CN108806225A - 微功率无线多通道协议转换器 - Google Patents

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吴晓政
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Abstract

本发明提供了微功率无线多通道协议转换器，属于通信领域，包括相互连接的近端转换器和远端转换器，近端转换器通过网线或者屏蔽线或者RS485线与终端本体连接，远端转换器则通过内置的GPRS通信模块与GPRS基站进行通信；近端转换器和远端转换器通过至少一种通信方式连接。通过将原本在终端本体与GPRS基站进行的过程转由中继器进行中继处理，相对于现有技术的传输方式，能够有效的提高传输距离；另外在近端转换器和远端转换器之间根据需求使用不同的通信方式，更能提高通信效果。

Description

微功率无线多通道协议转换器
技术领域
本发明属于电路领域，特别涉及微功率无线多通道协议转换器。
背景技术
目前国内各地都在大力推广居民家庭用电、水、气的一户一表，电、水、气的远程抄表技术也日益成熟，但电、水、气的管理都自成体系，三个系统各自为阵，各自按自己行业的管理模式开展工作，虽然在抄表问题上有许多相似之处，但由于行业管理的原因，无法形成资源共享，各公司的抄表员只能分别各自抄表，既麻烦费事，又间接的浪费了人力资源。
目前电能表采集主要采用485抄表模式为主，通讯协议为645电能表协议；水表采集方式以MBUS通讯和微功率无线方式为主,通讯协议为188协议；燃气表主要采用微功率无线方式抄表、通讯协议为燃气表抄读协议。电、水、气采用不同的通讯协议和通讯方式，现有方案不能对水、电、气表进行同时采集，所以开发了一个能够对电、水、气、不同通讯方式，不同通讯协议能够同时转换采集的一种多通道多模式协议转换器。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了微功率无线多通道协议转换器，能够根据现场采集情况配置各种协议和协议通讯参数。
为了达到上述技术目的，本发明提供了微功率无线多通道协议转换器，所述转换器包括系统控制模块以及与系统控制模块连接、为系统控制模块供电的电源模块，所述系统控制模块，包括：
MCU主控模块和实时时钟模块，实时时钟模块通过IIC总线与MCU主控模块连接，在MCU主控模块上还连接有MBUS通讯模块、微功率无线上行通讯模块、微功率无线下行通讯模块以及存储模块；
其中，MBUS通讯模块包括MBUS发送电路和MBUS接收电路，MBUS 发送电路包括U15，U15的电压输入端经电容C43接地，同时U15的电压输入端连接VINBUS端，U15的电压输出端经二极管D5与MCU主控模块的MBUS+ 引脚连接，U15的接地端依次经电阻R80、R24、R82接地，U15的电压输出端还经电阻R84与光耦O5的C引脚连接，光耦O5的L引脚连接在电阻R24、 R82之间，光耦O5的A引脚经电阻R49与系统电源VDD33连接，光耦O5的 K引脚与MCU主控模块的TX_BUS引脚连接，在MCU主控模块上还设有过流保护PTC2芯片。
可选的，所述系统主控模块内还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块包括：
时钟芯片电路以及时钟电源控制电路；
其中，时钟芯片电路包括RX8025T芯片，RX8025T芯片的INTA、INTB、 SCL以及SDA引脚均经电阻R12与系统电源VDD33连接；
时钟电源控制电路包括电池BT1，电池BT1的负极连接3.6V锂电池，电池 BT1的正极经MOS管Q1、稳压二极管D4与MCU主控模块V_RT引脚连接， MOS管Q1的栅极经电阻R17接地，稳压二极管D4的负极依次经二极管D3、 D2、D1与系统电源VDD50连接，在V_RT引脚依次经并联的电容C8、C10接地。
可选的，所述系统主控模块内还包括指示灯模块，所述指示灯模块包括四个完全一致的指示灯子电路，所述指示灯子电路包括：
二极管14，二极管D14的正极与系统电源VDD33连接，二极管D14的负极经电阻R68与三极管Q2的集电极相连，Q2的基极经电阻与MCU主控模块的SX_TXD_LED引脚连接，Q2的发射极接地。
可选的，所述电源模块包括3.3V转换电路，所述3.3V转换电路包括：
第一降压芯片，第一降压芯片的输入端、使能端与电源模块输出的12V供电端连接，第一降压芯片的输出端与第二降压芯片的输入端连接，第一降压芯片的调整端经电阻R16、R14与系统电源VDD50连接，电阻R14远离电阻R16 的一端经电阻R10接地；
第二降压芯片的输出端与系统电源VDD33连接，系统电源VDD33经电容 C11接地，第二降压芯片的接地端、BYD端均接地。
可选的，所述电源模块包括35V转换电路，所述35V转换电路包括：
第三降压芯片，第三降压芯片的输入端与系统电源输出的35V供电端连接，第三降压芯片的SHDN引脚经电阻R54与35V供电端连接，第三降压芯片的 CB引脚经电容C25、二极管D8接地，第三降压芯片的CB引脚经电感L2与MCU主控模块的V485引脚连接，第三降压芯片的FB引脚经电阻R55、R56 与MCU主控模块的V485引脚连接，同时FB引脚与第三降压芯片的GND引脚接地。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过下行通讯支持MBUS通讯方式，485通讯方式，微功率无线通讯方式，上行通讯支持微功率无线方式；下行通讯每种方式都支持水表188协议、电能表645协议、燃气表通讯协议的配置，能够根据现场采集情况配置各种协议和协议通讯参数。上行通讯采用微功率无线方式，上行通讯采用376.1通讯协议。进而对电、水、气表进行多通道多协议的数据实时采集、能够极大的减少人工投入和资源浪费，推进智慧城市建设。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的微功率无线多通道协议转换器的结构示意图；
图2是本发明提供的12V电源的结构示意图；
图3(a)是本发明提供的时钟芯片电路的结构示意图；
图3(b)是本发明提供的时钟电源控制电路的结构示意图；
图4是本发明提供的MBUS通讯电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了微功率无线多通道协议转换器，如图1所示，所述转换器包括系统控制模块以及与系统控制模块连接、为系统控制模块供电的电源模块，所述系统控制模块，包括：
MCU主控模块和实时时钟模块，实时时钟模块通过IIC总线与MCU主控模块连接，在MCU主控模块上还连接有MBUS通讯模块、微功率无线上行通讯模块、微功率无线下行通讯模块以及存储模块；
其中，MBUS通讯模块包括MBUS发送电路和MBUS接收电路，MBUS 发送电路包括U15，U15的电压输入端经电容C43接地，同时U15的电压输入端连接VIN BUS端，U15的电压输出端经二极管D5与MCU主控模块的MBUS+ 引脚连接，U15的接地端依次经电阻R80、R24、R82接地，U15的电压输出端还经电阻R84与光耦O5的C引脚连接，光耦O5的L引脚连接在电阻R24、 R82之间，光耦O5的A引脚经电阻R49与系统电源VDD33连接，光耦O5的 K引脚与MCU主控模块的TX_BUS引脚连接，在MCU主控模块上还设有过流保护PTC2芯片。
在实施中，电源模块为系统控制模块提供电源。电源模块由220V供电通过开关电源输出2组隔离的独立电源。一组电源输出12V电压，一组输出35V电压。开关电源型号为BD_SW_1_V1.1。
如图2所示，一组12V电源提供微功率无线上行模块和无功率无线下行模块工作电源，通过SPX29302T5芯片降压为5V电源，5V电源通过 CAT6219-330TD芯片降压为3.3V为MCU主控模块、实时时钟模块、指示灯控制模块、存储模块提供电源。
一组35V电源通过AOZ1282CI降压为5V为485通讯模块提供电源。通过 LM317降压为MBUS通讯电路提供电源。光耦D5第2脚连接CPU第55脚,当 CPU管脚输出高电平时，VMBUS+输出电源为30.6V，当此管脚输出低电平时， VMBUS+输出电源为20V。
所述系统主控模块内包括MCU主控模块、实时时钟模块、485通讯模块、微功率无线上行通讯模块、微功率无线下行通讯模块、MBUS通讯模块、存储模块、指示灯控制模块和红外调试模块；
MCU主控模块由MCU芯片STM32F091VC及外围晶振电路和掉电检测芯片组成。外围晶振Y1采用8M晶振，掉电检测芯片U23采用S-80126CLMC-JIZ 能够在系统电压低于2.93V时复位MCU，增加系统可靠性。MCU芯片通过IIC 总线和实时时钟模块连接；通过UART串口与485通讯电路连接；通过UART 串口与微功率无线上行模块连接；通过UART串口与微功率无线下行模块连接；通过UART串口与MBUS通讯模块连接；通过SPI总线与存储模块连接，通过控制IO管脚输出控制指示灯控制电路。
实时时钟模块，所述实时时钟模块包括：时钟芯片电路以及时钟电源控制电路；其中，如图3(a)所示，时钟芯片电路包括RX8025T芯片，RX8025T 芯片的INTA、INTB、SCL以及SDA引脚均经电阻R12与系统电源VDD33连接；
如图3(b)所示，时钟电源控制电路包括电池BT1，电池BT1的负极连接 3.6V锂电池，电池BT1的正极经MOS管Q1、稳压二极管D4与MCU主控模块V_RT引脚连接，MOS管Q1的栅极经电阻R17接地，稳压二极管D4的负极依次经二极管D3、D2、D1与系统电源VDD50连接，在V_RT引脚依次经并联的电容C8、C10接地。
该实时时钟模块性能：计时单元的日计时误差≤±0.5s/d。转换器可接收集中器或本地手持设备的时钟召测和对时命令。转换器供电电源中断后，数据和时钟至少能够保持两个月。电源恢复时，保存数据不丢失，内部时钟正常运行。
该电路优点：时钟精度高，日计时误差小，掉电时钟正常运行。220V供电的情况下时钟电源由系统5V(VDD50)电源经过3个2极管(D1、D2、D3) 降压提供，停电的情况下由3.6V锂电池BT1提供，正常时钟运行年限不小于 10年。
存储模块选用串行FLASH，选用芯片为MX25L25635E，该芯片有256M-BIT 存储容量，该芯片通过SPI总线与CPU连接。大容量的数据存储空间能够对水、电、气表进行地址管理和数据冻结存储，能够保存最近1个月采集到的水、电、气表实时数据。
485通讯模块：485通讯模块采用485芯片ISL3152，与CPU通过UART 串口交换数据。
该485电路优点，波特率支持2400-115200，支持奇偶校验位配置，可根据不同的表型参数配置相应的奇偶校验位和波特率，能在-40度到+75度的宽温环境下采集数据，采集数据成功率不小于99.9％。485通讯接口属于下行通讯接口，支持电能表645协议、水表188协议、燃气表通讯协议。
如图4所示，MBUS通讯电路的发送电路由芯片LM317(U15)及外围阻容元件组成，。光耦O5第一脚用R49上拉接系统电源，第2脚连接CPU第55脚, 当CPU管脚输出高电平时，O5第3第4引脚不导通，VMBUS+输出电源为30.6V，当此管脚输出低电平时，O5第3第4引脚不导通，VMBUS+输出电源为20V.在 MBUS总线上加36V双向导通TVS管SMBJ36CA，对总线电压起到过压保护，增加过流保护PTC(PTC2芯片)当MBUS口电流超过100MA时切断总线连接，起到过流保护。
采用软件控制电源输出，能够减少一路电源供应，降低硬件成本，所有电路采用分立元件，降低硬件成本。通讯波特率支持2400-115200，支持奇偶校验位配置，可根据不同的表型参数配置相应的奇偶校验位和波特率，能在-40度到 +75度的宽温环境下采集数据，采集数据成功率不小于99.9％。MBUS通讯接口属于下行通讯接口支持电能表645协议、水表188协议、燃气表通讯协议。
微功率无线上行通讯模块：微功率无线上行通讯模块采用FC-623J微功率模块，调制方式GFSK,频率范围(470-510)MHz,微功率无线上行通讯模块通过无线连接台区微功率集中器，将水、电、气、抄表数据上送到台区集中器，再经过台区集中器处理上报数据主站。微功率无线上行模块与台区集中器之间通讯采用376.1通讯协议。无线通讯支持自组网功能。
通过采用无线传输方式能够避免有线安装工程难度大，工作量大的问题。
微功率无线下行通讯模块：微功率无线下行通讯模块采用FX-106J微功率模块,通讯频率：433MHZ免费频段。通讯方式：半双工。通讯速率：10K bps。单点无线传输距离：空旷环境下大于500米.微功率无线上行通讯模块属于上行通讯接口支持电能表645协议、水表188协议、燃气表通讯协议。
所述系统主控模块内还包括指示灯模块，所述指示灯模块包括四个完全一致的指示灯子电路，所述指示灯子电路包括：
二极管14，二极管D14的正极与系统电源VDD33连接，二极管D14的负极经电阻R68与三极管Q2的集电极相连，Q2的基极经电阻与MCU主控模块的SX_TXD_LED引脚连接，Q2的发射极接地。
指示灯控制电路：指示灯控制电路包括上行通讯灯，下行通讯灯，告警指示灯，运行灯。CPU通过控制IO输出高低电平来点亮或者熄灭指示灯。当上行通讯有数据收发时上行通讯灯点亮，数据发送时亮绿灯，接收数据时亮红灯。当下行通讯有数据收发时下行通讯灯点亮，数据发送时亮绿灯，接收数据时亮红灯。当有告警产生时告警灯亮。当转换器运行正常是运行灯秒闪，异常时根据点亮频率判断故障。
可选的，所述电源模块包括3.3V转换电路，所述3.3V转换电路包括：
第一降压芯片，第一降压芯片的输入端、使能端与电源模块输出的12V供电端连接，第一降压芯片的输出端与第二降压芯片的输入端连接，第一降压芯片的调整端经电阻R16、R14与系统电源VDD50连接，电阻R14远离电阻R16 的一端经电阻R10接地；
第二降压芯片的输出端与系统电源VDD33连接，系统电源VDD33经电容 C11接地，第二降压芯片的接地端、BYD端均接地。
可选的，所述电源模块包括35V转换电路，所述35V转换电路包括：
第三降压芯片，第三降压芯片的输入端与系统电源输出的35V供电端连接，第三降压芯片的SHDN引脚经电阻R54与35V供电端连接，第三降压芯片的 CB引脚经电容C25、二极管D8接地，第三降压芯片的CB引脚经电感L2与 MCU主控模块的V485引脚连接，第三降压芯片的FB引脚经电阻R55、R56 与MCU主控模块的V485引脚连接，同时FB引脚与第三降压芯片的GND引脚接地。
本发明提供了微功率无线多通道协议转换器，包括系统控制模块以及电源模块，系统控制模块包括MCU主控模块和实时时钟模块，实时时钟模块通过IIC 总线与MCU主控模块连接，在MCU主控模块上还连接有MBUS通讯模块、微功率无线上行通讯模块、微功率无线下行通讯模块以及存储模块；MBUS通讯模块包括MBUS发送电路和MBUS接收电路，MBUS发送电路包括U15，U15 的电压输入端经电容C43接地，同时U15的电压输入端连接VIN BUS端，U15 的电压输出端经二极管D5与MCU主控模块的MBUS+引脚连接，U15的接地端依次经电阻R80、R24、R82接地，U15的电压输出端还经电阻R84与光耦O5的C引脚连接，光耦O5的L引脚连接在电阻R24、R82之间，光耦O5的A 引脚经电阻R49与系统电源VDD33连接，光耦O5的K引脚与MCU主控模块的TX_BUS引脚连接，在MCU主控模块上还设有过流保护PTC2芯片。通过下行通讯支持MBUS通讯方式，485通讯方式，微功率无线通讯方式，上行通讯支持微功率无线方式；下行通讯每种方式都支持水表188协议、电能表645协议、燃气表通讯协议的配置，能够根据现场采集情况配置各种协议和协议通讯参数。上行通讯采用微功率无线方式，上行通讯采用376.1通讯协议。进而对电、水、气表进行多通道多协议的数据实时采集、能够极大的减少人工投入和资源浪费，推进智慧城市建设。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.微功率无线多通道协议转换器，所述转换器包括系统控制模块以及与系统控制模块连接、为系统控制模块供电的电源模块，其特征在于，所述系统控制模块，包括：
MCU主控模块和实时时钟模块，实时时钟模块通过IIC总线与MCU主控模块连接，在MCU主控模块上还连接有MBUS通讯模块、微功率无线上行通讯模块、微功率无线下行通讯模块以及存储模块；
其中，MBUS通讯模块包括MBUS发送电路和MBUS接收电路，MBUS发送电路包括U15，U15的电压输入端经电容C43接地，同时U15的电压输入端连接VIN BUS端，U15的电压输出端经二极管D5与MCU主控模块的MBUS+引脚连接，U15的接地端依次经电阻R80、R24、R82接地，U15的电压输出端还经电阻R84与光耦O5的C引脚连接，光耦O5的L引脚连接在电阻R24、R82之间，光耦O5的A引脚经电阻R49与系统电源VDD33连接，光耦O5的K引脚与MCU主控模块的TX_BUS引脚连接，在MCU主控模块上还设有过流保护PTC2芯片。
2.根据权利要求1所述的微功率无线多通道协议转换器，其特征在于，所述系统主控模块内还包括实时时钟模块，所述实时时钟模块包括：
时钟芯片电路以及时钟电源控制电路；
其中，时钟芯片电路包括RX8025T芯片，RX8025T芯片的INTA、INTB、SCL以及SDA引脚均经电阻R12与系统电源VDD33连接；
时钟电源控制电路包括电池BT1，电池BT1的负极连接3.6V锂电池，电池BT1的正极经MOS管Q1、稳压二极管D4与MCU主控模块V_RT引脚连接，MOS管Q1的栅极经电阻R17接地，稳压二极管D4的负极依次经二极管D3、D2、D1与系统电源VDD50连接，在V_RT引脚依次经并联的电容C8、C10接地。
3.根据权利要求1所述的微功率无线多通道协议转换器，其特征在于，所述系统主控模块内还包括指示灯模块，所述指示灯模块包括四个完全一致的指示灯子电路，所述指示灯子电路包括：
二极管14，二极管D14的正极与系统电源VDD33连接，二极管D14的负极经电阻R68与三极管Q2的集电极相连，Q2的基极经电阻与MCU主控模块的SX_TXD_LED引脚连接，Q2的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的微功率无线多通道协议转换器，其特征在于，所述电源模块包括3.3V转换电路，所述3.3V转换电路包括：
第一降压芯片，第一降压芯片的输入端、使能端与电源模块输出的12V供电端连接，第一降压芯片的输出端与第二降压芯片的输入端连接，第一降压芯片的调整端经电阻R16、R14与系统电源VDD50连接，电阻R14远离电阻R16的一端经电阻R10接地；
第二降压芯片的输出端与系统电源VDD33连接，系统电源VDD33经电容C11接地，第二降压芯片的接地端、BYD端均接地。
5.根据权利要求1所述的微功率无线多通道协议转换器，其特征在于，所述电源模块包括35V转换电路，所述35V转换电路包括：
第三降压芯片，第三降压芯片的输入端与系统电源输出的35V供电端连接，第三降压芯片的SHDN引脚经电阻R54与35V供电端连接，第三降压芯片的CB引脚经电容C25、二极管D8接地，第三降压芯片的CB引脚经电感L2与MCU主控模块的V485引脚连接，第三降压芯片的FB引脚经电阻R55、R56与MCU主控模块的V485引脚连接，同时FB引脚与第三降压芯片的GND引脚接地。
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