CN108711279B - 抄表光电头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种抄表光电头，包括红外接收模块、红外发射模块、主控芯片、可见光模块以及通信接口模块，主控芯片分别与红外接收模块、红外发射模块、通信接口模块电连接，主控芯片向可见光模块与红外发射模块发送控制信号以控制可见光模块与红外发射模块的信号发射，可见光模块向电能表的通信端口发射可见光信号，红外发射模块向电能表的通信端口发射红外光信号，红外接收模块接收电能表的通信端口输出的数据采集信号。本发明的抄表光电头在多个电能表密集安装的现场可以针对单个电能表进行准确读取表地址并且可以对其进行数据通信，发送数据的方式可视化，简化了操作流程，减少了误差，避免了误读其它的表而造成干扰的现象。
Description
【技术领域】
本发明涉及电能表通信设备领域，具体的，涉及一种应用于电能表的抄表光电头。
【背景技术】
电子式电能表是通过对用户供电电压和电流实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理并相乘转换成与电能成正比的脉冲输出，通过计度器或数字显示器显示的物理器械。DL/T645规约智能电表的数据光电接口是采用38KHz调制红外线传输的，由于读写数据操作的距离比较远、红外发射管的发射角比较宽、红外光是肉眼无法观察，所以在对多个电能表密集安装现场的其中一块电表进行“读地址”等通用指令通讯时，往往会使其附近的电表同时收到指令，而同时进行数据返回，此时返回的数据在读取设备上显示出来的是乱码现象。
因此，在需要对某一块电表进行“读地址”等通用指令时，就要避免让其它的电表收到该指令，这就需要以下几点要求：1、发射到电能表处的光斑不能大于被读电能表的大小；2、漫射到其它电能表上的光信号要足够小，不能被其它电能表识别到；3、需要可见光导向。
现有的技术上，市面上提供一种有激光点式瞄准指向的聚光红外读头，但是与电能表进行通信的还是红外光而非可视光，无法观察通信光斑大小，且无法判断该光斑是否正好照射在电能表的红光通信端口上面，而且由于工艺原因也会使得导向光斑与通信光斑可能不在同一平衡线上，从而造成读表误差，并且电能表对漫射的通信光敏感，还有可能会造成误读其它的表而造成干扰。
【发明内容】
本发明的主要目的是提供一种在多个电能表密集安装的现场可以针对单个电能表进行准确读取表地址并且可以对其进行数据通信的抄表光电头。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种抄表光电头包括红外接收模块、红外发射模块以及主控芯片，主控芯片分别与红外接收模块、红外发射模块电连接，抄表光电头还包括可见光模块以及通信接口模块，主控芯片与通信接口模块电连接，主控芯片向可见光模块与红外发射模块发送控制信号以控制可见光模块与红外发射模块的信号发射，可见光模块向电能表的通信端口发射可见光信号，红外发射模块向电能表的通信端口发射红外光信号，红外接收模块接收电能表的通信端口输出的数据采集信号。
由此可见，本发明提供的抄表光电头在多个电能表密集安装的现场，可以单独对其中某一块电能表进行较方便的数据采集，先通过可见光模块的聚光光斑对电能表进行读取地址，无需预先知道该电能表的通信地址，可以针对单个电能表进行表地址读取，当读回地址后，再通过红外发射模块对该地址的电能表使用红外光信号进行数据通信，简化了现场电能表光通信数据采集的操作流程，实现了在多个电能表密集安装的现场可以针对单个电能表读取表地址，并且可以将发送数据由原来的“非可视”的红外光发送变成“可视”的激光发送，可以肉眼观察光斑照射在电能表的位置，避免了误读其它的表而造成干扰的现象。
进一步的方案是，可见光模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一晶体管、第一二极管，第一MOS管的栅极与主控芯片电连接，第一MOS管的漏极与第一晶体管的基极电连接，第一晶体管的集电极与第一二极管的正极电连接，第二MOS管的源极与第一晶体管的发射极电连接。
更进一步的方案是，第一晶体管的基极与主控芯片之间还连接有第一电阻，第二MOS管的漏极与第一晶体管的集电极之间还连接有第二电阻，第一晶体管的集电极与第一二极管的正极之间还连接有第三电阻。
可见，第一二极管为激光二极管，用户可以通过通信接口模块来控制激光二极管是否发光，当需要进行可见光通信时，将通信接口模块的红外/可视控端置高，由主控芯片输出控制信号来驱动激光二极管发光，从而对电能表进行读取地址。
进一步的方案是，红外发射模块包括第二二极管、第三MOS管、第二晶体管，第三MOS管的栅极与主控芯片电连接，第二晶体管的基极与第三MOS管的漏极电连接，第二二极管与第二晶体管的集电极电连接。
更进一步的方案是，第二晶体管的基极与主控芯片之间还连接有第四电阻，第二二极管与第二晶体管的集电极之间还连接有第五电阻。
可见，第二二极管为红外发射管，用户可以通过通信接口模块来控制红外发射管是否发光，当需要进行红外光通信时，将通信接口模块的红外/可视控端置低，由主控芯片输出控制信号来驱动红外发射管发光，从而对电能表进行数据通信。
进一步的方案是，红外接收模块包括红外接收头以及RC滤波电路，红外接收头与RC滤波电路电连接。
更进一步的方案是，RC滤波电路包括第六电阻和第一电容，第六电阻与第一电容串联。
可见，红外接收头对接收到的数据采集信号进行解调，转换成主控芯片可以接收的解调信号，并将解调后的数据采集信号输出至主控芯片。
此外，通过在红外接收头的供电端加上RC滤波电路，可以大幅度减少干扰源的影响。
一个优选的方案是，抄表光电头还包括时钟模块，时钟模块与主控芯片电连接。
可见，时钟模块包括带休眠端口的有源晶振，可以通过通信接口模块来控制抄表光电头是否处于休眠状态，当抄表光电头需要通信操作时，将通信接口模块的休眠控制端口置低，可以使得抄表光电头退出休眠状态。
一个优选的方案是，抄表光电头还包括程序接口模块，程序接口模块与主控芯片电连接。
可见，程序接口模块包括上电复位电路与程序下载插座，上电复位电路是为下载程序做准备的，主控芯片即单片机在上电前检测是否有程序下载，如果没有检测到程序下载信号，逐渐在上电复位电路把复位端下拉成低电平后开始运行程序。
【附图说明】
图1是本发明抄表光电头实施例的原理框图。
图2是本发明抄表光电头实施例中可见光模块的电路原理图。
图3是本发明抄表光电头实施例中通信接口模块的电路原理图。
图4是本发明抄表光电头实施例中红外发射模块的电路原理图。
图5是本发明抄表光电头实施例中红外接收模块的电路原理图。
【具体实施方式】
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
参见图1，本发明的抄表光电头包括主控芯片10、可见光模块20、红外发射模块30、红外接收模块40以及通信接口模块50，主控芯片10分别与红外发射模块30、红外接收模块40、通信接口模块50电连接，主控芯片10向可见光模块20与红外发射模块30发送控制信号以控制可见光模块20与红外发射模块30的信号发射，可见光模块20向电能表的通信端口发射可见光信号，红外发射模块30向电能表的通信端口发射红外光信号，红外接收模块40接收电能表的通信端口输出的数据采集信号。优选的，主控芯片10为MCU控制芯片。
参见图2，可见光模块20包括MOS管Q1、MOS管Q3、晶体管Q4、二极管D1，其中，二极管D1为激光二极管，MOS管Q1的栅极与主控芯片10电连接，MOS管Q1的漏极与晶体管Q4的基极电连接，晶体管Q4的集电极与二极管D1的正极电连接，二极管D1的负极接地，MOS管Q3的源极与晶体管Q4的发射极电连接，MOS管Q3的栅极接端口(L＿ON)，当有光照到该端口的时候动作。优选的，晶体管Q4的基极与主控芯片10之间还连接有电阻R3，MOS管Q3的漏极与晶体管Q4的集电极之间还连接有限流电阻R5，晶体管Q4的集电极与二极管D1的正极之间还连接有限流电阻R6。其中，主控芯片10数据输出驱动晶体管Q4，主控芯片10调频输出驱动MOS管Q1，主控芯片10直流输出驱动MOS管Q3。
在本实施例中，用户可以通过通信接口模块50来控制激光二极管是否发光。具体地，如图3所示，通信接口模块50包括红外/可视控端(I＿IR)、休眠控制端(I＿OFF)、数据输出端(TXD)、数据输入端(RXD)、供电端(VCC与GND)，供电端连接有电容C1、电容C3以及电容C5。当需要进行可见光通信时，将通信接口模块50的红外/可视控端(I＿IR)置高，由主控芯片10输出控制信号来驱动激光二极管发光，通过把一低功率的可见光(波长为650nm)激光，通过聚光镜聚焦到夹角角度为3至5度的光束，通过外部端口控制发光与否，在读地址码时或者准备读码时发光，在无操作时关闭，从而对电能表进行读取地址。
参见图4，红外发射模块30包括二极管D2、MOS管Q2、晶体管Q5，其中，二极管D2为红外发射管，MOS管Q2的栅极与主控芯片10电连接，晶体管Q5的基极与MOS管Q2的漏极电连接，二极管D2与晶体管Q5的集电极电连接。晶体管Q5的基极与主控芯片10之间还连接有电阻R4，二极管D2与晶体管Q5的集电极之间还连接有限流电阻R8。其中，主控芯片10数据输出驱动晶体管Q5，主控芯片10调频输出驱动MOS管Q2，用户可以通过通信接口模块50来控制红外发射管是否发光，当需要进行红外光通信时，将通信接口模块50的红外/可视控端(I＿IR)置低，由主控芯片10输出控制信号来驱动红外发射管发光，从而对电能表进行数据通信。
其中，通信接口模块50可设波特率，在休眠控制端(I＿OFF)置高的预设时间内，以9600(波特率)，N(none无校验)，8(数据位)，1(停止位)的通信格式发送波特率设置参数，上述预设时间可以是1秒钟、2秒钟等等，可根据用户需求自行设定。当参数设置完成后把休眠控制端(I＿OFF)置低以进行正常通信状态。抄表光电头还设置有一定长度的FIFO存储器，以保证光通信波特率与通信接口模块波特率不一样时不溢出。
本实施例中，本发明采用可见光(波长为650nm至780nm)的激光进行数据传输，充份利用电能表的通信端口对可见光的低敏感性来避免漫射造成的误读表情况，其中，电能表的通信端口对可见光的低敏感性只有红外光的10％至15％。在数据通信方面，主控芯片10经过频率调制后输出红外调制信号至红外发射模块30，采用调制输出的反相信号作为输出，即在无数据传输时红外发射管一直发光，有利于对准电能表的红外通信端口。在发送数据时，采用调制频率为38KHz的红外光信号，由于电能表的红外通信端口的直流信号不敏感，此时红外光的直流信号对于电能表的红外通信端口来说是无信号，即不通信时，可以使用红光直流光斑进行对准，在通信时，把直流光信号调制成频率为38KHz的红外光信号进行通信。
在本实施例中，本发明采用双波长(波长为650nm至780nm)的激光二极管进行数据读取，由于双波长激光二极管的发光源在同一平面同一个点上，故而它的两个波长的光斑会在重叠在同一个点上，这就可以利用波长为650nm的光斑进行对准，再通过电能表较为敏感的780nm波长的光斑进行通信。因此，采用可见光的光信号进行“读地址”等通用指令通信，采用红外波长进行单独地址的数据通信，例如，对一个电能表箱装有多个电能表的其中一块电能表进行数据采集时，首先，通过可见光信号的聚光光斑进行读地址，读回地址后，再对该地址的电能表使用红外光信号进行数据通信。
参见图5，红外接收模块40包括红外接收头U2以及RC滤波电路，红外接收头U2与RC滤波电路电连接，红外接收头U2对接收到的数据采集信号进行解调，转换成主控芯片10可以接收的解调信号，并将解调后的数据采集信号输出至主控芯片10。其中，RC滤波电路包括电阻R2和电容C4，电阻R2与电容C4串联，通过在红外接收头U2的供电端加上RC滤波电路，可以大幅度减少干扰源的影响。
优选地，抄表光电头还包括时钟模块60，时钟模块60与主控芯片10电连接，其中，时钟模块60包括带休眠端口的有源晶振，可以通过通信接口模块50来控制抄表光电头是否处于休眠状态，当抄表光电头需要通信操作时，将通信接口模块50的休眠控制端(I＿OFF)置低，可以使得抄表光电头退出休眠状态，若需要进入休眠状态，将通信接口模块的休眠控制端(I＿OFF)置高，可以使得抄表光电头进入休眠状态。
优选地，抄表光电头还包括程序接口模块70，程序接口模块70与主控芯片10电连接，其中，程序接口模块70包括上电复位电路与程序下载插座，上电复位电路是为下载程序做准备的，主控芯片10即单片机在上电前检测是否有程序下载，如果没有检测到程序下载信号，逐渐在上电复位电路把复位端下拉成低电平后开始运行程序。
所以，本发明提供的抄表光电头在多个电能表密集安装的现场，可以单独对其中某一块电能表进行较方便的数据采集，先通过可见光模块20的聚光光斑对电能表进行读取地址，无需预先知道该电能表的通信地址，可以针对单个电能表进行表地址读取，当读回地址后，再通过红外发射模块30对该地址的电能表使用红外光信号进行数据通信，简化了现场电能表光通信数据采集的操作流程，实现了在多个电能表密集安装的现场可以针对单个电能表读取表地址，并且可以将发送数据由原来的“非可视”的红外光发送变成“可视”的激光发送，可以肉眼观察光斑照射在电能表的位置，避免了误读其它的表而造成干扰的现象。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.抄表光电头，包括红外接收模块、红外发射模块以及主控芯片，所述主控芯片分别与所述红外接收模块、所述红外发射模块电连接，其特征在于：
所述抄表光电头还包括可见光模块以及通信接口模块，所述主控芯片与所述通信接口模块电连接，所述主控芯片向所述可见光模块与所述红外发射模块发送控制信号以控制所述可见光模块与所述红外发射模块的信号发射，所述可见光模块向电能表的通信端口发射可见光信号，所述红外发射模块向所述电能表的通信端口发射红外光信号，所述红外接收模块接收所述电能表的通信端口输出的数据采集信号；
所述可见光模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一晶体管、第一二极管，所述第一MOS管的栅极与所述主控芯片电连接，所述第一MOS管的漏极与所述第一晶体管的基极电连接，所述第一晶体管的集电极与所述第一二极管的正极电连接，所述第二MOS管的源极与第一晶体管的发射极电连接，其中，所述第一二极管为激光二极管，当需要进行可见光通信时，将通信接口模块的红外/可视控端置高，由主控芯片输出控制信号来驱动激光二极管发光，从而对电能表进行读取地址；
采用双波长的激光二极管进行数据读取，激光二极管的发光源在同一平面同一个点上，激光二极管的两个波长的光斑会在重叠在同一个点上，利用波长为650nm的光斑进行对准，再通过电能表较为敏感的780nm波长的光斑进行通信；
所述红外发射模块包括第二二极管、第三MOS管、第二晶体管，所述第三MOS管的栅极与所述主控芯片电连接，所述第二晶体管的基极与所述第三MOS管的漏极电连接，所述第二二极管与所述第二晶体管的集电极电连接。
2.根据权利要求1所述的抄表光电头，其特征在于：
所述第一晶体管的基极与所述主控芯片之间还连接有第一电阻，所述第二MOS管的漏极与所述第一晶体管的集电极之间还连接有第二电阻，所述第一晶体管的集电极与所述第一二极管的正极之间还连接有第三电阻。
3.根据权利要求1所述的抄表光电头，其特征在于：
所述第二晶体管的基极与所述主控芯片之间还连接有第四电阻，所述第二二极管与所述第二晶体管的集电极之间还连接有第五电阻。
4.根据权利要求1或2所述的抄表光电头，其特征在于：
所述红外接收模块包括红外接收头以及RC滤波电路，所述红外接收头与所述RC滤波电路电连接。
5.根据权利要求4所述的抄表光电头，其特征在于：
所述RC滤波电路包括第六电阻和第一电容，所述第六电阻与所述第一电容串联。
6.根据权利要求1或2所述的抄表光电头，其特征在于：
所述抄表光电头还包括时钟模块，所述时钟模块与所述主控芯片电连接。
7.根据权利要求1或2所述的抄表光电头，其特征在于：
所述抄表光电头还包括程序接口模块，所述程序接口模块与所述主控芯片电连接。
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