CN104467907A - 中继器及其信息传输方法和通信模块硬件id识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中继器及其信息传输方法和通信模块硬件ID识别方法，包括终端和安装在该终端上的通信模块，该中继器还包括数据转换单元和远程单元；将原安装在该终端上的通信模块安装在远程单元上，该远程单元上还设置有天线，能与通信模块连接并进行无线通信；用于虚拟该通信模块的数据转换单元安装在终端上，其通过远程通信模块接口与该终端连接；数据转换单元和远程单元之间通过有线连接。本发明实现了跨规范、跨厂家、跨产品兼容；通信模块可安装在信号好的位置，有效的延长终端与通信模块的通信距离，通信效果佳；本发明无需外接电源仅从终端取电即可正常工作，方便安装使用。

Description

中继器及其信息传输方法和通信模块硬件ID识别方法

技术领域

本发明涉及一种中继器及其信息传输方法和通信模块硬件ID识别方法。

背景技术

用电信息采集系统目前常用的上行通信方式是：通信模块安装在用电信息采集终端（以下简称终端）上，终端通过通信模块与用电信息采集系统主站（以下简称主站）通信。这种通信方案的缺点在于：如果终端安装位置处于移动信号盲区或信号质量不理想，则终端与主站不能通信或者通信成功率不高。

为解决由于信号不理想导致数据采集成功率低的问题，目前可以采用的方式如下：1、加装高增益天线；2、增加直放站或信号放大器；3、采用中继器等等。但是，采用以上方式或多或少均存在例如没有效果、成本过高以及互不兼容或中继距离过短等各种影响使用、维护的问题。

此外，现有应用于终端的通信中继器存在以下缺点：

1、只支持自己设计生产的终端和通信模块，不能兼容其他厂商的终端和通信模块，客户如果同时使用多个厂家的通信中继器，管理和维护都不方便，而且还增加了人力等成本。

2、现有通信中继器基本仅能完成通信数据及少量控制信号的传输，由于通信线缆数量有限，使用现有中继器后终端无法实现对通信模块进行复位、掉电以及串口硬件流控、通信模块硬件ID识别等控制，无法实现通信模块控制和状态信号双向传输，造成功能缺失。

发明内容

针对现有存在的各种问题，本发明提供一种兼容性高且信号强的中继器及其信息传输方法和通信模块硬件ID识别方法，实现了提高终端的通信成功率和通信长期稳定性的目的。

本发明提供的这种中继器，包括用电信息采集终端、安装在该用电信息采集终端上的通信模块、数据转换单元和远程单元；将原安装在该用电信息采集终端上的通信模块安装在远程单元上；用于虚拟该通信模块的数据转换单元安装在用电信息采集终端上；数据转换单元和远程单元之间通过有线连接。

所述数据转换单元包括硬件ID还原电路、处理器一、一号串口与RS485转换电路、二号串口与RS485转换电路、一号电源电路；硬件ID还原电路的一端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其另一端与处理器一连接；一号串口与RS485转换电路的一端与所述终端的一号远程通信模块数据接口连接，其另一端通过RJ45网口与所述远程单元连接；二号串口与RS485转换电路的一端与处理器一的串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述远程单元连接；处理器一与所述终端的一号远程通信模块接口的通信控制引脚和状态引脚连接；一号电源电路的输入端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其输出端分别为处理器一、一号串口与RS485转换电路和二号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过RJ45网口与所述远程单元连接。

所述远程单元包括硬件ID识别电路、处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路、二号电源电路；硬件ID识别电路的一端与处理器二连接，其另一端通过二号远程通信模块接口与通信模块硬件ID引脚连接；三号串口与RS485转换电路的一端与所述通信模块的通信数据串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述数据转换单元连接；四号串口与RS485转换电路的一端与处理器二的串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述数据转换单元连接；处理器二通过二号远程通信模块接口与所述通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接；二号电源电路通过RJ45网口与所述一号电源电路连接，其输出端分别为处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过二号远程通信模块接口给通信模块供电。

所述硬件ID还原电路主要由模拟开关电路组组成，每组模拟开关电路包括两个模拟电子开关和一个电阻，每组模拟开关电路的一端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，另一端与处理器一的IO控制引脚连接。

所述硬件ID识别电路包括若干电阻；通信模块的硬件ID中的每个引脚分别通过一个电阻与处理器二连接，各个所述硬件ID还分别经由AD采样后接入处理器二。

所述一号电源电路包括电源升压电路，电源升压电路的输入端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其升压后的输出端通过RJ45网口与所述远程单元连接。

所述二号电源电路包括电源降压电路、5V电源电路、4V电源电路、4V和5V电源切换电路；电源降压电路的输入端通过RJ45网口与所述数据转换单元的电源升压电路的输出端连接，电源降压电路的输出端与5V电源电路连接；5V电源电路的输出端与4V电源电路的输入端连接，该5V电源电路的另一输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V电源电路的输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V和5V电源切换电路的另一输入端与所述处理器二连接，其输出端与所述通信模块供电接口连接。

一种中继器的通信模块硬件ID识别方法，该方法包括如下步骤：

步骤一，将通信模块安装在远程单元上，通电后处理器二置通信模块硬件ID识别结果为默认初始状态；

步骤二，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平上拉控制，然后依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值一比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1；

步骤三，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平下拉控制，然后依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值二比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1；

步骤四，处理器二获得了通信模块的每位硬件ID引脚在电平上拉状态下的判断值与在电平下拉状态下的判断值，其高低组合为00、10、11三种编码状态；

由此判得：产生00结果的硬件ID引脚为电平下拉状态；产生10结果的硬件ID引脚为悬浮状态；产生11结果的硬件ID引脚为电平上拉状态，从而获得该通信模块的硬件ID。

所述步骤四得到的通信模块的硬件ID由远程单元进行编码并传输至数据转换单元；数据转换单元将接收的通信模块硬件ID编码信息后，针对每位硬件ID进行解码并发送至硬件ID还原电路，还原通信模块的各硬件ID引脚状态并输出给终端。

所述步骤二与所述步骤三的执行顺序互换，则硬件ID引脚为悬浮状态在两步骤执行后产生的判断值为01。

所述通信模块的硬件ID引脚所在的硬件电路全部布置在通信模块上或全部布置在用电信息采集终端上；或者部分布置在通信模块上、另一部分布置在用电信息采集终端上；或者该硬件电路布置在通信模块上，且需要布置在用电信息采集终端上的电路配合才能完整识别通信模块的硬件ID。

一种中继器的信息传输方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，通信数据信息传输路径的连通：用电信息采集终端的一号远程通信模块接口与数据转换单元的一号串口与RS485转换电路连接，该一号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的三号串口与RS485转换电路连接，该三号串口与RS485转换电路再经由二号远程通信模块接口与通信模块的通信数据串口连接；

通信控制和状态信息传输路径的连通：用电信息采集终端的通信控制引脚和状态引脚与处理器一连接，处理器一的串口与二号串口与485转换电路连接，该二号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的四号串口与RS485转换电路连接，四号串口与RS485转换电路与处理器二的串口连接，处理器二再经由二号远程通信模块接口与通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接；

步骤2，数据转换单元上电，等待远程单元发送数据；远程单元上电，等待数据转换单元发送数据；

步骤3，数据转换单元实时监测用电信息采集终端的通信控制引脚和状态引脚电平状态；远程单元实时监测通信模块的通信控制引脚和状态引脚电平状态以及通信模块硬件ID信息；

步骤4，当数据转换单元监测到本地通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态发生变化时，数据转换单元立即将本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态信息组帧，并将该信息帧经由步骤1的传输路径发送给远程单元，然后设置应答超时时间并等待对方确认应答；

远程单元监测到本地通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态和/或通信模块硬件ID信息发生变化时，远程单元立即将本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及当前通信模块硬件ID信息组帧，并将该信息帧经由步骤1的传输路径发送给数据转换单元，然后设置应答超时时间并等待对方确认应答；

步骤5，数据转换单元接收到远程单元发送的信息帧后，首先立即还原通信模块硬件ID与通信控制引脚和状态引脚的电平状态，并立即发送确认帧给远程单元；

远程单元接收到数据转换单元发送的信息帧后，首先立即还原通信控制引脚和状态引脚的电平状态，并立即发送确认帧给数据转换单元；

步骤6，当用电信息采集终端发送通信数据给通信模块时，一号串口与RS485转换电路立即将所述通信数据经由步骤1的传输路径发送给远程单元上的三号串口与RS485转换电路，三号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至通信模块；

当通信模块发送通信数据给用电信息采集终端时，三号串口与RS485转换电路立即将所述通信数据经由步骤1的传输路径发送给数据转换单元上的一号串口与RS485转换电路，一号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至用电信息采集终端；

由此实现一次数据转换单元与远程单元的通信数据、通信控制和状态信息以及通信模块硬件ID信息的透明传输。

所述远程单元或所述数据转换单元若在超时时间内没有确认应答，则重复步骤4。

与现有方案相比，本发明具有如下优点：

1、针对各种通信模块，本发明通过特有的硬件ID识别方法，能自动兼容不同厂家的通信模块，加上电源电压识别技术，自适应电源电压规格，实现了本发明的跨规范、跨厂家，跨产品兼容；不仅能兼容不同厂家的集中器、专变终端、配变终端和网络表，还兼容2009和2013国网型式规范，兼容2013南网型式规范和广东规约，解决了不同厂家的中继器互不兼容问题。

2、本发明将通信模块与终端进行了分体式设计方式，可将通信模块安装在信号好的地方而不受终端安装位置的局限，确保了通信的可靠性与稳定性。此外，本发明采用了低功耗设计，无需外接电源仅从终端取电即可正常工作，方便安装使用。

3、本发明实现通信数据与通信控制信号的透明传输，使用效果与方法和通信模块安装在终端上完全一致。不改变现有已经实施的系统、终端、表计等各类设备的拓扑结构、原有配置和属性，即可实现数据信号和控制信号的透明转发。

4、采用高效DC-DC转换技术，本发明无需改变原有终端软硬件，有效的延长终端与通信模块的通信中继距离，通信距离可达到300米。

5、本发明实现了通信模块的即插即用，状态实时显示；采用有线方式连接（例如通过网线连接），使用485通信协议，稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的中继器功能框图。

图2是本发明的中继器硬件原理功能框图。

图3是本发明的硬件ID识别和还原功能框图。

图4是本发明的硬件ID识别电路图。

图5是本发明的硬件ID还原电路图。

图6是本发明的通信模块电源识别和切换功能框图。

图7是本发明的数据转换单元通信模块电源AD采样识别电路图。

图8是本发明的远程单元通信模块电源切换电路图。

图9是本发明的控制和状态信号实时传输和控制功能框图。

图10是本发明的处理器一和二号串口转RS485电路图。

图11是本发明的处理器二和四号串口转RS485电路图。

图12是本发明的数据转换单元信息传输处理流程图。

图13是本发明的远程单元信息传输处理流程图。

图14是本发明的通信数据透明传输功能框图。

图15是本发明的一号串口与RS485转换电路图。

图16是本发明的三号串口与RS485转换电路图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括数据转换单元和远程单元。将原有用电信息采集终端上的通信模块安装在远程单元上；该远程单元还设置有天线，通信模块与天线连接，能进行无线通信。用于虚拟该通信模块的数据转换单元安装在原有用电信息采集终端上，数据转换单元和远程单元之间通过有线连接。

如图2所示，本发明的数据转换单元包括硬件ID还原电路、处理器一、一号串口与RS485转换电路、二号串口与RS485转换电路、一号电源电路。硬件ID还原电路的一端与终端的一号远程通信模块接口连接，其另一端与处理器一连接。一号串口与RS485转换电路的一端与终端的一号远程通信模块接口连接，其另一端通过RJ45网口与远程单元连接。二号串口与RS485转换电路的一端与处理器一的串口连接，其另一端通过RJ45网口与远程单元连接。处理器一与终端的一号远程通信模块接口的通信控制引脚和状态引脚连接，用于监测和传递通信模块的控制信号和状态信号。一号电源电路的输入端与终端的一号远程通信模块接口连接，其输出端分别为处理器一、一号串口与RS485转换电路和二号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过RJ45网口与远程单元连接。

远程单元包括硬件ID识别电路、处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路、二号电源电路。硬件ID识别电路的一端与处理器二连接，其另一端通过二号远程通信模块接口与通信模块硬件ID引脚连接。三号串口与RS485转换电路的一端与二号远程通信模块接口的通信数据串口连接，其另一端通过RJ45网口与数据转换单元连接。四号串口与RS485转换电路的一端与处理器二的串口连接，其另一端通过RJ45网口与数据转换单元连接。处理器二通过二号远程通信模块接口与通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接，用于监测和传递通信模块的控制信号和状态信号。二号电源电路通过RJ45网口与一号电源电路连接，其输出端分别为处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过二号远程通信模块接口给通信模块供电。

一号电源电路包括电源升压电路和电源降压电路，电源升压电路的输入端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其升压后的输出端通过RJ45网口与所述远程单元连接，该升压后的输出端还与电源降压电路的输入端连接；电源降压电路包括两部分电路，一部分电源降压电路的输入端与一号远程通信模块接口连接，其输出端与处理器二连接；另一部分电压降压电路的输入端与电源升压电路的输出端连接，其输出端与一号串口转RS485电路和二号串口转RS485电路连接。

本发明的通信模块可采用GPRS/CDMA通信模块。

本发明采用这种类似分体式的设计，将通信模块与终端分别安装在不同的地方；可将远程单元安装在信号良好的区域，使得装在远程单元上的通信模块与主站或其他设备的通信更畅通稳定。为了实现这一目的，首先本发明采用通信模块硬件ID识别方法，智能识别现有多种通信模块，在后续的实施过程中终端才正确输出与该通信模块相适应时序控制方式。其次，本发明采用通信模块电源电压识别电路及方法，以适应不同的终端供电电源。然后，本发明还通过数据和控制信号双向透明传输方式，实现了通信模块与终端之间数据信息、控制信号的实时传递，确保的通信的可靠性。

下面本发明对上述关键点逐一进行详细说明。

一、通信模块硬件ID识别及还原

由于没有明确的技术规范进行设计指导，导致各厂家设计的通信模块其硬件ID电路标准不统一，有的是5位硬件ID、有的是6位硬件ID、有的硬件ID引脚是电平上拉模式、有的硬件ID引脚是电平下拉模式、有的硬件ID引脚是悬浮状态、还有的通信模块硬件ID引脚需要终端上的电路进行配合才能识别。因此为了兼容各个厂家的终端，本发明采用如下的硬件电路及方法进行通信模块硬件ID识别及还原，保证通信模块硬件ID识别及还原准确无误。

如图3所示，硬件ID智能识别及还原电路主要由两部分电路组成，一是远程单元上的硬件ID识别电路，二是数据转换单元上的硬件ID还原电路。

工作时，通信模块的硬件ID由处理器二采样识别后，将其编码并传输至四号串口与RS485转换电路，四号串口与RS485转换电路通过网线将该编码信号传至二号串口与RS485转换电路，再由该二号串口与RS485转换电路将硬件ID编码传至处理器一的串口；处理器一接收到该硬件ID编码后进行解码，然后通过硬件ID还原电路将通信模块硬件ID还原并通过一号远程通信模块接口传给终端。

如图4所示，远程单元硬件ID识别电路可采用电阻网络实现。本发明的电阻网络包括若干电阻；通信模块的硬件ID引脚中的每个引脚分别通过一个电阻与处理器二连接，各个硬件ID引脚还分别与处理器二的AD端口连接。

处理器二的41脚通过电阻R49与通信模块的硬件ID引脚STATE0连接，其40脚通过电阻R50与该通信模块的硬件ID引脚STATE1连接，其39脚通过电阻R51与该通信模块的硬件ID引脚STATE2连接，其38脚通过电阻R52与该通信模块的硬件ID引脚STATE3连接，其37脚通过电阻R53与该通信模块的硬件ID引脚STATE4连接，其36脚通过电阻R57与该通信模块的硬件ID引脚STATE5连接。电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53以及电阻R57的阻值均为零。

处理器二的35脚通过电阻R54与通信模块的硬件ID引脚STATE0连接，其34脚通过电阻R55与该通信模块的硬件ID引脚STATE1连接，其16脚通过电阻R56与该通信模块的硬件ID引脚STATE2连接，其17脚通过电阻R58与该通信模块的硬件ID引脚STATE3连接，其18脚通过电阻R60与该通信模块的硬件ID引脚STATE4连接，其19脚通过电阻R61与该通信模块的硬件ID引脚STATE5连接。电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R58、电阻R60和电阻R61的阻值均为100k欧。

以上两部分电路用于处理器二对该通信模块的硬件ID电路实施上拉及下拉控制和硬件ID采样识别，获取硬件ID的状态编码。

如图5所示，数据转换单元的硬件ID还原电路主要包括模拟开关电路，处理器一将解码后的硬件ID状态编码输出至模拟开关电路，再由该控制电路将硬件ID还原传至终端。

本发明的模拟开关电路包括若干组模拟开关电路，每组模拟开关电路包括一个1k欧姆电阻和两个模拟电子开关。终端的一号远程通信模块接口处的硬件ID中每个引脚分别与每组模拟电子开关电路连接，每组模拟电子开关电路的另一端分别与处理器一连接。

本发明通信模块的硬件ID识别方法包括如下步骤：

步骤1，将通信模块安装在远程单元上，通电后其控制软件进行系列初始化操作，准备运行环境，并置通信模块硬件ID识别结果为默认初始状态。

步骤2，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平上拉控制，然后采用AD数据采样的方式，依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值一比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1。

步骤3，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平下拉控制，然后采用AD数据采样的方式，依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值二比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1。

步骤4，在步骤2与步骤3完成后，处理器二获得了通信模块的每位硬件ID引脚在电平上拉状态与下拉状态的判断值，其高低组合为00、10、11三种编码状态。

由此判得：产生00结果的硬件ID引脚为电平下拉状态；产生10结果的硬件ID引脚为悬浮状态；产生11结果的硬件ID引脚为电平上拉状态，从而获得该通信模块的硬件ID。若将步骤2与步骤3的执行顺序互换，则硬件ID引脚为悬浮状态在两步骤执行后产生的判断值为01。

步骤5，在必要时，远程单元将步骤4生成的通信模块的硬件ID编码传输至数据转换单元。数据转换单元接收到远程单元发送的通信模块硬件ID编码信息后，针对每位硬件ID进行解码并立即发送至硬件ID还原电路，真实还原通信模块的硬件ID引脚电平状态，使得终端能够识别到正确的通信模块硬件ID，实现通信模块的上电和时序控制，最终保证通信模块能正常登陆主站，实现数据通信。

本发明适应于不同的通信模块硬件ID硬件电路：（1）通信模块的硬件ID引脚所在的硬件电路全部布置在通信模块上或全部布置在用电信息采集终端上；（2）通信模块的硬件ID引脚所在的硬件电路部分布置在通信模块上、另一部分布置在用电信息采集终端上；（3）该硬件电路布置在通信模块上，且需要布置在用电信息采集终端上的电路配合才能完整识别通信模块的硬件ID。

本发明对通信模块的硬件ID的识别至少支持5位硬件ID识别，但不限于5位。

二、通信模块供电电压自动识别和切换

由于终端遵循的标准不一致，有的厂家通信模块供给电源是4V，有的厂家通信模块供电电源是5V，而本发明通过通信模块供电电源自动识别和切换技术，能对通信模块供电电源的5V和4V电源系统进行自动识别和切换，对各个厂家、各个标准进行兼容。自动识别和切换技术可简要表述为：数据转换单元对通信模块供电电源进行自动识别，并将识别结果传输至远程单元，远程单元根据数据转换单元的识别结果进行供电电源自动切换。

如图6所示，本发明的通信模块电源电压识别和切换电路主要由数据转换单元的电源采样识别处理电路和远程单元的电源切换电路两部分组成。电源采样识别处理电路包括电源采样电路、处理器一；电源切换电路包括处理器二和二号电源电路。

二号电源电路包括电源降压电路、5V电源电路、4V电源电路、4V和5V电源切换电路；电源降压电路的输入端通过RJ45网口与数据转换单元的电源升压电路的输出端连接，电源降压电路的输出端与5V电源电路的输入端连接；5V电源电路的输出端与4V电源电路的输入端连接，该5V电源电路的另一输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V电源电路的输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V和5V电源切换电路的另一输入端与处理器二连接，其输出端与通信模块供电接口连接如图7所示，数据转换单元通信模块电源采样电路包括电阻R4和电阻R5。终端的通信模块的供电端口通过电阻R4与处理器一的AD采样IO口连接；同时该IO口通过并联电阻R5到地。电阻R4的阻值为1兆欧姆，电阻R5的阻值为2兆欧姆。

如图8所示，远程单元电源切换电路包括处理器二以及4V和5V电源切换电路。

工作时，电源采样电路对通信模块供电电源进行采样，采样后的信号输入到处理器一进行处理，处理器一将识别结果传至二号串口与RS485转换电路，该二号串口与RS485转换电路通过RJ45网口传至远程单元的四号串口与RS485转换电路，四号串口与RS485转换电路再传至处理器二的串口。处理器二根据处理器一发出的电源系统识别结果，输出电源切换控制信号至4V和5V电源切换电路，切换成适用于该通信模块的电源系统。

通信模块电源电压识别的具体实施步骤如下：

步骤1，远程单元上电，其控制软件进行系列初始化操作，准备运行环境，并置通信模块供给电源为4V电源系统供电。数据转换单元上电，其控制软件进行系列初始化操作，准备运行环境，并置用电信息采集终端的供给电压识别结果为4V。

步骤2，数据转换单元对终端供给通信模块的电源进行连续AD采样，并将采样结果与门槛阀值比对，低于该值判定为4V电源系统，反之为5V电源系统。

步骤3，数据转换单元将用通信模块电源系统识别结果发送至远程单元。

步骤4，远程单元接收到数据转换单元发送的通信模块电源识别结果，如果为5V电源系统，则立即将通信模块的供电电源切换至5V电源系统，否则保持不变。

三、通信模块控制和状态信号的透明实时双向传输

用电信息采集器终端与通信模块之间数据是双向突发传输，同时在工作过程中，通信控制引脚和/或状态引脚会发生变化（例如由高电平切换至低电平，或反之）、或通信硬件ID信息发生变化（更换通信模块或热插拔通信模块）。因此本发明必需支持通信数据的双向传输，同时还必需支持通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及通信模块硬件ID信息的双向传输，保证通信数据、通信控制引脚和状态引脚电平状态以及通信模块硬件ID信息传输的准确无误。

如图9所示，本发明的通信模块控制和状态信号实时双向传输电路主要由数据转换单元的处理器一和二号串口转RS485电路，以及远程单元的处理器二和四号串口转RS485电路组成。

如图10所示，本发明的处理器一和二号串口转RS485电路主要由处理器、RS485芯片、三极管以及若干电阻和电容组成。

如图11所示，本发明的处理器二和四号串口转RS485电路主要由处理器、RS485芯片、三个隔离光耦以及若干电阻和电容组成。

通信控制引脚和/或状态引脚电平状态和/或通信模块硬件ID信息变化是本发明进行通信控制和状态信息透明传输的触发条件。当通信控制引脚和/或状态引脚电平状态和/或通信模块硬件ID信息发生变化，则对应的数据转换单元或者远程单元将这些控制和状态信息或者通信模块硬件ID信息组成数据帧在通信控制和状态信息传输路径上进行传输。

通信控制和状态信息传输路径的连通：用电信息采集终端的通信控制引脚和状态引脚与处理器一连接，处理器一的串口经光耦隔离后与二号串口与485转换电路连接，该二号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的四号串口与RS485转换电路连接，该四号串口与RS485转换电路再与远程单元的处理器二的串口连接，处理器二再经由二号远程通信模块接口与通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接。

数据转换单元的处理器一与远程单元的处理器二均支持数据主动发送与数据被动应答模式，支持双向通讯，可对终端通信模块接口处的所有控制和状态信号以及通信模块硬件ID信息进行处理和传输。

如图12所示，对于用电信息采集终端发送给通信模块的控制和/或状态信号，数据转换单元与远程单元通信步骤如下：

步骤1，数据转换单元上电，其控制软件进行系列初始化操作，准备运行环境，等待远程单元发送数据。

步骤2，数据转换单元实时监测终端通信控制引脚和状态引脚的电平状态。

步骤3，当数据转换单元监测终端通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态发生变化时，数据转换单元会立即将这些引脚电平状态信息组帧，并将该信息帧经由上述通信控制和状态信息传输路径发送给远程单元，并设置应答超时时间，等待对方确认应答。

步骤4，远程单元接收到数据转换单元发送的信息帧后，首先立即真实还原控制和状态信号引脚的电平状态给通信模块，并立即发送确认帧给数据转换单元。

如果在步骤3的超时时间内远程单元没有确认应答，则重复步骤3。

如图13所示，对于通信模块发送给用电信息采集终端的控制和/或状态信号，远程单元与数据转换单元通信步骤如下：

步骤1，远程单元上电，其控制软件进行系列初始化操作，准备运行环境，等待数据转换单元发送数据。

步骤2，远程单元实时监测本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及通信模块硬件ID信息。

步骤3，当远程单元监测到本地通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态或通信模块硬件ID信息发生变化时，远程单元立即将本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及当前通信模块硬件ID信息组帧，并将该信息帧经由通信控制和状态信息传输路径发送给数据转换单元，并设置应答超时时间等待对方确认应答。

步骤4，数据转换单元接收到远程单元发送的信息帧后，首先立即还原通信模块硬件ID以及通信控制引脚和状态引脚的电平状态给用电信息采集终端，并立即发送确认帧给远程单元。

如果在步骤3的超时时间内数据转换单元没有确认应答，则重复步骤3。

由此实现数据转换单元与远程单元的通信控制和状态信号的透明实时双向传输。

四、通信数据的透明实时双向传输控制

由于各个厂家的用电信息采集终端与通信模块之间的通信参数不定，为减轻中继器控制软件设计难度及复杂度，针对通信数据的传输及还原，中继器完全用硬件电路实现。用电信息采集终端与通信模块之间的通过串口进行数据通信，为利于数据远距离传输，本发明对通信数据进行了串口与RS485电平的转换处理，其通信过程不受数据转换单元和远程单元上的各处理器的控制（见图2中通信数据接口部分），完全透明传输数据，保证实时通信。

通信数据传输路径的连通：用电信息采集终端的通信数据接口通过串口经由数据转换单元的光耦隔离后与一号串口与RS485转换电路连接，该一号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的三号串口与RS485转换电路连接，该三号串口与RS485转换电路再与通信模块的通信数据接口连接。

如图14所示，本发明的通信数据的传输电路主要由数据转换单元的一号串口与RS485转换电路和远程单元的三号串口与RS485转换电路组成。

如图15所示，本发明一号串口与RS485转换电路主要由两个RS485芯片、两个光耦、两个单或门以及若干电阻、电容组成。

如图16所示，本发明三号串口与RS485转换电路主要由两个RS485芯片、4个三极管以及若干电阻和电容组成。

用电信息采集终端与通信模块的通信数据传输步骤如下：

当用电信息采集终端发送通信数据给通信模块时，一号串口与RS485转换电路立即将通信数据经由上述通信数据信息传输路径发送给远程单元上的三号串口与RS485转换电路，三号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至通信模块。

当通信模块发送通信数据给用电信息采集终端时，三号串口与RS485转换电路立即将通信数据经由通信数据信息传输路径发送给数据转换单元上的一号串口与RS485转换电路，一号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至用电信息采集终端。

由此实现数据转换单元与远程单元的通信数据的透明实时双向传输。

Claims (13)

1.一种中继器，包括用电信息采集终端和安装在该用电信息采集终端上的通信模块，其特征在于，该中继器还包括数据转换单元和远程单元；将原安装在该用电信息采集终端上的通信模块安装在远程单元上；用于虚拟该通信模块的数据转换单元安装在用电信息采集终端上；数据转换单元和远程单元之间通过有线连接。

2.根据权利要求1所述的中继器，其特征在于，所述数据转换单元包括硬件ID还原电路、处理器一、一号串口与RS485转换电路、二号串口与RS485转换电路、一号电源电路；硬件ID还原电路的一端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其另一端与处理器一连接；一号串口与RS485转换电路的一端与所述终端的一号远程通信模块数据接口连接，其另一端通过RJ45网口与所述远程单元连接；二号串口与RS485转换电路的一端与处理器一的串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述远程单元连接；处理器一与所述终端的一号远程通信模块接口的通信控制引脚和状态引脚连接；一号电源电路的输入端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其输出端分别为处理器一、一号串口与RS485转换电路和二号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过RJ45网口与所述远程单元连接。

3.根据权利要求1所述的中继器，其特征在于，所述远程单元包括硬件ID识别电路、处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路、二号电源电路；硬件ID识别电路的一端与处理器二连接，其另一端通过二号远程通信模块接口与通信模块硬件ID引脚连接；三号串口与RS485转换电路的一端与所述通信模块的通信数据串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述数据转换单元连接；四号串口与RS485转换电路的一端与处理器二的串口连接，其另一端通过RJ45网口与所述数据转换单元连接；处理器二通过二号远程通信模块接口与所述通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接；二号电源电路通过RJ45网口与所述一号电源电路连接，其输出端分别为处理器二、三号串口与RS485转换电路、四号串口与RS485转换电路供电，其输出端还通过二号远程通信模块接口给通信模块供电。

4.根据权利要求2所述的中继器，其特征在于，所述硬件ID还原电路主要由模拟开关电路组组成，每组模拟开关电路包括两个模拟电子开关和一个电阻，每组模拟开关电路的一端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，另一端与处理器一的IO控制引脚连接。

5.根据权利要求3所述的中继器，其特征在于，所述硬件ID识别电路包括若干电阻；通信模块的每个硬件ID引脚分别通过一个电阻与处理器二连接，各个所述硬件ID引脚还分别经由AD采样后接入处理器二。

6.根据权利要求2所述的中继器，其特征在于，所述一号电源电路包括电源升压电路，电源升压电路的输入端与所述终端的一号远程通信模块接口连接，其升压后的输出端通过RJ45网口与所述远程单元连接。

7.根据权利要求3所述的中继器，其特征在于，所述二号电源电路包括电源降压电路、5V电源电路、4V电源电路、4V和5V电源切换电路；电源降压电路的输入端通过RJ45网口与所述数据转换单元的电源升压电路的输出端连接，电源降压电路的输出端与5V电源电路的输入端连接；5V电源电路的输出端与4V电源电路的输入端连接，该5V电源电路的另一输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V电源电路的输出端与4V和5V电源切换电路的输入端连接；4V和5V电源切换电路的另一输入端与所述处理器二连接，其输出端与所述通信模块供电接口连接。

8.一种适用于权利要求5所述的中继器的通信模块硬件ID识别方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，将通信模块安装在远程单元上，通电后处理器二置通信模块硬件ID识别结果为默认初始状态；

步骤二，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平上拉控制，然后依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值一比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1；

步骤三，处理器二通过硬件ID识别电路对通信模块的每位硬件ID引脚使用电平下拉控制，然后依次分别对每位硬件ID引脚进行AD采样，并将采样结果与门槛阈值二比对，低于该阈值判定为低电平并记录为0，反之为高电平并记录为1；

步骤四，处理器二获得了通信模块的每位硬件ID引脚在电平上拉状态下的判断值与在电平下拉状态下的判断值，其高低组合为00、10、11三种编码状态；

由此判得：产生00结果的硬件ID引脚为电平下拉状态；产生10结果的硬件ID引脚为悬浮状态；产生11结果的硬件ID引脚为电平上拉状态，从而获得该通信模块的硬件ID。

9.根据权利要求8所述的中继器的通信模块硬件ID识别方法，其特征在于，所述步骤四得到的通信模块的硬件ID由远程单元进行编码并传输至数据转换单元；数据转换单元将接收的通信模块硬件ID编码信息后，针对每位硬件ID进行解码并发送至硬件ID还原电路，还原通信模块的各硬件ID引脚状态并输出给终端。

10.根据权利要求8所述的中继器的通信模块硬件ID识别方法，其特征在于，所述步骤二与所述步骤三的执行顺序互换，则硬件ID识别为悬浮状态在两步骤执行后产生的判断值为01。

11.根据权利要求8所述的中继器的通信模块硬件ID识别方法，其特征在于，所述通信模块的硬件ID引脚所在的硬件电路全部布置在通信模块上或全部布置在用电信息采集终端上；或者部分布置在通信模块上、另一部分布置在用电信息采集终端上；或者该硬件电路布置在通信模块上，且需要布置在用电信息采集终端上的电路配合才能完整识别通信模块的硬件ID。

12.一种适用于权利要求2或3所述的中继器的信息传输方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1，通信数据信息传输路径的连通：用电信息采集终端的一号远程通信模块接口与数据转换单元的一号串口与RS485转换电路连接，该一号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的三号串口与RS485转换电路连接，该三号串口与RS485转换电路再经由二号远程通信模块接口与通信模块的通信数据串口连接；

通信控制和状态信息传输路径的连通：用电信息采集终端的通信控制引脚和状态引脚与处理器一连接，处理器一的串口与二号串口与485转换电路连接，该二号串口与RS485转换电路再经由RJ45网口与远程单元的四号串口与RS485转换电路连接，四号串口与RS485转换电路与处理器二的串口连接，处理器二再经由二号远程通信模块接口与通信模块的通信控制引脚和状态引脚连接；

步骤2，数据转换单元上电，等待远程单元发送数据；远程单元上电，等待数据转换单元发送数据；

步骤3，数据转换单元实时监测用电信息采集终端的通信控制引脚和状态引脚的电平状态；远程单元实时监测通信模块的通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及通信模块硬件ID信息；

步骤4，当数据转换单元监测到本地通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态发生变化时，数据转换单元立即将本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态信息组帧，并将该信息帧经由步骤1的传输路径发送给远程单元，然后设置应答超时时间并等待对方确认应答； 

远程单元监测到本地通信控制引脚和/或状态引脚的电平状态和/或通信模块硬件ID信息发生变化时，远程单元立即将本地通信控制引脚和状态引脚的电平状态以及当前通信模块硬件ID信息组帧，并将该信息帧经由步骤1的传输路径发送给数据转换单元，然后设置应答超时时间并等待对方确认应答；

步骤5，数据转换单元接收到远程单元发送的信息帧后，首先立即还原通信模块硬件ID与通信控制引脚和状态引脚的电平状态，并立即发送确认帧给远程单元；

远程单元接收到数据转换单元发送的信息帧后，首先立即还原通信控制引脚和状态引脚的电平状态，并立即发送确认帧给数据转换单元；

步骤6，当用电信息采集终端发送通信数据给通信模块时，一号串口与RS485转换电路立即将所述通信数据经由步骤1的传输路径发送给远程单元上的三号串口与RS485转换电路，三号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至通信模块；

当通信模块发送通信数据给用电信息采集终端时，三号串口与RS485转换电路立即将所述通信数据经由步骤1的传输路径发送给数据转换单元上的一号串口与RS485转换电路，一号串口与RS485转换电路将通信数据还原转发至用电信息采集终端；

由此实现一次数据转换单元与远程单元的通信数据、通信控制信息和状态信息以及通信模块硬件ID信息的透明传输。

13.根据权利要求12所述的中继器的信息传输方法，其特征在于，所述远程单元或所述数据转换单元若在超时时间内没有确认应答，则重复步骤4。