4连向电容器C4的顶板，并通过二极管D2，电感L，电容器C和电阻R从电容器CSUP的底板返回变压器T。电容器CSUP在电力线路振荡的重复周期内不停充电，直到变压器的电压被稳压二极管DZ钳位。在VHI和VLO的电力提供电平在CSUP产生后，半桥驱动器可以在电力线路上提供调制信号。
谐振电路的谐振频率集中在1500Hz左右。半桥驱动器能够产生频率在970Hz到1006Hz的范围内的占空度为50％的方波信号，这一频率范围是FSK信号期望的载波频率的一个示例范围。谐振电路对方波信号滤波，这样激活驱动器M1就带来载波频率上电流的正极性半周期，激活驱动器M2就带来电流的负极性半周期。载波信号通过变压器T1耦合至电力线路。通过FSK控制信号(FSK CTL)有选择的激活，就实现对方波频率的调制。如上所述，上行流载波频率通过数字振荡器调制，数字振荡器可由例如上行流载波产生模块中的累积器实现。改变频率常量就会改变数字振荡器的速率，也就会改变半桥驱动器的调制速率。
节点处理
图11是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元内部处理的状态图(1100)。处理由模块1100内一加电序列发起。
处理模块1100检测并评估加电状况。加电状况可以是以下两种状况中的一种：节点是第一次加电，或者发生了电力故障。当检测到电力故障时，处理从模块1110进行到1120。当检测到首次加电状况时，处理从模块1110进行到模块1140。
电力故障状况由模块1120评估，在节点执行诊断和数据收集。电力中断可以是暂时中断、暂时事件中断或持续中断。暂时中断是少于30秒的暂时的电力中断。暂时事件中断是在一预先定义的时间段例如5分钟内发生两个或多个暂时中断。持续中断是在一持续的时间段内，例如长于30秒的时间断内发生的电力中断。每个节点能够收集各种中断类型的例如时间、电力中断日期这样的数据。处理由模块1120进行到模块1130。
统计数据在模块1130处更新。统计数据要与表读取值、电力中断统计和其它诊断数据对应。在一个例子中，在一次电力中断所收集的数据都被记录下来，还有对基于不同电力类型的电力中断总时间的每个类型电力中断的累积统计。在另一个例子中，通过记录表使用情况，计算不同统计例如平均负载、峰值负载、总电力使用的统计来更新统计数据，表读取值的类型可以按照使用时间分类(例如每周几天、每天几个小时等)。处理由模块1130进行到模块1140。
模块1140对应于一空转模块，节点处理单元空转等待事件发生。事件可以是计划事件或触发事件。节点处理器单元能够按照例如时间和日期这样的标准来计划事件。节点处理器单元能够在空转模块继续收集表数据。当从电力线路或其它外围设备上检测到分组，处理由模块1140进行到模块1150。当检测到触发事件时，处理由模块1140进行到模块1160。
触发事件在模块1160处被评估。触发事件可由任何一种情况导致，例如但不局限于：检测到电力故障、检测到来自配电站的接收分组、从配电站处接收到命令序列、例如电力使用超过门限值的表数值记录、内部诊断故障、检测到和例如现场编程器这样的外围设备的连接以及其它情况。当触发事件对应于汇报间隔时，处理由模块1160到模块1162进行。触发事件对应于记录使用间隔时，处理由模块1160到模块1166进行。
汇报间隔始于模块1162根据上行流传输协议收集并格式化数据，数据组织成分组。分组按照传输要求格式化后，根据上述传输方法排队传输。处理由模块1162进行到模块1164，开始传输一或多个分组。处理从模块1164进行至模块1140。由于上行流数据传输速率非常低(例如大约每比特20分钟)，分组传输可作为背景过程继续，而比特值在一段时间内的传输过程中周期性变化。
通过从模块1166处各种表机构获取的数据来记录使用数据。表机构包括评估电表表盘上黑白电平的光学读表器，位于节点处理器单元内用于存储统计数据的寄存器，存储于节点处理单元系统存储器里的值，存储于节点处理单元非易失性存储器里的值或者和节点处理单元有外围接口的其它设备。处理由模块1166进行到模块1130，此时根据新读取值和/或计算值更新统计数据。
在模块1150处，节点处理器单元从例如系统存储器、寄存器或者非易失性存储器的存储位置获取数据。进行至模块1152，评估接收到的分组是否有错误。当接收到的分组没有通过错误检测时，处理由模块1152进行到错误跟踪(图未示)或者到模块1140。当接收到的分组通过错误检测时，处理由模块1152进行到模块1154。从模块1154处的分组中提取命令。继续进行至模块1156，对被提取的命令进行评估和处理。在处理完被提取命令后，处理返回到模块1140。
示例命令包括：为上行流数据传输分配一信道，为上行流数据传输分配一配电站，定义CRC检查，定义上行流协议中的分组格式，同步当前日期和时间，更新节点的使用时间(TOU)图，调整峰值设置，选择汇报间隔每天开始时间，重新设置节点，基于需求的数据汇报请求以及其它命令。需求表读取可以由配电站的命令分组或者例如现场编程单元的外围设备初始化。需求表读取和对应于计划事件的自动数据收集是异步的。
节点可以根据一或多个使用时间(TOU)图执行使用时间表读取。TOU图可根据三个不同的日期类型组织，例如工作日、周六和周日。电力使用可在一天的时间内分为多个时间间隔，每个时间间隔对应于一数据收集部分。部分安排以及日期类型组成一TOU图，可以扩展到整个星期。节点能够基于动力公司的各种要求在TOU图之间变化，例如家用或商用、节日计划以及其它类型。节点内的TOU图可由覆盖命令或根据计划事件改变。动力公司可基于TOU图，应用不同的计费率，安排不同使用方法和负载管理评估的数据收集以及其它用处。
示例上行流协议
图12是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点上行流分组格式的示意图。由图可知，分组包括下列字段：一1比特的异步标记字段，一1比特的健康标记(health flag)，一多比特的数据负载(例如最多49比特)和一12比特的纠检错字段。每个节点包括一分组序列定义表，定义了分组中不同数据负载的格式。当分组和表中任一分组序列定义都不吻合时，异步标记置为1；此外异步标记就置为0。当节点没有通过一或多次内部诊断测试时，健康标记就置为1，此外健康标记就置为0。数据负载的定义是很灵活的，映射到不同的分组序列定义，下面将会讨论分组序列定义。
分组包括一最多达6块的数据序列，每个块和一特定的数据标识符(DataID)关联。每个节点最多可以有7种类型的定义分组，每个分组由序列号(SeqNum)标识。每个序列分别由一套数据标识符(DataIDs)和与每个数据标识相关的比特数(NumBits)定义。例如，包括6个块的序列由6个数据标识符参数(DataID0-DataID5)和六个相应比特常量数(NumBit0-NumBit5)定义。分组序列由8比特数据标识符(DataIDs)和5比特比特属性数(NumBits)的7×12结构来决定。分组序列可由下述因素改变：接收到带有命令的下行流通信，通过编程单元接收到配置命令或其它配置机制。
每个分组序列都由分组号和一个星期里特定的一天(DayOfWeek)相关联(例如，序号0表示星期天，序号1表示星期一等)。分组按照定义排列在分组序列中，包括异步比特、健康标记、负载数据和纠检错比特。数据标识符为0表示数据的某一块为空，将会以连续的“1”的方式传送。在指定时间(例如，分组开始时间)，节点将会把排列分组作为上行流通信发送出去。
表1-4是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元各种参数的表格。负载数据作为一组由8比特数据标识符(DataIDs)标识的参考进行传输，其中每个DataID和相应的节点参数相关。
上面所描述的不同的实施例只是出于解释的目的，而不应理解为限制了本发明。有技艺的人员不需参考这里描述的实施例和应用也能够在不偏离本发明精神和范围的前提下为本发明提出许多修改。本发明的精神和范围在权利要求中进行了规定。
简而言之，配置节点和配电站(distribution substation)通信。节点包括一个从配电站处接收命令信号并通过电力线路向配电站提供FSK调制信号的收发器单元。发送器包括在电力线路上驱动方波调制信号来产生FSK信号的谐振电路和半桥驱动器。接收器使用下抽样技术将下行流信号从电力线路分离出来。发送器内的谐振电路的电力线路信号产生本地电力。每个节点通过ID码识别，并通过和ID码相关的下行流命令信号配置。节点在基于需要和计划的间隔收集数据。所收集的数据根据一灵活定义的协议格式化并在指定的时间发送到配电站。
系统概述
图1是根据本发明的一个可能的实施例，在配电网的一条链路上实现配电站(102)和节点(104)之间数据通信的框图。配电系统，有时也称作配电设备，对应于位于配电站和例如客户设备这样的节点之间的配电系统部分。配电系统中的高压传输线路通常从发电机向配电站提供电力。配电站为了普遍分配电力，减少或逐步减低电压。配电线路用于从配电站向不同下行流节点提供更低的电压。配电线路通常包括地线、天线或电线杆架设的高空明导线或上述线的组合。
在发电机和节点之间，可以将不同层次的配电站和电闸串联起来，这样每个连续的配电站能够进一步减低传输电力的电压。发电机和配电站可以组织在一个冗余网络配置中，这样不需影响到向客户提供电力服务就可以将不同发生器和配电站拿上线或下线。
分布式变压器通常接在配电线路上配电站和节点之间。分布式变压器用于进一步减低接收到的电力，使得电压达到用户可用的程度。减压变压器通常被称为杆式变压器，用于在第二电路上向一个或一群用户提供电力。每个用户都通过一套服务导线和需给电表和第二电路相连。
图1中配电站(102)通过配电线路106向用户设备或节点104提供电力。配电线路(106)在到达用户之前可与一或多个减压变压器相连。配电线路(106)提供运行位于节点(104)的电气设备所必需的电力，节点(104)对应于用户设备。
由于多种原因，需要在配电站(102)和一或多个节点(104)之间通信。例如，需要控制或监控放置于用户侧的表读取设备，从而判断某个用户所耗电力。此外，控制信息可以提供控制或改变表读取设备运行和/或用户个人负载的能力。动力公司通常在用户允许对他们的使用做暂时调整的情况下，给用户提供电力使用折扣。例如，用户同意对某些不是必须的功耗设备例如水加热器、游泳池加热器、空调等在用电高峰期暂时调整或中止电力提供，电力公司会给用户一定的用电折扣。这样动力公司可以在必要的情况下控制高峰功耗，也就称为“负载控制”。
其它涉及非控制的信息也可以在节点和配电站之间通过配电线路进行通信。这些普通的信息信号和控制用户设备的信号以相同的方式被传输。这些普通的信息信号包括可以在用户端接收或处理的信息，例如在客户端显示或存储电力价格、日期和时间、温度或其它信息。例如，用户端电子设备上显示的时间能够被周期性调整，这样用户端时间和动力站时间就可以保持同步。
这里所描述的设备和方法不同的实施例用于通过配电线路106向节点104传输信号(下行流信号)。信号(上行流信号)也可通过配电线路106从节点104向配电站102传输。这样通过配电线路106就产生了一条配电站102和节点104之间的双向链路。上述控制信号应用的例子中配电站向节点104提供控制信号(和/或普通信息信号)，这些例子只是上述控制信号提供的不同用处的代表。因此，应用中所提出的例子本质上都是有说明意义的，因为本发明并不受限于任一特定控制信号的用处。
配电站102包括配电站收发器单元(108)，用于在配电线路106上驱动下行流信号，如箭头110所示。节点104包括节点接收器单元(112)，用于从配电线路106上接收下行流信号。节点收发器单元112也用于向配电线路106驱动上行流信号，如箭头118所示。配电站收发器单元108也用于从配电线路106上接收上行流信号。配电线路106用于配电站102和节点104之间的全双工通信，全双工指的是两个方向上的同时通信。然而，在全双工通信中，上行流和下行流信号的传输速率可能不同。全双工通信链路提供了控制信息的可靠传输，并不需要额外的布线，从而实现成本最小化并提高了数据完整性。
配电网
图2是根据本发明的一个可能的实施例，实现配电站(102)和节点(104)之间数据通信的配电网的一部分的框图。图2所描述的框图和上面描述的图1的工作方式相似。
发电站202用于通过高压传输线路203向下行流配电站102提供大量电力。至少一个配电站102包括接收器单元(108)。配电站收发器单元108能够通过配电线路106向不同节点104同步发送数据，节点104位于一或多个用户处。通信信号可能包含控制信息，能够通过变压器20并最终到达某一特定用户的节点104。
普通变压器(210)可以服务于多个节点(104)，多个节点104对应于多个用户。此外，单个用户站点例如站点212可以包括多个不同用户设备例如包含节点收发器单元112的节点。从配电站收发器单元108向节点104传输控制信息非常有用并且成本有效。在不同的实施例中，一或多个配电站102可以包含与位于配电站102下行流的节点104进行通信的配电站收发器单元108。在其它的实施例中，配电站收发器单元108位于多个节点104的上行流而不是配电站102的上行流。
配电站概览
图3是描述一个根据本发明的一个可能的实施例的配电站的示意图。配电站102和配电线路(106)相连。配电线路106和提供三相功率(ФA，ФB和ФC)的主变压器300相连，并且包括3条导线(302，304和306)，每条导线传导功率的一个相。第一导线(302)传导ФA，第二导线(304)传导ФB，第三导线(306)传导ФC。
表线圈307包括三条表线路(314，316和318)，分别和导线302，304和306相连。表线路314通过电流变压器308和导线302相连。表线路316通过电流变压器310和导线304相连。表线路318通过电流变压器312和导线306相连。
配电站收发器单元108用于从信号线路326，328和330处接收信号，信号线路326，328和330分别通过电流变压器320，322和324和表线圈307相连。配电站收发器单元108也用于通过电力线路耦合器346向导线302，304和306提供下行流信号。
在这个示例实施例中，上行流信号可以由节点收发器单元(112)传送给传导器302，304和306。配电站收发器单元108用于接收上行流信号。上行流信号的一部分通过电流变压器308由导线302传给表线路314，表线路314由信号线路326通过电流变压器320连向配电站收发器单元108的第一输入。上行流信号的另一部分通过电流变压器310由导线304传给表线路316，表线路316由信号线路328通过电流变压器322连向配电站收发器单元108的第二输入。上行流信号的其它一部分通过电流变压器312由导线306传给表线路318，表线路318由信号线路330通过电流变压器324连向配电站收发器单元108的第三输入。
配电站收发器单元108包括配电站处理单元(332)和放大器(336)。发向节点收发器(112)的下行流信号由配电站处理单元332作为放大器336的输入提供。放大器336为下行流信号提供增益，下行流信号连向电力线路耦合器346。
电力线路耦合器346包括阻抗匹配单元(338)和三个电容器(340，342和344)。信号由阻抗匹配单元338通过电容器340，342和344分别传送给导线302，304和306。阻抗匹配单元338用于匹配导线302，304和306和放大器336之间的阻抗。电容器340，342和344用于提供阻抗匹配单元和配电线路106之间的电气绝缘。
在一个示例实施例中，配电站收发器单元108用于向下行流节点收发器112传送命令和控制信号。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号指定到某特定节点收发器单元112。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号指定到某组特定节点收发器单元112。在另一个示例实施例中，配电站收发器单元108能够将一下行流信号传到一或多条导线302，304和306。例如，配电站收发器108可以将一个下行流信号传给一条导线(例如302)而不传给分布线路(106)上其它导线(例如304和306)。
配电站处理单元用于通过数据网络346和中心办公室334通信。在许多实施例中，数据网络346通过任意适当的方法建立用于数据通信。例子的不完全列表包括：因特网、企业内部互联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、卫星、微波以及和普通电话接口(POTS)的调制解调器。
可以采取提供相同功能的其它结构来从配电线路106处获取上行流信号，向配电线路106传送下行流信号，在配电站收发器108处理信号。例如，配电站收发器单元108可分为单独的接收和发送模模块。任何能提供相同功能的适当功能模块的组合在本发明的范围中都考虑到了。
普通通信信号流
图4是根据本发明的一个可能的实施例，描述流向示例节点接收单元的信号流的框图。如上述图3所描述，配电站(102)和中心办公室(334)以及节点(212)通信。
节点收发器单元112通常用于提供根据从用户站点212得到的表数据向配电站102汇报的功能。通过在上行流通信信道上传输上行流信号(432)(例如电力线路上调制的FSK信号)提供汇报功能。表述据可以包括平均使用电力，峰值使用电力，峰值负载时间和其它表参数。节点收发器单元112可和现场编程单元(420)合作，现场操作者可基于汇报功能使用现场编程单元420配置节点收发器单元以及用于其它用处。现场编程单元(420)的一个例子是光纤连接手持编程单元。
配电站102通常提供根据从配电站控制的节点收发器单元处收集的数据向中心办公室334汇报的功能。配电站102和中心办公室334之间的汇报功能和命令信号提供作为网络通信信道(例如LAN，WAN，调制解调器等)上的网络信号346。配电站102也用于从中心办公室334处接收命令信号。命令信号由配电站处理单元332处理并通过下行流通信信道上的下行流信号430(例如电力线路上调制的FSK信号)传送给节点收发器单元112。
中心办公室334通常用于提供多种电力管理功能以及数据收集业务。中心办公室334包括和配电站(102)通信的中心办公室通信收发器单元(412)。中心办公室通信收发器单元(412)接收从配电站处理单元(332)那里收集的数据，中心办公室处理控制(414)处理的数据，数据库(416)存储的数据。可对存储在数据库(416)中的收集数据执行各种数据处理功能。
下行流/上行流信号
提供给节点收发器单元(112)的下行流信号作为非归零倒置(NRZI)频移键控(FSK)信号。节点收发器单元(112)在和上行流信道不同的下行流信道上接收下行流信号。每个节点都有一特定的ID码以及一群ID码。数据被编码在FSK信号中，该FSK信号包括目的接收单元的ID码。如果下行流频率在相邻比特时间内没有变化，就在下行流信道中编码逻辑0数据信号，如果下行流频率在相邻比特时间内有变化，就在下行流信道中编码逻辑1数据信号。
在这种调制方案的一个可能的实施例中，下行流信号被提供作为60Hz线路频率上的FSK调制信号，位于555Hz或者585Hz频率上。在这种调制方案的另一个可能的实施例中，下行流信号被提供作为50Hz线路频率上的FSK调制信号，位于462.5Hz或者487.5Hz频率上。
节点收发器单元(112)提供的上行流信号用频移键控调制。每个节点收发器都分配一对应于特定调制频率的信道。FSK调制技术应用于节点收发器单元112的指定信道。
逻辑0数据信号可以通过在电力线路上用对应于第一频率(f0)的频率调制方波信号在选定信道上编码实现。逻辑1数据信号可以通过在电力线路上用对应于第二频率(f1)的频率调制方波信号在选定信道上编码实现。其中f1＝f0+偏移量。
在这种调制方案的一个可能的实施例中，上行流信号被提供作为60Hz线路频率上的FSK调制信号，位于970Hz--1006Hz频段上。在此例中，以4mHz的大小划分频段，大约可以编码9000个信道。在此例中，调制频率可由下式得到：
f0＝(信道-1)×4mHz+970Hz，且
f1＝(信道-1)×4mHz+970Hz+1.66mHz
在这种调制方案的另一个可能的实施例中，上行流信号被提供作为50Hz线路频率上的FSK调制信号，位于960Hz--996Hz频段上。在此例中，以4mHz的大小划分频段，大约可以编码9000个信道。在此例中，调制频率可由下式得到：
f0＝(信道-1)×4mHz+960Hz，且
f1＝(信道-1)×4mHz+970Hz+1.66mHz
配电站收发器单元(108)配置成将从各个节点收发器(112)处接收到的信号以几乎同步的方式解调，这有很大的优势。例如，增加了系统的容量，因为配电站收发器单元(108)不需要等到从节点收发器单元(112)处将前一信号接收完全，才开始接收另一个信号。
上文已说过每个配电线路106都有三个相位，以及导线302，304和306，每个相位用导线302，304和306中的一个。和三条导线302，304和306中的每条的接口都可用来接收一信道。配电站收发器单元108用于将配电线路106的每条导线302，304和306的信号解调。这一配置使得配电站收发器106能够从和每条导线302，304和306相连的多达9000个节点收发器单元(112)处接收上行流信号。此外，配电站收发器可配置用于通过线路导线(例如，第一相位和第二相位有相同的信息)接收冗余通信。
除了上述实施例，还有许多其它的实施例。例如，节点收发器单元(112)可以使用任一调制方案和配电站收发器单元(108)通信，包括FSK之外的调制方案，能够对从节点收发器单元(112)处接收信号进行同步或几乎同步的解调。此外，这里描述的设备和方法还可使用其它的带宽。例如，通信信道可以包括除了36Hz和970Hz到1006Hz之间频段的频率带宽。
另一实施例也包括使用不同的频率范围在每条导线(302，304和306)上通信，在配电站单元(102)和节点(104)之间建立配电线路(106)。这样，每个相位的导线(302，304和306)用一个带宽和频率范围传送信号，其它相位的导线用不同的带宽和频率范围传送从节点收发器(112)处得到的信号。
在另一实施例中，节点收发器112用除4mHz的其它频率带宽通信。例如，不同实施例可以使用10mHz或更少的频率带宽，包括2mHz，6mHz和8mHz的频率。
节点收发器单元
图5是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点收发器单元(112)内的功能模块的框图。节点收发器单元112包括一瞬时保护模块510，一电力提供模块520，一发送器530，一接收器调节模块540，一60Hz调节逻辑550和节点处理器单元560。
尽管节点收发器单元112是由一系列分散功能模块(510--560)组成，将这些功能模块分开只是为了更方便地探讨系统的功能需求。上述功能模模块的实现在不偏离本发明精神的前提下，可和其它模块组合或者分散为其它模块。此外，在有的实现中，倾向于将功能模块组合，减少制作成本、降低功耗、提高包装版型、维持噪音隔绝以及其它方面的考虑
瞬时保护模块510和例如三相电力线路(见图3)这样的电力线路相连。瞬时保护模块510用于对节点收发器单元112提供瞬时保护。瞬时保护模块510也用于在接入节点收发器单元112时，防止噪音、电磁干扰(EMI)和电力线路上其它干扰。
电力提供模块520和瞬时保护模块510的第一输出相连，用于向节点处理器单元560提供调节电力信号，节点处理器单元560包括一基于控制器、微控制器或者微处理器的系统。电力提供模块520也可向其它的外围设备和其它功能提供信号。其它功能的例子有：检测到欠压(brown-out)时提供欠压信号，在主电力信号中止达30秒后提供持续电力信号等。欠压信号可用于重置不同的电路，和/或告知节点处理器单元560发生了电力中断。
发送器模块530和瞬时保护模块510的第二输出相连，也和节点处理单元560的输出相连。运行中，发送器模块530被配置用于在一或多条电力线路上编码来自于节点处理器单元560的数据信号，这样上行流通信信号可由配电站102从电力线路处接收到。发送器模块530也可以包括各种保护和信号调节电路，从而提供噪音隔绝和瞬时电涌保护。
举个例子，发送器用于提供频移键控(FSK)输出信号，其响应于节点处理器单元560提供的方波信号。在传输用逻辑“0”信号编码时，方波信号具有对应于第一频率的频率，在传输用逻辑“1”信号编码时，方波信号具有对应于第二频率的频率。在一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)的关系是f1＝2×f0+偏移量。在另一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)的关系是f1＝f0+偏移量。在另一个例子中，第一频率(f0)和第二频率(f1)之间间隔1.66mHz。
接收器调节模块540和瞬时保护模块510的第三输出相连，也和节点处理单元560的第一输入相连。配电站102通过一或多条电力线路提供下行流通信信号。接收器调节模块540通过调节一或多条电力线路(可存在下行流通信信号)上的信号，向节点处理器单元560提供感应信号。感应信号可由下述方法调节：改变节点处理器单元560可接收的电力电平，提供抗混滤波，钳制信号电平以保护节点处理器单元560的各个部分。
60Hz逻辑调节模块550和瞬时保护模块510的第四输出相连，也和节点处理单元560的第二输入相连。60Hz逻辑调节模块550用于向节点处理器单元560提供一或多个逻辑信号，其中每个逻辑信号对应于和电力线路上一个电力信号的相位一致的60Hz时钟信号。逻辑信号可通过滤波、电流限制和电平钳位得以调节。
节点处理器单元560包括用于各种外围设备的其它输入和输出(IO)连接。示例IO连接包括串行和并行接口总线，光学接口例如IR发送器和接收器，有线和无线网络接口例如以太网，例如模数转换器(ADC)的模拟信号接口。运行中，节点处理器单元560用于：协调上行流和下行流通信，控制外部接口，提供用户侧计划(scheduled)数据收集和汇报功能，提供基于需求的数据收集和汇报功能等。节点处理器单元
图6是根据本发明的一个可能的实施例，描述示例节点处理器单元(560)内的功能模块的框图。在基本配置中，节点处理器单元560通常包括至少一处理器(610)，一系统存储器(620)，一可编程存储器(630)，一接口单元(640)和一定时器单元(650)。
处理器610包括一微处理器，一微控制器，一专门处理器，一RISC处理器，一CISC处理器，一状态机和其它任一适当类型的为节点处理器单元(560)控制信号流的处理单元。系统存储器620可以是易失性的(例如RAM)，非易失性的(例如静态RAM、ROM、闪存等)，或者两者的结合。系统存储器620可包括一操作系统(622)，一或多个编程应用模块(624)，也可包括程序数据(626)的存储。可编程存储器630是非易失性存储器，例如电可擦除只读存储器(EEPROM)或其它类型在断电时维持存储的可擦除存储器存储单元。接口单元640是一普通接口模块，可以包括一模数转换器(ADC，641)，一数模转换器(DAC，642)，一串行IO接口(643)，一并行1O接口(644)，一中断控制接口(644)，一通用异步接收器和发送器(UART，645)。串行IO接口包括一通用串行总线接口(USB)，一IEEE 1394接口以及其它类似部件。定时器650被处理器单元610用作监察定时器。
节点处理器单元560也可包括其它数据存储设备，例如磁盘、光盘和磁带。计算机存储媒体可包括易失性和非易失性，可移除和不可移除媒体，其在任一方法或技术中用于存储信息，例如计算机可读指令、数据结构、编程模模块或其它数据。系统存储器620和可编程存储器630也考虑了计算机存储媒体的例子。计算机存储媒体包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字化视频光盘(DVD)或其它光盘存储、盒式磁带、磁盘存储或其它磁存储设备、或任何其它可用于存储目的信息并可被节点处理器单元560访问的媒介。节点处理器单元560也可有输入设备，例如键盘、鼠标、钢笔、声音输入设备、触摸输入设备等，也可包括输出设备，例如显示器、扬声器、打印机等。所有这些设备都为大家熟知，这里不详细讨论。
处理器单元(610)用于控制对系统存储器(620)、可编程存储器(630)和接口单元(640)的访问。内部通信总线(660)用于和处理器单元610、系统存储器620、可编程存储器(630)和接口单元(640)共同工作。外部通信总线(670)用于提供接口单元(640)的通信接入点。外部接口总线(670)可以包括接口单元(640)不同部分的多个模拟、数字和光学接口点。例如，一现场编程单元(420)通过接口单元640光学连接节点处理器单元(560)，这样可以向节点处理器单元560提供各种现场编程。示例现场编程功能包括但不限于对新安装节点的配置、对现有节点中程序的更新、对节点不同功能的测试、从节点处收集数据、监听节点的不同的读取。
发送器时钟的发生
图7是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元(560)的上行流发送器时钟信号产生的框图。图7描述的模块由硬件和软件功能的组合提供，协作为节点内的发送器功能提供时钟信号。
上行流发送器时钟有一个大约是电力线路频率128倍的频率，当电力线路频率是60Hz时其对应于7680Hz。频率锁定回路(FLL)技术用于将电力线路频率锁定到发送器时钟频率，这一技术使用了比例微分(PD)控制回路。发送器FLL包括一零交叉检测器、一线路锁定IRQ发生器、一相位闭锁和一电力线路FLL滤波模块。
发送器FLL利用器定时器参数(TxTimer)，通过控制和中断产生相关的速率，调整发送器时钟频率。零交叉检测器检测到零交叉前沿，就会产生一触发信号(Trigger)。线路锁定IRQ发生器产生一相位信号(Phase)，对应于发送器定时器参数(TxTimer)。相位信号由相位闭锁解释为标记相位参数(TempPhError)，其对应于触发信号(Trigger)和相位信号(Phase)。电力线路FLL滤波模块用于响应标记相位参数(TempPhError)调整发送器定时器参数(TxTimer)。在稳态下，对发送器定时器参数(TxTimer)进行调整，从而使得当以60Hz(电力线路频率)的速率闭锁时，相位信号(Phase)为0。
零交叉检测器在电力线路(例如图3中的电力线路302)的信号超过0VAC时，提供触发信号(Trigger)。示例零交叉检测器包括在60Hz逻辑调节模块(550)中，用于提供低通滤波和钳位功能。低通滤波器功能可作为二阶无源RC网络，其具有113Hz的-3dB频率，钳位功能可作为二极管，限制节点处理器单元(560)输入电压起伏。每次检测到零交叉(例如60Hz)时，节点处理器单元(560)内能够产生一中断。每次检测到零交叉时，相位闭锁用于将相位信号(Phase)闭锁，作为标记相位参数(TempPhError)。在一个例子中，标记相位参数作为一个8比特标记变量。
相位信号(Phase)由线路锁定IRQ发生器提供，其包括一相位累积器、一时延模块，一加法器模块。加法器模块通过将发送器定时器参数(TxTimer)加上最后一个比较信号，来提供一比较信号(TxTimerCompare)。时延模块用于接收比较信号(TxTimerCompare)且提供一作为最后比较信号的时延TxTimerCompare信号。处理器单元(560)使用TxTimer通过信号TxTimerCompare调整发送器中断的时间间隔。相位累积器用于在每次发送器定时中断发生时(例如，7680Hz)增加Phase来提供相位信号(Phase)。
电力线路FLL滤波模块包括一比较器模块，四个加法器模块，三个时延模块，三个增益模块，一限制器模块和一低通滤波模块。各个模块配置成没有积分部分的比例积分/微分(PID)控制环路，这样控制环路就是一PD环路。比较器模块比较最后相位误差(LastPhError)和输入的暂时相位误差(TempPhError)。比较器的输出由限制器模块限制，从而抑制由过充和下充带来的误差量，以防止控制环路中的振荡。限制器的输出和LastPhError通过第一加法器模块组合，提供当前相位误差信号(PhError)。比较器的输出由限制器限制在+/-1的值。在这个例子中，当LastPhError大于TempPhError时，当前相位误差信号(PhError)就加1，当LastPhError小于TempPhError时，当前相位误差信号(PhError)就减1。PhError提供给第一时延模块和第一增益模块。第一时延模块产生最后相位误差信号(LastPhError)。
相位误差信号(PhError)提供给第一增益模块和低通滤波(LPF)模块，其中第一增益模块增加增益以解决LPF模块的衰减。LPF模块根据IIR滤波器提供滤波的误差信号(FiltPhError)。在一个例子中，滤波器输出由下式给出：FilterVal＝(RawVal-LastFilterVal)/FILTER，其中FILTER是一个值为8的滤波器系数。在这个例子中，LPF提供的截止频率为：fc＝(-60/2π)*ln(1-(1/8))＝1.725Hz，其中60对应于60Hz线路频率的抽样速率，8是滤波器系数。
滤波的误差信号(FiltPhError)提供给第二时延模块，第二加法器，第二增益模块。第二时延模块提供一最后滤波的误差信号(LastFiltPhError)，其由第二加法器模块从当前滤波的误差信号(FiltPhError)减去。第二增益模块用于提供增益为Kp(例如，Kp＝16)的比例信号，第三增益模块用于提供增益为Kd(例如，Kd＝2048)的微分信号。第三加法器通过将比例信号和微分信号组合起来，提供校正信号。第四加法器通过将校正信号和第三时延模块提供的TxTimer的最后值(LastTxTimer)组合起来，提供TxTimer。调整的定时器参数由下式给出：TxTimer＝LastTxTimer+校正量。
定时器参数(TxTimer)用于通过线路锁定IRQ模块调整发送器中断的IRQ中断时间间隔。每次在发送器中断发生时(例如每7680Hz)，相位信号都增加一预定的量(例如+2)。当发送器定时器信号(例如7680Hz)锁定到电力线路信号(例如60Hz)时，相位信号(Phase)为0。当相位误差处于第一范围(例如一个8比特相位值的0x02到0x7E)时，可观察到正极性误差。当相位误差处于第二范围(例如一个8比特相位值的0x80到0xFE)时，可观察到负极性误差。当发生比需求锁定频率到线路频率(例如60Hz)更多的中断时，可以观察到正极性误差。当产生太多中断时，降低TxTimer。当发生比需求锁定频率到线路频率(例如60Hz)更少的中断时，可以观察到负极性误差。当产生的中断太少时，增加TxTimer。
接收器时钟的发生
图8是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元(560)产生下行流接收器时钟信号的框图。图8描述的模块由硬件和软件功能的组合提供，协作为节点内的发送器功能提供时钟信号。
下行流接收器时钟有一大约是电力线路频率10倍的频率，对应于电力线路频率是60Hz时的600Hz。和发送器时钟发生器类似，频率锁定回路(FLL)技术用于将电力线路频率锁定到接收器时钟频率，这一技术使用了比例微分(PD)控制回路。接收器FLL包括一零交叉检测器、一电力线路定时器捕捉模块、一接收器定时器捕捉模块和一电力线路FLL滤波模块。
接收器FLL通过控制和接收器定时器参数(ADTimer)的中断产生相关的速率，调整发送器时钟频率。零交叉检测器检测到零交叉前沿，就会产生一触发信号(Trigger)。电力线路定时器捕捉模块就会产生一捕捉定时器信号(Capture)。捕捉定时器信号(Capture)对应于自由运行的时钟的抽样值，当通过触发信号(Trigger)检测到零交叉时就进行抽样。另一个捕捉定时器信号(ADCapture)由接收器定时器捕捉模块在每第十个接收器中断周期产生。捕捉信号由电力线路FLL滤波模块接收，电力线路FLL滤波模块通过调整接收器定时器参数(ADTimer)调整接收器时钟的中断间隔。在稳定的状态下，对接收器定时器参数(ADTimer)进行调整，从而将接收器定时器中断间隔(例如600Hz)以10倍锁定到电力线路频率(例如60Hz)。
零交叉检测器在电力线路(例如图3中的电力线路302)的信号超过0VAC时，提供触发信号(Trigger)。示例零交叉检测器包括在60Hz逻辑调节模块(550)中，用于提供低通滤波和钳位功能。低通滤波器功能可作为二阶无源RC网络，其是113Hz的-3dB频率，钳位功能可作为二极管，限制节点处理器单元(560)输入电压起伏。每次检测到零交叉(例如60Hz)时，节点处理器单元(560)内能够产生一中断。每次检测到零交叉时，电力线路定时器捕捉模块用于从自由运行的时钟捕捉定时器信号，称为捕捉定时器信号(Capture)。在一个例子中，定时器是一个自由运行在2MHz频率的16比特定时器，由一个晶体振荡器为节点处理器单元560锁定。
电力线路FLL滤波模块包括两个分配器模块，五个加法器模块，一比较器模块，三个时延模块，一限制器模块和三个增益模块。各个模块按照图7所描述的那样，以成比例微分(PD)控制环路分布。分配器模块和第一加法器模块用于找出捕捉定时器信号(Capture)和其它捕捉定时器信号(ADCapture)高位的差别，然后提供给比较器模块。比较器模块将这个差别和进行比较。比较器的输出由限制器模块控制这样由过充和下充带来的误差量会被抑制，从而防止控制环路中的振荡。限制器的输出和时延误差信号(DlyFLL60Error)通过第二加法器模块组合，提供误差信号(FLL60Error)。比较器的输出由限制器限制在+/-1的值。在这个例子中，当捕捉定时器信号的高位大于DlyFLL60Error时，当前误差信号(FLL60Error)就加1，当捕捉定时器信号的高位低于DlyFLL60Error时，当前误差信号(FLL60Error)就减1。FLL60Error提供给第一时延模块，第一时延模块产生时延误差信号(DlyFLL60Error)。
误差信号(FLL60Error)通过第三加法器模块提供给第一增益模块、第二时延模块、和第二增益模块。第二时延模块提供一最后误差信号(LastFLL60Error)，由第三加法器模块从当前误差信号(FLL60Error)减去。第一增益模块用于提供增益为Kp(例如，Kp＝256)的比例信号，第二增益模块用于提供增益为Kd(例如，Kd＝4096)的微分信号。第四加法器通过将比例信号和微分信号组合起来，提供校正信号。第三增益模块用Kc(例如Kc＝4)将校正信号放大，提供一放大的校正信号。第五加法器通过将放大的校正信号和第三时延模块提供的ADTimer的最后值(LastADTimer)组合起来，提供ADTimer。接收器定时器参数由下式给出：ADTimer＝LastADTimer+校正量。
接收器定时器参数(AdTimer)通过比较捕捉定时器信号并向比较器输入提供一差分信号，调整发送器中断的IRQ中断时间间隔。当时延误差信号(DlyFLL60Error)低于差分信号时，FLL60Error增加，当时延误差信号(DlyFLL60Error)高于差分信号时，FLL60Error减少。捕捉信号的低位被分配器模块丢弃，从而抑制对整个控制环路的响应，进而预防了振荡和过校正。
下行流处理
图9是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点下行流接收的框图。下行流处理由接收器调节模块和接收器处理模块处理。
接收器调节模块用于向接收器处理模块提供信号输入级控制和滤波。接收调节模块包括一电平控制模块和一抗混滤波器模块。电平控制模块用于从电力线路处接收线路电压并向抗混滤波器模块提供衰减的信号。衰减的信号也可以被缓冲。抗混滤波器模块用于接收衰减的信号并提供滤波信号。抗混滤波器去除高于下行流信令频率的信号。在一个例子中，抗混滤波器模块是一带通滤波器，中心频率在调制频率的中心处(例如，在555Hz和585Hz的双频调制方案中，就位于570Hz)。
接收器处理模块用于从模拟信号中提取比特流。接收器处理模块包括两个信号处理模块(一个600Hz信号处理模块和一个120Hz信号处理模块)。第一信号处理模块(例如600Hz信号处理)包括一模数转换器(ADC)，一电力线路抑制滤波器(例如，抑制60Hz)，一第一低通滤波器(LPF)模块，一自动增益控制模块(AGC)和一第二低通滤波器模块。第二信号处理模块(例如120Hz信号处理)包括一抽样模块，一高通滤波器模块，一时延模块，一积分检测模块和两个低通滤波器模块。
ADC模块以10倍(10X)于电力线路频率(例如线路频率位60Hz，就为600Hz)的速率抽样模拟信号。ADC模块工作于下抽样的模式下，将信号降频变换到基带。在一个例子中，抽样速率为600Hz，调制信号位于555Hz和585Hz的频率。在这个例子中，下抽样提供将信号降频变换到15Hz和45Hz的基带。
60Hz抑制滤波器用于抑制和电力线路相关的频率和谐波。在一个例子中，60Hz抑制滤波器是一逆梳状滤波器，作为电路缓冲，存有最后10个抽样并从第10个先前的抽样中减去每个新的抽样，这样剩下的信号就移除60Hz部分。第一低通滤波器用于抑制在使用下抽样技术之后可能出现的高频。在一个例子中，第一低通滤波器有66Hz的角频率。第一低通滤波器的输出连接于AGC模块，AGC模块在不失真的情况下将其电平升高。AGC模块的输出提供给第二低通滤波器，其再一次抑制任何高频。第二低通滤波器向120Hz信号处理模块提供一滤波的600Hz信号。
滤波的600Hz信号由抽样模块以120Hz(两倍于电力线路频率)的速率再次抽样，然后通过高通滤波器。高通滤波器的输出提供给积分检测模块和时延模块，时延模块也和积分检测模块相连。积分检测模块的输出连向第二低通滤波器模块，第二低通滤波器模块和第三低通滤波器模块相连。第三低通滤波器模块的输出对应于恢复的数字比特流。第二信号处理模块(例如120Hz信号处理)通过使用积分检测器在偏离30Hz载波90度的点抽样，检测基带信号(例如15Hz和45Hz)的存在。检测到的数字比特流用NRZI进行编码，逻辑“1”表示调制频率有变化，逻辑“0”表示调制频率无变化。得到的数字比特流由节点缓冲，以备进一步处理。
上行流处理
图10是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点传输处理和产生电力提供的框图。上行流处理由上行流载波产生模块，电力提供和发射器模块执行。
上行流载波产生模块包括图7描述的发送器FLL，一加法器和一累积器。上行流发送器时钟中断(加触发，Add Trigger)触发加法器模块。加法器模块向累积器(例如一32比特累积器)加入一常量(例如一32比特常量)。累积器最高有效位(MSB)以和期望的电力线路锁定频率同样的速率翻转(toggle)，用于直接驱动发送器中的载波电路。常量根据期望的数据传输改变，从而将FSK调制频率从逻辑1变为逻辑0。
电力提供和发送器模块包括一对驱动器(M1，M2)，一半桥驱动器模块，两个电容器(C，CSUP)，四个二极管(D1-D4)，一稳压二极管，一感应器(L)和一变压器。电力提供和发送器模块用于从VHI和VLO终端为节点的不同部分提供本地电力，并同步提供上行流信号。变压器T用于将电力线路的电力耦合到电路电力提供部分，也将电路发送器部分的调制数据耦合到电力线路。
电力线路以线路频率(例如60Hz)振荡，在第一次中断时是正电流极性，在第二次中断时，是负电流极性。电阻R、电感L和电容器C组成一谐振电路，由驱动器M1和M2响应FSK控制信号(FSK CTL)驱动。在第一时间中断(正极性半周期)时激活驱动器M1会对电容器CSUP充电，而在第一时间中断(正极性半周期)时激活驱动器M2会阻挡谐振电路中电流流向二极管D3。在第二时间中断(负极性半周期)时激活驱动器M1会阻挡谐振电路中电流流向二极管D4，而在第二时间中断(负极性半周期)时激活驱动器M2会对电容器CSUP充电。CSUP在零交叉时会放电。
本地电力最初在电容器CSUP产生，下文会详细描述。二极管D1和D2提供充电电容器CSUP的电流通路。在第一时间中断(正极性半周期)，来自变压器T的电流通过电阻R，电容器C，电感L和二极管D1连向电容器CSUP的顶板，并通过二极管D3从电容器CSUP的底板返回变压器。在第二时间中断(负极性半周期)，来自变压器T的电流通过二极管D4连向电容器C4的顶板，并通过二极管D2，电感L，电容器C和电阻R从电容器CSUP的底板返回变压器T。电容器CSUP在电力线路振荡的重复周期内不停充电，直到变压器的电压被稳压二极管DZ钳位。在VHI和VLO的电力提供电平在CSUP产生后，半桥驱动器可以在电力线路上提供调制信号。
谐振电路的谐振频率集中在1500Hz左右。半桥驱动器能够产生频率在970Hz到1006Hz的范围内的占空度为50％的方波信号，这一频率范围是FSK信号期望的载波频率的一个示例范围。谐振电路对方波信号滤波，这样激活驱动器M1就带来载波频率上电流的正极性半周期，激活驱动器M2就带来电流的负极性半周期。载波信号通过变压器T1耦合至电力线路。通过FSK控制信号(FSK CTL)有选择的激活，就实现对方波频率的调制。如上所述，上行流载波频率通过数字振荡器调制，数字振荡器可由例如上行流载波产生模块中的累积器实现。改变频率常量就会改变数字振荡器的速率，也就会改变半桥驱动器的调制速率。
节点处理
图11是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元内部处理的状态图(1100)。处理由模块1100内一加电序列发起。
处理模块1100检测并评估加电状况。加电状况可以是以下两种状况中的一种：节点是第一次加电，或者发生了电力故障。当检测到电力故障时，处理从模块1110进行到1120。当检测到首次加电状况时，处理从模块1110进行到模块1140。
电力故障状况由模块1120评估，在节点执行诊断和数据收集。电力中断可以是暂时中断、暂时事件中断或持续中断。暂时中断是少于30秒的暂时的电力中断。暂时事件中断是在一预先定义的时间段例如5分钟内发生两个或多个暂时中断。持续中断是在一持续的时间段内，例如长于30秒的时间断内发生的电力中断。每个节点能够收集各种中断类型的例如时间、电力中断日期这样的数据。处理由模块1120进行到模块1130。
统计数据在模块1130处更新。统计数据要与表读取值、电力中断统计和其它诊断数据对应。在一个例子中，在一次电力中断所收集的数据都被记录下来，还有对基于不同电力类型的电力中断总时间的每个类型电力中断的累积统计。在另一个例子中，通过记录表使用情况，计算不同统计例如平均负载、峰值负载、总电力使用的统计来更新统计数据，表读取值的类型可以按照使用时间分类(例如每周几天、每天几个小时等)。处理由模块1130进行到模块1140。
模块1140对应于一空转模块，节点处理单元空转等待事件发生。事件可以是计划事件或触发事件。节点处理器单元能够按照例如时间和日期这样的标准来计划事件。节点处理器单元能够在空转模块继续收集表数据。当从电力线路或其它外围设备上检测到分组，处理由模块1140进行到模块1150。当检测到触发事件时，处理由模块1140进行到模块1160。
触发事件在模块1160处被评估。触发事件可由任何一种情况导致，例如但不局限于：检测到电力故障、检测到来自配电站的接收分组、从配电站处接收到命令序列、例如电力使用超过门限值的表数值记录、内部诊断故障、检测到和例如现场编程器这样的外围设备的连接以及其它情况。当触发事件对应于汇报间隔时，处理由模块1160到模块1162进行。触发事件对应于记录使用间隔时，处理由模块1160到模块1166进行。
汇报间隔始于模块1162根据上行流传输协议收集并格式化数据，数据组织成分组。分组按照传输要求格式化后，根据上述传输方法排队传输。处理由模块1162进行到模块1164，开始传输一或多个分组。处理从模块1164进行至模块1140。由于上行流数据传输速率非常低(例如大约每比特20分钟)，分组传输可作为背景过程继续，而比特值在一段时间内的传输过程中周期性变化。
通过从模块1166处各种表机构获取的数据来记录使用数据。表机构包括评估电表表盘上黑白电平的光学读表器，位于节点处理器单元内用于存储统计数据的寄存器，存储于节点处理单元系统存储器里的值，存储于节点处理单元非易失性存储器里的值或者和节点处理单元有外围接口的其它设备。处理由模块1166进行到模块1130，此时根据新读取值和/或计算值更新统计数据。
在模块1150处，节点处理器单元从例如系统存储器、寄存器或者非易失性存储器的存储位置获取数据。进行至模块1152，评估接收到的分组是否有错误。当接收到的分组没有通过错误检测时，处理由模块1152进行到错误跟踪(图未示)或者到模块1140。当接收到的分组通过错误检测时，处理由模块1152进行到模块1154。从模块1154处的分组中提取命令。继续进行至模块1156，对被提取的命令进行评估和处理。在处理完被提取命令后，处理返回到模块1140。
示例命令包括：为上行流数据传输分配一信道，为上行流数据传输分配一配电站，定义CRC检查，定义上行流协议中的分组格式，同步当前日期和时间，更新节点的使用时间(TOU)图，调整峰值设置，选择汇报间隔每天开始时间，重新设置节点，基于需求的数据汇报请求以及其它命令。需求表读取可以由配电站的命令分组或者例如现场编程单元的外围设备初始化。需求表读取和对应于计划事件的自动数据收集是异步的。
节点可以根据一或多个使用时间(TOU)图执行使用时间表读取。TOU图可根据三个不同的日期类型组织，例如工作日、周六和周日。电力使用可在一天的时间内分为多个时间间隔，每个时间间隔对应于一数据收集部分。部分安排以及日期类型组成一TOU图，可以扩展到整个星期。节点能够基于动力公司的各种要求在TOU图之间变化，例如家用或商用、节日计划以及其它类型。节点内的TOU图可由覆盖命令或根据计划事件改变。动力公司可基于TOU图，应用不同的计费率，安排不同使用方法和负载管理评估的数据收集以及其它用处。
示例上行流协议
图12是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点上行流分组格式的示意图。由图可知，分组包括下列字段：一1比特的异步标记字段，一1比特的健康标记(health flag)，一多比特的数据负载(例如最多49比特)和一12比特的纠检错字段。每个节点包括一分组序列定义表，定义了分组中不同数据负载的格式。当分组和表中任一分组序列定义都不吻合时，异步标记置为1；此外异步标记就置为0。当节点没有通过一或多次内部诊断测试时，健康标记就置为1，此外健康标记就置为0。数据负载的定义是很灵活的，映射到不同的分组序列定义，下面将会讨论分组序列定义。
分组包括一最多达6块的数据序列，每个块和一特定的数据标识符(DataID)关联。每个节点最多可以有7种类型的定义分组，每个分组由序列号(SeqNum)标识。每个序列分别由一套数据标识符(DataIDs)和与每个数据标识相关的比特数(NumBits)定义。例如，包括6个块的序列由6个数据标识符参数(DataID0-DataID5)和六个相应比特常量数(NumBit0-NumBit5)定义。分组序列由8比特数据标识符(DataIDs)和5比特比特属性数(NumBits)的7×12结构来决定。分组序列可由下述因素改变：接收到带有命令的下行流通信，通过编程单元接收到配置命令或其它配置机制。
每个分组序列都由分组号和一个星期里特定的一天(DayOfWeek)相关联(例如，序号0表示星期天，序号1表示星期一等)。分组按照定义排列在分组序列中，包括异步比特、健康标记、负载数据和纠检错比特。数据标识符为0表示数据的某一块为空，将会以连续的“1”的方式传送。在指定时间(例如，分组开始时间)，节点将会把排列分组作为上行流通信发送出去。
表1-4是根据本发明的一个可能的实施例，描述节点处理器单元各种参数的表格。负载数据作为一组由8比特数据标识符(DataIDs)标识的参考进行传输，其中每个DataID和相应的节点参数相关。
上面所描述的不同的实施例只是出于解释的目的，而不应理解为限制了本发明。有技艺的人员不需参考这里描述的实施例和应用也能够在不偏离本发明精神和范围的前提下为本发明提出许多修改。本发明的精神和范围在权利要求中进行了规定。