1概述

JST-IOT-TPN 三相宽带载波模块，是一款高速率的电力线载波通信模块，其核心采用HPLC高速载波芯片，集成高性能ARM Cortex-M3处理器， 提供SPI、 UART、 I2C、 PWM、 GPIO等丰富的外设接口， 集成DC_DC；支持多路AD模拟输入，采用BPSK 数字调制解调方式传输，具有灵敏度高、通信可靠、抗干扰能力强、通信距离远等特点。
该载波模块置于集中器（控制器）中，作为通信主节点，通过三相电力线进行耦合通信。当集中器（控制器）下发命令时，通过该模块将集中器（控制器）下发的命令调制为载波信号，终端设备的单相载波模块或三相载波模块（以下简称“从模块”）接收到调制后的载波信号，数据解调后将数据传输到终端设备进行处理，当终端设备有数据回复时，从模块对数据进行调制成载波信号发送到电力线中，该模块对接收到的数据进行解调后，传输给集中器（控制器）中，完成集中器（控制器）与终端设备的数据交互。
该模块采用串口与用户的 MCU 通信，可广泛应用于集中抄表、智能家居、智能灯控、智能楼宇、能源监测、光伏等领域。

2功能特点

该模组具备如下主要特点：

·串口波特率可配置：

1200bps、 2400bps、 9600bps 和 115200bps四种通信速率的匹配通信。

·稳定、可靠的通信能力

针对电力线信道复杂环境设计的可靠通信算法，支持 TDMA 和 CSMA/CA，提供冲突避免机制

·灵活的组网能力

集成快速组网算法，支持动态三相、多路径寻址，保证可靠实时通信。

·强大的安全引擎

硬件实现 AES128/256 加解密算法，用户自定义通信秘钥，加密通信。

·较强的抗白噪、抗脉冲干扰性能

支持噪声环境下的鲁棒通信模式。

·支持 FEC 和 CRC 功能，强大的去噪和纠错能力。

·支持电力线升级及全网升级

3规格参数

·调制解调方式：BPSK、QPSK 调制模式
·最大网络规模：1000只节点。
·最大中继半径：15级中继。
·接收灵敏度：优于 0.2mVpp s
·物理层通信速率：500kbps ~ 3.2Mbps
·通信频段：支持0.7MHz_{3.2MHz，2.5MHz}5.7MHz，0.5MHz~3.7MHz频段
·调制方式： BPSK/QPSK/8QAM/16QAM/64QAM/256QAM
·点对点通信距离：电力线理想情况下≥1Km
·静态功耗：≤50mW
·动态功耗：≤4W @100R负载
·工作电源： 12V±1V
·符合工业级-40℃~+85℃温度要求
·满足国网标准中的EMC测试要求
·强弱电隔离耐压：≥4KV/AC/1min

4模块结构示意图

4.1.外形结构和尺寸示意图

载波通信模块外形结构和尺寸示意图

4.2.通信模块状态指示

载波通信模块指示灯

电源灯——模块上电指示灯，红色，灯亮表示模块上电，灯灭表示模块失电；
T/R灯——模块数据通信指示灯，红绿双色，红灯闪烁表示模块接收数据，绿灯闪烁表示模块发送数据；
A灯——A相发送状态指示灯，绿色，灯亮表示模块通过该相发送数据。
B灯——B相发送状态指示灯，绿色，灯亮表示模块通过该相发送数据。
C灯——C相发送状态指示灯，绿色，灯亮表示模块通过该相发送数据。

5弱电接口定义

三相载波模块弱电接口应采用2×13双排插针作为连接件，接口定义如图3，三相载波模块弱电接口管脚定义见表1。

三相载波模块接口定义

表1　集中器I型三相载波模块弱电接口管脚定义说明

6强电接口定义

三相载波模块的载波耦合接口采用2×10双排插针作为连接件，采用2×10双排插座作为连接件。具体定义见图5及表2。

三相载波模块载波耦合接口信号定义（俯视）

表2 载波耦合接口管脚定义说明

7附录

弱电插针：双排插针2x13P-16mm /16.5mm-双塑


弱电接口插针示意图

强电插针：双排插针2x10P-16mm-双塑

强电接口插针示意图

一、电力线载波通信综述

电力线通信利用无所不在的既有电线实现与智能设备的数据通信，是一种有效的物联网“最后一公里”通信技术。电力线通信技术是国内智能电网用电信息采集领域本地通信的最主要方式，可以充分利用配用电网现成的物理网络进行数据传输和通信，在电力系统得到了广泛应用。

电力线载波在原理上和通信线路载波相同，只是电力线不同于通信线路，其最大优势在于，电力线载波通信依托的是现有的电力基础设施——电网，而不需要重新铺设通信线路，而由于电网建设完善、覆盖面广，正是因为如此，和其他通信方式相比，电力线载波通信使用简单、成本低廉的优势更为突出。

电力线载波与其他通信方式相比的优势

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资料来源：公开资料整理

二、电力线载波通信产业链

行业主要是为下游（载波）智能电表及集中器等用电采集终端厂商提供载波通信模组，其为载波智能电表及集中器等用电采集终端的核心部件；用电采集终端的最终用户是电网企业——国家电网公司及南方电网公司；上游企业是提供芯片加工、测试及服务的厂商。

电力线载波通信产业链

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资料来源：公开资料整理

相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国电力线载波通信芯片行业发展前景及投资战略咨询报告》

三、电力线载波通信行业现状

国家电网计划在“十四五”期间投入约2.2亿元，持续推进电网转型升级，南方电网在“十四五”期间规划投资约6700亿元，以加快数字电网建设和现代化电网进程，其中配电网建设计划投资约3200亿元，占比48%，配电网逐步成为新型电力系统建设的核心，2020年我国配电自动化覆盖率已达到90%。

2012-2020年中国配电自动化覆盖率情况

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资料来源：国家电网，华经产业研究院整理

配网市场的扩大将会为电力线通信技术带来更大的增量需求。据统计，2020年中国电力载波通信行业市场规模达125亿元，同比上涨9.65%，年均复合增长速度为6.42%，未来有望持续扩大。

2012-2020年中国电力载波通信市场规模及增速

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资料来源：公开资料整理

全球物联网高速发展，核心技术持续提升，产业体系逐渐建立和完善，截至2020年底，全球物联网市场规模约2480亿美元，中国物联网市场规模超过16600万元。海量设备的连接和多样化的应用场景都考验着物联网“最后一公里”通信的可靠性，到2020年全球物联网设备数量已经达到了126亿个。

常见物联手段存在通信距离有限或者易受环境影响的问题，而电力载波通信是一种不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传输的技术，具有不受金属和墙壁阻挡、穿墙越壁的特点。因此，面向物联网场景，电力载波通信网络通信效率和信息化水平的提升将助力实现末端设备智能化、设备全联接。

2015-2020年全球物联网设备数量统计情况

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资料来源：公开资料整理

四、电力线载波通信行业竞争格局

电力线载波通信竞争格局改变，国外厂商市占率不高。在窄带低速电力线载波通信领域，意发半导体ST、美国埃斯朗Echelon等厂家基本被国内企业取代；在高速电力线通信领域，国外技术基本退出国内市场。

具体而言，HPLC是对现有窄带电力线载波进行升级、支撑智能电网及电力物联网更高业务需求的高速电力线载波通信网络，国家电网从2018年开始对HPLC模块进行统一招标，智芯微、海思已经占领了国网HPLC市场的绝对份额，其中，智芯微在2018年-2020年的市占率分别为67.30%、68.06%和63.56%。

2020年中国HPLC行业市场竞争格局（单位：%）

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资料来源：国家电网，华经产业研究院整理

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PLC（Power Line Carrier）电力线载波简介

1. 简介
   电力载波通讯PLC,是指现有电力线上进行模拟信号和数据载波通讯Power Line Communication.随着技术的进步,人们在这一领域进行了长时间的大量的研究和试验.近几年来PLC已在家庭视音频和电力抄表等方面取得重大突 破,并给相关企业带来了良好的经益。本文就PLC行业及芯片类别进行分析。
   从通讯信号可分为模拟（因网络环境等原因，其产品使用已失败，其研发也几乎停止）和数字两种，目前成功应用的主要是数字通讯。而数字通讯又分为宽带（1Mbps以上）和窄带（1Mbps以下）。宽带（1Mbps以上）的技术和芯片主要应用于Internet的接入、家庭视音频和数据传输等。窄带（1Mbps以下）的技术和芯片主要应用于电力抄表、远程控制等。 以上两项技术已进入实用阶段，并收到了较好的社会经济效益。本文分析宽带（1Mbps以上）的技术和芯片： 宽带（1Mbps以上）的技术和芯片主要解决近距离的视音频和数据传输、建筑物内信号联接、和小区联网与控制。在国外以西班牙DS2公司为代表的企业在这方面的研究已有十几年的历史，并取得了很大的成功；国内虽有机构一直在跟踪研发此类产品，但一直没有任何结果，即没有任何产品推出。国外成功的企业也只有为数不多的几家，它们主要是：西班牙的DS2、美国的Intellon、英国的POEM-TECH(Siconnect)、法国的Spidcom和日本的Panasonic这些企业所推出的芯片带宽有14Mbps、22Mbps、 85Mbps、200Mbps,明年将推出400M的芯片。
2. 载波通信特性
   1. 传输距离，架空电力线<10Km，地埋电力电缆<2Km，中压宽带电力线载波通信点对点单跳传输距离<2Km
   2. 带宽，中压窄带载波通信传输速率10kbps-100kbps,中压宽带载波通信传输速率可达1Mbps.
   3. 时延，中压窄带载波通信单跳传输时延小100ms,中压宽带载波通信单跳传输时延小10ms.
3. 电力应用
   1.低压电力线抄表
   通过服务器与数据集中器通信连接，根据（上位机)软件与集中器的通信协议，由上位机控制集中器的程序，集中器根据计算机指令程序开始工作，集中器的程序命令指挥集中器内的各种电路工作，把应发送和接收的指令通过电力线与个载波表通讯，接受电表计量的各种数据。
   
   2.路灯管理系统
   主控中心（电脑）通过无线网络3G与电力载波集中器进行数据通信，集中器再通过电力线载波把控制命令分发给每个路灯的分控盒，可控制路灯的温度、亮度、电流电压等情况，还可以向主控中心发送电流电压异常报警、路灯故障报警、超高温度报警等信息。已达到对每一个路灯的管理和控制。
   
   3.太阳能光伏发电站scada管路理系统
   在配电变压器低压出线端安装PLC主站，将电力线高频信号和传统的光缆等宽带信号进行互相转换。PLC主站的一侧通过电容或电感耦合器连接电力电缆，注入和提取高频PLC信号；另一侧通过传统通信方式，如光钎，CATV，ADSL等连接至internet。