CN106128080A - 一种新型集中器 - Google Patents

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李靓
汤可
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Abstract

本发明公开了一种新型集中器，包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块、SIM卡模块和通信&控制模块；电源模块给集中器供电，RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接；通信&控制模块由通信芯片和存储器构成，用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。本发明提供的这种新型集中器，采用单芯片的解决方案实现了简易的集中器功能，省去了多芯片所造成的资源冗余和浪费，有效节约了资源，适用于低端应用场合，而且本发明的集中器电路成本低廉，可靠性高。

Description

一种新型集中器
技术领域
本发明具体涉及一种新型集中器。
背景技术
目前国家电网和南方电网用电信息采集终端诸如I型集中器和II型集中器等普遍采用的是CPU+上行通信模块方案，其功能模块图如图1所示。此种方案上行通信均采用单独的通信模块，通信模块安装在集中器上且支持热插拔，集中器通过通信模块与主站通信，主要负责与主站之间的链路建立和数据通信。该种用电信息采集终端的解决方案，有着显著的优点：功能齐全，存储容量大（FLASH至少为32MBYTE），数据采集和处理功能强大，能管理电能表数量可达1000多只。
但是，在一些对于管理电能表数量不多，且对上行和下行通信有特殊要求的场合，如某些地区只要求上行通信采用GPRS通信，下行通信只采用RS-485通信的场合，采用目前满足国家电网和南方电网标准的集中器虽然可以满足要求，但由于这种集中器本身标配功能太过强大，大量的硬件和软件资源闲置，造成了极大的浪费；而且，这种集中器本身的成本较高，用在该类简单要求的场合，无疑给电力系统带来了沉重的成本负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于低端应用场合、成本低廉且可靠性高的新型集中器。
本发明提供的这种新型集中器，包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块和SIM卡模块，还包括通信&控制模块；电源模块给集中器供电，RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接；通信&控制模块由通信芯片和存储器构成，用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。
所述的新型集中器还包括功能维护模块；功能维护模块与通信&控制模块连接，用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。
所述的功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。
所述的新型集中器还包括实时时钟电路；实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接，用于给通信&控制模块提供实时的时钟。
所述的新型集中器还包括看门狗电路；看门狗电路与通信&控制模块连接，用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块，保证新型集中器的可靠性。
所述的电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
所述的看门狗电路为由型号为74HC4060的计数器、型号为74LVC1G32的或门芯片组成的电路；看门狗电路通过控制电源电路中的由型号为LP38501组成的4V电路的工作或停止，从而控制通信&控制模块的上电与掉电，最终实现通信&控制模块的重启功能。
所述的通信&控制模块包括通信芯片、接口电路、存储器电路、收发器电路、PA+开关和天线电路；接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接，天线电路通过PA+开关连接收发器电路；接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口；存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据；收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送，也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
所述通信芯片的型号为SC6610。
所述的RS485下行通信模块为由光耦、型号为AZR485的通信芯片组成的通信电路。
本发明提供的这种新型集中器，采用单芯片的解决方案实现了简易的集中器功能，省去了多芯片所造成的资源冗余和浪费，有效节约了资源，适用于低端应用场合，而且本发明的集中器电路成本低廉，可靠性高。
附图说明
图1为背景技术的功能模块图。
图2为本发明的功能模块图。
图3为本发明的通信&控制模块的功能模块图。
图4为本发明的SIM卡电路的电路原理图。
图5为本发明的RS485下行通信模块的电路原理图。
图6为本发明的功能维护模块中的RS232串口电路的电路原理图。
图7为本发明的电源模块的12V电源电路和15V电源电路的电路原理图。
图8为本发明的电源模块的5V电源电路的电路原理图。
图9为本发明的电源模块的4V电源电路的电路原理图。
图10为本发明的电源模块的RS485-5V电源电路的电路原理图。
图11为本发明的看门狗电路的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示为本发明的通信&控制模块的功能模块图：本发明提供的这种新型集中器，包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块、SIM卡模块、通信&控制模块、功能维护模块、实时时钟电路和看门狗电路；电源模块给集中器供电，RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接；通信&控制模块由通信芯片和存储器构成，用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理；功能维护模块与通信&控制模块连接，用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接，用于给通信&控制模块提供实时的时钟。看门狗电路与通信&控制模块连接，用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块，保证新型集中器的可靠性。
功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
如图3所示为本发明的通信&控制模块的功能模块图：通信&控制模块包括通信芯片（型号为SC6610）、接口电路（包括SIM卡接口、UART口、USB口和JTAG口等）、存储器电路（采用FLASH电路）、收发器电路（收发器芯片的型号为SR528）、PA+开关和天线电路；接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接，天线电路通过PA+开关连接收发器电路；接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口；存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据；收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送，也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
如图4所示为本发明的SIM卡电路的电路原理图：图中XS1为SIM卡的卡座，卡座共有6个引脚，1号引脚连接电源SIMVCC，2号引脚为重置引脚，3号引脚为时钟引脚，6号引脚为数据引脚，2号、3号和6号引脚均通过各自的限流电阻与通信芯片连接，同时6号引脚还通过上拉电阻R5与电源SIMVCC连接，4脚为接地引脚。
如图5所示为本发明的RS485下行通信模块的电路原理图：RS485下行通信模块主要包括两个光耦（图中标示D4和D7）、一个RS485芯片（图中标示D5，型号为AZR485）、两个TVS管（图中标示V4和V8）、一个固体放电管（图中标示F1）、一个热敏电阻以及若干电阻电容组成；光耦起到与外部RS485电路隔离的作用，RS845芯片用于串口TTL和RS485电平转换，TVS管用于瞬态过压保护，固体放电管和热敏电阻组成误接强电保护电路，可以承受误接380V强电而历时5分钟不损坏。电路的RXD1和TXD1引脚为串口引脚，连接通信芯片；电路的XS2为连接RS485串口的接插件。
如图6所示为本发明的功能维护模块中的RS232串口电路的电路原理图：电路主要由二极管（图中标示V27）、RS232接口以及若干电阻电容组成；DTXD和DRXD为数据传输接口，连接通信芯片，同时DRXD引脚通过上拉电阻接电源VDDIO；图中标示的XS5为连接RS232引脚的接插件。
如图7所示为本发明的电源模块的12V电源电路和15V电源电路的电路原理图：外部电源通过连接件（图中标示XS4）接入电源电路，然后通过保护器件（图中标示MOV1和RT1）后，通过变压器耦合到变压器副边；变压器的第一副边再次通过桥式整流电路（图中标示REC2）后，输出12V电源（图中标示V12P0）；变压器的第二副边通过桥式整流电路（图中标示REC1）后，输出15V电源（图中标示V15P0）。
如图8所示为本发明的电源模块的5V电源电路的电路原理图：5V电源由15V电源转换而来；5V电源电路的核心芯片为型号为TPS54331的DC/DC电源管理芯片，芯片的1脚通过电容C13与8脚连接；芯片的2脚为输入引脚，连接15V电源；芯片的3脚通过分压电阻接入高电平，芯片的4脚通过电容C47接地；芯片的5脚为反馈引脚，通过分压电阻（图中标示R29和R31）接入反馈电压，芯片的6脚为补偿引脚，通过电容和电阻接地；芯片的7脚为接地引脚；芯片的8脚为输出引脚，通过滤波电感L1和滤波电容（图中标示C14和C17）接地，同时输出5V电源。
如图9所示为本发明的电源模块的4V电源电路的电路原理图：4V电源电路主要给通信芯片供电，采用的电源芯片的型号为LP38501；芯片的1脚为使能引脚，其通过上拉电阻与5V电源连接；同时还连接三极管（图中标示V12）的集电极，三极管的发射极接地，三极管的基极通过线路电阻连接控制信号（图中标示GPRS-CTRL），控制信号由看门狗电路发出；一旦通信芯片停止运行，则看门狗电路发出一路高电平的控制信号，此时三极管导通，电源芯片的1号使能引脚被拉低，芯片停止工作，此时通信芯片掉电，此时看门狗电路同时也掉电，控制信号变为低电平，此时电源芯片的1号引脚被重新拉高，电源芯片开始重新工作，通信芯片重新上电，完成一次通信芯片的复位。电源芯片的2脚为输入引脚，直接连接5V电源；芯片的3脚和6脚接地；5脚为反馈引脚，通过分压电阻（图中标示R35、R67和R36）采样输出电压；芯片的4脚为输出引脚，直接输出4V电源。
如图10所示为本发明的电源模块的RS485-5V电源电路的电路原理：RS485电路的5V电源由12V电源提供，通过电源芯片N78L05S0输出电源。
如图11所示为本发明的看门狗电路的电路原理图：主要采用74HC4060计数器和74LVC1G32两个门电路以及若干三极管电阻电容设计了一种硬件看门狗电路：所述看门狗电路的工作原理：正常情况下，通信&控制模块输出的喂狗信号WDT不断给74HC4060清零，使计数器3脚Q14的输出GPRS-CTRL控制信号永远无法输出高电平，此时LP38501能正常将V5P0电源转换为V4P0电源；当通信&控制模块出现死机或其他异常，导致不能输出WDT信号，此时74HC4060由于没有清零信号，计数器3脚Q14的输出GPRS-CTRL控制信号会在设定的时间后变为高电平，此时LP3981使能管脚为低电平无效状态，V5P0电源不能转为V4P0。从而通信&控制模块由于掉电而停止工作，等待下次上电重启，这样达到自动恢复模块正常工作的目的。

Claims (10)

1.一种新型集中器，包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块和SIM卡模块，其特征在于还包括通信&控制模块；电源模块给集中器供电，RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接；通信&控制模块由通信芯片和存储器构成，用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。
2.根据权利要求1所述的新型集中器，其特征在于还包括功能维护模块；功能维护模块与通信&控制模块连接，用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。
3.根据权利要求2所述的新型集中器，其特征在于所述的功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。
4.根据权利要求1所述的新型集中器，其特征在于还包括实时时钟电路；实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接，用于给通信&控制模块提供实时的时钟。
5.根据权利要求1所述的新型集中器，其特征在于还包括看门狗电路；看门狗电路与通信&控制模块连接，用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块，保证新型集中器的可靠性。
6.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器，其特征在于所述的电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
7.根据权利要求5所述的新型集中器，其特征在于所述的看门狗电路为由型号为74HC4060的计数器、型号为74LVC1G32的或门芯片组成的电路；看门狗电路通过控制电源电路中的由型号为LP38501组成的4V电路的工作或停止，从而控制通信&控制模块的上电与掉电，最终实现通信&控制模块的重启功能。
8.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器，其特征在于所述的通信&控制模块包括通信芯片、接口电路、存储器电路、收发器电路、PA+开关和天线电路；接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接，天线电路通过PA+开关连接收发器电路；接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口；存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据；收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送，也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
9.根据权利要求8所述的新型集中器，其特征在于所述通信芯片的型号为SC6610。
10.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器，其特征在于所述的RS485下行通信模块为由光耦、型号为AZR485的通信芯片组成的通信电路。
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