CN106788599B - 一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，解决了目前额电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，导致的影响电力业务的稳定运行的技术问题。本发明包括：MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路；MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；通信模块电路为多模通信模块电路。

Description

一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置。
背景技术
电力系统中，集中器用于采集用户电表数据并远程传输给业务主站。因集中器分布地理范围广，并且数量众多，大部分集中器的远程通信功能采用无线形式。也有部分地区采用有线以太网的形式进行远程数据传输，但有线组网和布线的成本较无线高出很多，因此整体占比较少。
现有集中器的远程通信功能通常是GPRS、3G、4G或者全网通模块，并且只具备一张SIM卡，只能选择一个运营商的网络进行数据传输。
而运营商出于自身的运营与商业目的，并不仅对电力行业负责，其网络建设、规划、优化都不专门针对电力行业。如近年来运营商正展开讨论2G退网的问题，而电力行业还在存在大量的2G通信模块，如果在新一轮的更替当中不妥善考虑模块的升级技术路线，不久的将来又会面临新的挑战。
另外，集中器与通信模块之间的接口，目前仅对机械接口进行了规范，其电气接口与交互逻辑还没有定义清楚。因此，通信模块对集中器的电气、交互逻辑的兼容也存在问题。
目前，电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，必将导致影响电力业务的稳定运行的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，解决了目前额电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，导致的影响电力业务的稳定运行的技术问题。
本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，包括：
MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路；
MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；
集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；
通信模块电路为多模通信模块电路。
优选地，还包括：
电源接口电路，用于提供工作电源。
优选地，还包括：
MCU旁路电路，用于在不需要MCU接入情况下将MCU旁路出去，让集中器与通信模块电路直接通信。
优选地，还包括：双SIM卡电路，由SIM卡座、TVS阵列以及卡座外围电阻电容构成。
优选地，MCU模块电路的电容C32、C33和晶振G1构成时钟电路，为MCU提供工作时钟；
电阻R21、R23、R24构成MCU启动电路；
电阻R29、R27、R26、R34、R53，电容C15、C17、C14，插针X5和看门狗芯片U3构成MCU看门狗电路，该电路保证MCU能够稳定运行；电阻R25、R52和插针X3构成MCU调试电路，完成MCU程序的调试和下载以及后期升级；芯片U2则是MCU实现通信模块的监测与控制；
电容C8、C12、C5、C1和C9为MCU各电源引脚的滤波去耦电容。
优选地，电源接口电路由两组LDO构成，一组为通信模块提供电源，另一组为MUC模块电路提供电源。
优选地，集中器接口匹配电路为电阻R9、R15、R17、R18、R19和芯片U1构成集中器与通信装置直接的接口匹配电路。
优选地，通信模块电路包括：
连接器X2、电阻R44和电容C19、C20构成通信模块的天线电路，实现信号接收和发射功能；
电阻R5、R3、R7和三极管V3构成通信模块的开机状态电路，该电路实现通信模块的开机状态指示；
电阻R1、R2和三极管V1构成通信模块的开关机电路，该电路配合MCU或集中器能够实现对通信模块的开关机控制；
电阻R14、R10、R16、三极管V4和LED指示灯H1构成网络状态指示电路，实现通信模块网络状态实时指示；
电阻R8、R6、R4和三极管V2构成工作状态指示电路，该电路配合MCU或集中器实现通信模块的工作状态实时监测；
电阻R46与通信模块的强制开机引脚连接，实现通信模块在没有开关机控制电路时强制开机；
M1则是通信模块，该通信模块结合双SIM卡电路实现了全网通双卡双待功能。
优选地，电源接口电路包括：
电容C4、C3、C10、C11实现电源滤波，N1为LDO实现电源转换，最终为MUC模块电路提供电源；
电容C13、C16、C2、C6、C7同样是实现电源滤波，其中C2还有另一功能：平均通信模块对电源的功耗影响；
TVS管F1为电源输入保护，电阻R20与R22实现输出电压调节，电阻R13和LED指示灯H2实现电源工作状态指示，LDO芯片D1实现电源转换，最终为通信模块提供工作电源。
优选地，双SIM卡电路包括：
电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现SIM卡与通信模块之间通信线路的阻抗匹配和减小信号反射；
电容C18、C21、C22、C23、C28、C29、C30、C31配合电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现有效防止GSM发射干扰导致的掉卡现象；
TVS阵列Q1和Q2实现SIM卡的有效保护；连接器J1和J2则是SIM卡座。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，具备双模远程通信功能的集中器通信装置包括：MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路；MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；集中器接口匹 配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；通信模块电路为多模通信模块电路。本实施例中，通过MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路；MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；通信模块电路为多模通信模块电路，解决了目前额电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，导致的影响电力业务的稳定运行的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置的一个实施例的流程示意图；
图2为电源接口电路的结构示意图；
图3(a)和(b)为MCU模块电路的结构示意图；
图4为集中器接口匹配电路的结构示意图；
图5为MCU旁路电路的结构示意图；
图6(a)和(b)为双SIM卡电路的结构示意图；
图7(a)至(d)为通信模块电路的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，解决了目前额电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，导致的影响电力业务的稳定运行的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置的一个实施例包括：
MCU模块电路1，集中器接口匹配电路2，通信模块电路3；
MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；
集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；
通信模块电路为多模通信模块电路。
优选地，还包括：
电源接口电路，用于提供工作电源。
优选地，还包括：
MCU旁路电路，用于在不需要MCU接入情况下将MCU旁路出去，让集中器与通信模块电路直接通信。
优选地，还包括：双SIM卡电路，由SIM卡座、TVS阵列以及卡座外围电阻电容构成。
优选地，MCU模块电路的电容C32、C33和晶振G1构成时钟电路，为MCU提供工作时钟；
电阻R21、R23、R24构成MCU启动电路；
电阻R29、R27、R26、R34、R53，电容C15、C17、C14，插针X5和看门狗芯片U3构成MCU看门狗电路，该电路保证MCU能够稳定运行；电阻R25、R52和插针X3构成MCU调试电路，完成MCU程序的调试和下载以及后期升级；芯片U2则是MCU实现通信模块的监测与控制；
电容C8、C12、C5、C1和C9为MCU各电源引脚的滤波去耦电容。
优选地，电源接口电路由两组LDO构成，一组为通信模块提供电源，另一组为MUC模块电路提供电源。
优选地，集中器接口匹配电路为电阻R9、R15、R17、R18、R19和芯片U1构成集中器与通信装置直接的接口匹配电路。
优选地，通信模块电路包括：
连接器X2、电阻R44和电容C19、C20构成通信模块的天线电路，实现信号接收和发射功能；
电阻R5、R3、R7和三极管V3构成通信模块的开机状态电路，该电路实现通信模块的开机状态指示；
电阻R1、R2和三极管V1构成通信模块的开关机电路，该电路配合MCU或集中器能够实现对通信模块的开关机控制；
电阻R14、R10、R16、三极管V4和LED指示灯H1构成网络状态指示电路，实现通信模块网络状态实时指示；
电阻R8、R6、R4和三极管V2构成工作状态指示电路，该电路配合MCU或集中器实现通信模块的工作状态实时监测；
电阻R46与通信模块的强制开机引脚连接，实现通信模块在没有开关机控制电路时强制开机；
M1则是通信模块，该通信模块结合双SIM卡电路实现了全网通双卡双待功能。
优选地，电源接口电路包括：
电容C4、C3、C10、C11实现电源滤波，N1为LDO实现电源转换，最终为MUC模块电路提供电源；
电容C13、C16、C2、C6、C7同样是实现电源滤波，其中C2还有另一功能：平均通信模块对电源的功耗影响；
TVS管F1为电源输入保护，电阻R20与R22实现输出电压调节，电阻R13和LED指示灯H2实现电源工作状态指示，LDO芯片D1实现电源转换，最终为通信模块提供工作电源。
优选地，双SIM卡电路包括：
电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现SIM卡与通信模块之间通信线路的阻抗匹配和减小信号反射；
电容C18、C21、C22、C23、C28、C29、C30、C31配合电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现有效防止GSM发射干扰导致的掉卡现象；
TVS阵列Q1和Q2实现SIM卡的有效保护；连接器J1和J2则是SIM卡座。
图2中电容C4、C3、C10、C11实现电源滤波，N1为LDO实现电源转 换，最终为MUC模块电路提供电源；电容C13、C16、C2、C6、C7同样是实现电源滤波，其中C2还有另一功能：平均通信模块对电源的功耗影响；TVS管F1为电源输入保护，电阻R20与R22实现输出电压调节，电阻R13和LED指示灯H2实现电源工作状态指示，LDO芯片D1实现电源转换，最终为通信模块提供工作电源。
图3(a)和(b)中，电容C32、C33和晶振G1构成时钟电路，为MCU提供工作时钟；电阻R21、R23、R24构成MCU启动电路；电阻R29、R27、R26、R34、R53，电容C15、C17、C14，插针X5和看门狗芯片U3构成MCU看门狗电路，该电路保证MCU能够稳定运行；电阻R25、R52和插针X3构成MCU调试电路，该电路完成MCU程序的调试和下载以及后期升级；芯片U2则是MCU实现通信模块的监测与控制；电容C8、C12、C5、C1和C9为MCU各电源引脚的滤波去耦电容。
图6(a)和(b)中电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现SIM卡与通信模块之间通信线路的阻抗匹配和减小信号反射；电容C18、C21、C22、C23、C28、C29、C30、C31配合电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现有效防止GSM发射干扰导致的掉卡现象；TVS阵列Q1和Q2实现SIM卡的有效保护；连接器J1和J2则是SIM卡座。
图7(a)至(d)中连接器X2、电阻R44和电容C19、C20构成通信模块的天线电路，实现信号接收和发射功能；电阻R5、R3、R7和三极管V3构成通信模块的开机状态电路，该电路实现通信模块的开机状态指示；电阻R1、R2和三极管V1构成通信模块的开关机电路，该电路配合MCU或集中器能够实现对通信模块的开关机控制；电阻R14、R10、R16、三极管V4和LED指示灯H1构成网络状态指示电路，实现通信模块网络状态实时指示；电阻R8、R6、R4和三极管V2构成工作状态指示电路，该电路配合MCU或集中器实现通信模块的工作状态实时监测；电阻R46与通信模块的强制开机引脚连接，实现通信模块在没有开关机控制电路时强制开机；M1则是通信模块，该通信模块结合双SIM卡电路实现了全网通双卡双待功能
本发明实施例提供的一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，具备双模远程通信功能的集中器通信装置包括：MCU模块电路，集中器接口匹 配电路，通信模块电路；MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；通信模块电路为多模通信模块电路。本实施例中，通过MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路；MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块监测和控制功能；集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；通信模块电路为多模通信模块电路，解决了目前额电力业务对通信质量的要求通常高于消费级应用，而电力公司租用单一运营商的网络，其可靠性、稳定性均与消费者所使用的等级是一致的。这样，在单一网络出现故障的情况下，导致的影响电力业务的稳定运行的技术问题。
1.本案所采用的技术方案，在通信模块中新增MCU单元，通过MCU的动态配置解决集中器接口兼容性的问题。
2.本案所采用的技术方案，MCU与集中器的通信接口，以及MCU与通信单元之间，均采用高速串行接口，使得通信模块能够发挥4G网络的高性能。
3.本案所采用的技术方案，采用双SIM卡设计，使得通信模块能够同时使用两个运营商的多种制式的网络(注：本案采用七模全网通，能够适配现有中国移动、中国联通、中国电信的全部2G、3G、4G的网络制式)。
4.基于上述技术方案，电力公司所采用的通信模块一方面能够自适应的兼容现有集中器接口，另一方面能够自主选择多家运营商的通信网络，并且双卡并行工作的模式，能够进一步提高业务的可靠性和稳定性。
5.通过MCU提高接口间的串行通信速率，能够发挥4G网络的带宽优势，有利于业务拓展。
采用MCU旁路设计，使得通信模块本身的可靠性进一步提高，同时进一步提高了通信模块与集中器的兼容性。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，包括：
MCU模块电路，集中器接口匹配电路，通信模块电路，MCU模块电路的一端分别与集中器接口匹配电路和通信模块电路相连；
MCU模块电路由MCU、时钟电路、MCU启动电路、看门狗电路和调试电路构成，实现通信模块电路监测和控制功能；
集中器接口匹配电路，用于完成集中器与通信装置之间的电平接口匹配；
通信模块电路为多模通信模块电路；
还包括：
电源接口电路，用于提供工作电源；
其中，MCU模块电路的电容C32、C33和晶振G1构成时钟电路，为MCU提供工作时钟，电容C32和C33的第一端均接地，且电容C32和C33的第二端分别与晶振G1的第一端和第二端相连；
电阻R21、R23、R24构成MCU启动电路，电阻R23和R24的第一端均接地，且电阻R23的第二端与电阻R21的一端相连；
电阻R29、R27、R26、R34、R53，电容C15、C17、C14，插针X5和看门狗芯片U3构成MCU看门狗电路，该电路保证MCU能够稳定运行，电阻R29的第一端与电容C15的第一端相连，电阻R29和电容C15的第二端均连接于看门狗芯片U3的引脚MR；电阻R27的一端连接于看门狗芯片U3的引脚MR，另一端连接于看门狗芯片U3的引脚WDO；电容C17的一端接地，另一端连接于看门狗芯片U3的引脚VCC;电阻R34的一端接地，另一端连接于看门狗芯片U3的引脚WDI；插针X5的引脚1和电阻R53的第一端均连接于看门狗芯片U3的引脚RESET;电阻R53的第二端和插针X5的引脚2均与电阻R26和电容C14的一端相连；电容C14的另一端接地；
电阻R25、R52和插针X3构成MCU调试电路，完成MCU程序的调试和下载以及后期升级，电阻R25的第一端与电阻R52的第一端相连；电阻R25的第二端连接于插针X3的引脚1，电阻R52的第二端连接于插针X3的引脚2；
芯片U2则使MCU实现通信模块电路的监测与控制；
电容C8、C12、C5、C1和C9为MCU各电源引脚的滤波去耦电容，电容C8、C12、C5、C1和C9依次并联连接，且电容C8、C12、C5、C1和C9的一端均接地。
2.根据权利要求1所述的具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，还包括：
MCU旁路电路，用于在不需要MCU接入情况下将MCU旁路出去，让集中器与通信模块电路直接通信。
3.根据权利要求2所述的具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，还包括：双SIM卡电路，由SIM卡座、TVS阵列以及卡座外围电阻电容构成;
双SIM卡电路包括：
电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现SIM卡与通信模块电路之间通信线路的阻抗匹配和减小信号反射；电阻R45连接于SIM1卡的引脚RST，电阻R47连接于SIM1卡的引脚DATA，电阻R48连接于SIM1卡的引脚CLK;电阻R49连接于SIM2卡的引脚RST，电阻R50连接于SIM2卡的引脚DATA，电阻51连接于SIM2卡的引脚CLK;
电容C18、C21、C22、C23、C28、C29、C30、C31配合电阻R45、R47、R48、R49、R50、R51实现有效防止GSM发射干扰导致的掉卡现象；
电容C18的一端与SIM1卡的引脚VDD相连，电容C21的一端与SIM1卡的引脚RST相连，电容C22的一端与SIM1卡的引脚DATA相连，电容C23的一端与SIM1卡的引脚CLK相连；电容C18、电容C21、电容C22、电容C23的另一端均接地；
电容C28的一端与SIM2卡的引脚VDD相连，电容C29的一端与SIM2卡的引脚RST相连，电容C30的一端与SIM2卡的引脚DATA相连，电容C31的一端与SIM2卡的引脚CLK相连；电容C28、电容C29、电容C30、电容C31的另一端均接地；
TVS阵列Q1和Q2实现SIM卡的有效保护；连接器J1和J2则是SIM卡座。
4.根据权利要求3所述的具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，电源接口电路由两组LDO构成，一组为通信模块电路提供电源，另一组为MCU模块电路提供电源；
电源接口电路包括：
电容C4、C3、C10、C11实现电源滤波，N1为LDO实现电源转换，最终为MCU模块电路提供电源；
电容C4和电容C3的一端均接地，另一端均连接于芯片N1的引脚INPUT；电容C10和电容C11的一端均接地，另一端均连接于芯片N1的引脚OUTPUT；
电容C13、C16、C2、C6、C7同样是实现电源滤波，其中C2还有另一功能：平均通信模块电路对电源的功耗影响；TVS管F1为电源输入保护，电阻R20与R22实现输出电压调节，电阻R13和LED指示灯H2实现电源工作状态指示，LDO芯片D1实现电源转换，最终为通信模块电路提供工作电源；
电容C13、电容C16和TVS管F1的一端均接地，另一端均连接于芯片D1的引脚EN和引脚VIN；电阻R20和电阻R22均的一端连接于芯片D1的引脚ADJ，电阻R20的另一端接地；电容C2、电容C6、电容C7的一端均接地，另一端均连接于芯片D1的引脚VOUT; 电阻R13的一端连接于芯片D1的引脚VOUT，另一端与LED指示灯H2相连。
5.根据权利要求4所述的具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，集中器接口匹配电路为电阻R9、R15、R17、R18、R19和芯片U1构成集中器与通信装置之间的接口匹配电路；
电阻R15连接于芯片U1的引脚1DIR；电阻R9的一端连接于芯片U1的引脚2DIR，另一端接地；电阻R17、电阻R18、电阻R19的一端均相连，且电阻R17的另一端连接于芯片U1的引脚1A1，电阻R18的另一端连接于芯片U1的引脚1A2，电阻R19的另一端连接于芯片U1的引脚2A1。
6.根据权利要求5所述的具备双模远程通信功能的集中器通信装置，其特征在于，通信模块电路包括：
连接器X2、电阻R44和电容C19、C20构成通信模块电路的天线电路，实现信号接收和发射功能；电容C19和电容C20的第一端均接地，电容C20的第二端与电阻R44的第一端相连，电容C20和电阻R44的第二端连接于连接器X2的引脚1；
电阻R5、R3、R7和三极管V3构成通信模块电路的开机状态电路，该电路实现通信模块电路的开机状态指示；电阻R5连接于三极管V3的引脚3；R3连接于三极管V3的引脚1；电阻R7的两端分别连接于三极管V3的引脚1和引脚2；
电阻R1、R2和三极管V1构成通信模块电路的开关机电路，该电路配合MCU或集中器能够实现对通信模块电路的开关机控制，电阻R1的一端接地，另一端连接于三极管V1的引脚1；电阻R1的一端连接于三极管V1的引脚1；
电阻R14、R10、R16、三极管V4和LED指示灯H1构成网络状态指示电路，实现通信模块电路网络状态实时指示；电阻R14的一端与指示灯H1的第一端相连，指示灯H1的第二端与三极管V4的引脚3相连；电阻R10的一端与三极管V4的引脚1相连，另一端接地；电阻R16的一端连接于三极管V4的引脚1；
电阻R8、R6、R4和三极管V2构成工作状态指示电路，该电路配合MCU或集中器实现通信模块电路的工作状态实时监测；电阻R8连接于三极管V2的引脚3；电阻R6连接于三极管V2的引脚1；电阻R4的两端分别连接于三极管V2的引脚1和引脚2；
电阻R46与通信模块电路的强制开机引脚连接，实现通信模块电路在没有开关机控制电路时强制开机；
M1即是通信模块，该通信模块结合双SIM卡电路实现了全网通双卡双待功能。
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