CN110568236B - 一种低功耗的智能电能表通信仓 - Google Patents

一种低功耗的智能电能表通信仓 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗的智能电能表通信仓，涉及电能表的通信仓。现有230MHz通信模块一般用于集中器中，在使用过程中出现因为模块温度过高，集中器烧坏的问题。一种低功耗的智能电能表通信仓，智能电表通信仓设于电表中，其包括壳体、天线模块及设于壳体中的主控芯片、通信模块、载波模块。在本技术方案中，台区的信息，通过通信模块发送至主站，替代通过载波信号原路返回至集中器中，在完成台区信息识别并上报后，载波模块进行休眠，本技术方案在保障通信仓满足业务需求的同时，降低通信仓功耗，节约能源。且通信模块低功耗控制模块实现定时任务，根据定时任务策略，向主站上报电能电量数据；完成后，关闭通信模块；有效地降低了功耗。

Description

一种低功耗的智能电能表通信仓
技术领域
本发明涉及电能表的通信仓，尤其涉及一种低功耗的智能电能表通信仓。
背景技术
现有230MHz通信模块一般用于集中器中，在使用过程中出现因为模块温度过高，集中器烧坏的问题。230MHz通信模块通信功耗为2.5W，主控芯片工作状态功耗为0.5W，长期运行，对设备散热要求很高，入热量无法及时散掉，对模块影响极大，可能产生设备损毁，缩短通信仓使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种低功耗的智能电能表通信仓，以达到降低功耗，减少热量产生的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种低功耗的智能电能表通信仓，智能电表通信仓设于电表中，其包括壳体、天线模块及设于壳体中的主控芯片、通信模块、载波模块；其中：
通信模块：与主控芯片相连，用于将主控芯片发送过来的信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；通信模块可以收到主控芯片的休眠/激活命令，从而改变自身工作状态为：关闭/打开。
载波模块：与主控芯片相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的休眠命令后，进入休眠状态；
天线模块：与主控芯片相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；
主控芯片：与载波模块、通信模块相连；主控芯片包括采集模块、台区识别模块、主控芯片低功耗控制模块和通信模块低功耗控制模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，用采信息处理后，将用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区相位信息数据，当收到数据后进行完整性确认并和原存储的数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块；主控芯片低功耗控制模块，在非上报时间，使主控芯片进入低功耗模式同，当处于低功耗模式，通过中断信号唤醒主控芯片，当出现停电时，或电表报警时，中断引脚接收到信号后，唤醒主控芯片，主控芯片判断事件类型，并将事件通过通信模块上传主站，通信模块低功耗控制模块，设定定时任务，按设定时间，启动通信模块，使通信模块向主站上报电能电量数据，通信模块每次上报数据成功后，通知通信模块低功耗控制模块，通信模块低功耗控制模块关闭通信模块；随后通信模块低功耗控制模块等待至第一设定时间后启动通信模块，再经第二设定时间后，通知通信模块进行数据上报，完成后，关闭通信模块；通信模块关闭期间，不接收主站发送事件，直至通信模块下次工作连上主站时，通信模块接收事件后，通知主控模块，做相应业务处理，完成后，答复主站。
本技术方案实现主控芯片、载波模块和无线专网通信模块的低功耗，降低了产生的能量，提高工作的稳定性。
在本技术方案中，台区的信息，通过通信模块发送至主站，替代通过载波信号原路返回至集中器中，在完成台区信息识别并上报后，载波模块进行休眠，本技术方案在保障通信仓满足业务需求的同时，降低通信仓功耗，节约能源。且通信模块低功耗控制模块实现定时任务，根据定时任务策略，向主站上报电能电量数据；完成后，关闭通信模块；有效地降低了功耗。
本技术方案通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构。
台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。
作为优选技术手段：第一设定时间为14分钟，第二设定时间为1分钟，通信模块低功耗控制模块根据时钟，等 14分钟后再启动通信模块，到第15分钟，通知230通信模块，进行数据上报，完成后，关闭通信模块。
作为优选技术手段：还包括电源模块，电源模块与主控芯片、载波模块和通信模块、相连，为主控芯片、载波模块、通信模块供给低压直流电源；电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时， 由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，所述的后备电源子模块包括多个串联电容。通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。
作为优选技术手段：所述的壳体上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的电表数据接口通过业务采集接口电路与主控芯片相连，以将电表数据传送给主控芯片；所述的12V电源接口与电源模块相连以进行供电；所述的220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。
作为优选技术手段：所述的壳体呈方形，其包括上壳体及下壳体，所述的壳体内设有第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板，所述的第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板以下、中、上的位置进行叠置，所述的第一PCB板上设有载波模块、电源模块；所述的第二PCB板上设有主控芯片、安全芯片模块；所述的第三PCB板上设有通信模块；壳体的内壁设有与通信模块相连的金属天线。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板叠置，充分利用空间，在不增加壳体内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。
作为优选技术手段：所述的第三PCB板以插接的方式设在第二PCB板上；或第三PCB板固接在第二PCB板上，第二PCB板以插接的方式设在第一PCB板上。方便第三PCB板的更换，降低成本，使用灵活。
作为优选技术手段：所述的第三PCB板、第二PCB板尺寸小于第一PCB板。有效实现多板的上下叠置。
作为优选技术手段：第一PCB板一角设有5个电容，5个电容分二排设置，3个电容位于外侧，2个电容位于3个电容的内侧，所述的电容为2.7V 2F电容；所述的第三PCB板、第二PCB板位于电容的一侧以避开电容。充分利用空间，多个电容串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容充分利用空间。若单个电容容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容量的前提下，若单个电容量小，则需要大于5个的电，也会出现占用PCB板面板过大，导致其他模块不能设置的问题。
作为优选技术手段：所述的第一PCB板上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的第一PCB板上开设隔槽，以隔离强电和弱电。
作为优选技术手段：所述的第一PCB板还设有过零检测电路，所述的载波模块包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波调制解调芯片及载波发送电路；设载波耦合电路处的第一PCB板上设有隔槽。
有益效果：
一、本技术方案实现主控芯片、载波模块和无线专网通信模块的低功耗，降低了产生的能量，提高工作的稳定性。
二、通信模块低功耗控制模块实现定时任务，根据定时任务策略，向主站上报电能电量数据；完成后，关闭通信模块；有效地降低了功耗。
三、本技术方案中，台区的信息通过通信模块发送至主站，替代通过载波信号原路返回至集中器中的方式，在完成台区信息识别并上报后，载波模块进行休眠，本技术方案在保障通信仓满足业务需求的同时，降低通信仓功耗，节约能源。台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。
四、通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。
附图说明
图1是本发明的功耗图。
图2是本发明的原理图。
图3是本发明的结构示意图。
图中：1、壳体；101、上壳体；102、下壳体； 2、第一PCB板；3、第二PCB板； 4、第三PCB板；5、电容。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图2所示，一种低功耗的智能电能表通信仓，智能电表通信仓设于电表中，其包括壳体、天线模块及设于壳体中的主控芯片、通信模块、载波模块；其中：
通信模块：与主控芯片相连，用于将主控芯片发送过来的信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；
载波模块：与主控芯片相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的休眠命令后，进入休眠状态；
天线模块：与主控芯片相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；
主控芯片：与载波模块、通信模块相连；主控芯片包括采集模块、台区识别模块、主控芯片低功耗控制模块和通信模块低功耗控制模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，用采信息处理后，将用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区相位信息数据，当收到数据后进行完整性确认并和原存储的数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块；主控芯片低功耗控制模块，在非上报时间，使主控芯片进入低功耗模式同，当处于低功耗模式，通过中断信号唤醒主控芯片，当出现停电时，或电表报警时，中断引脚接收到信号后，唤醒主控芯片，主控芯片判断事件类型，并将事件通过通信模块上传主站，通信模块低功耗控制模块，设定定时任务，按设定时间，启动通信模块，使通信模块向主站上报电能电量数据，通信模块每次上报数据成功后，通知通信模块低功耗控制模块，通信模块低功耗控制模块关闭通信模块；随后通信模块低功耗控制模块等待至14分后启动通信模块，再经1分后，通知通信模块进行数据上报，完成后，关闭通信模块；通信模块关闭期间，不接收主站发送事件，直至通信模块下次工作连上主站时，通信模块接收事件后，通知主控模块，做相应业务处理，完成后，答复主站。
如图1所示，本技术方案实现主控芯片、载波模块和无线专网通信模块的低功耗，降低了产生的能量，提高工作的稳定性。
在本技术方案中，台区的信息，通过通信模块发送至主站，替代通过载波信号原路返回至集中器中，在完成台区信息识别并上报后，载波模块进行休眠，本技术方案在保障通信仓满足业务需求的同时，降低通信仓功耗，节约能源。且通信模块低功耗控制模块实现定时任务，根据定时任务策略，向主站上报电能电量数据；完成后，关闭通信模块；有效地降低了功耗。
本技术方案通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构。
台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。
为实现停电上报，还包括电源模块，电源模块与主控芯片、载波模块和通信模块、相连，为主控芯片、载波模块、通信模块供给低压直流电源；电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时， 由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，所述的后备电源子模块包括多个串联电容。通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。
本技术方案通过230MHz电力无线专网，无需采用集中器转发，直接与业务主站相连，减少中间环节提高数据采集效率，扁平化网络结构。
台区相位识别区别于现有双向载波通信模式，采用载波通信与无线专网相结合的环形识别技术，单向载波通信降低载波干扰，提高数据识别率；载波通信完成后模块进入休眠状态，减少能耗，降低线损。
为提高通用性，降低成本，该通信模块为可插拔式通信模块，以通过更换通信模块的方式以适应IoT-G 230和LTE-G 230制式。该通信仓通过可插拔通信模块，以兼容IoT-G230和LTE-G 230制式，提高通用性。
如图3所示，为方便、可靠地与电能表连接，该壳体1上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；该电表数据接口通过业务采集接口电路与主控芯片相连，以将电表数据传送给主控芯片；该12V电源接口与电源模块相连以进行供电；该220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。
为实现多模块的集成安装，该壳体1呈方形，并在壳体1上设有方便取放的缺口以作为手持部，壳体1包括上壳体101及下壳体102，该壳体1内设有第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4，该第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4以下、中、上的位置进行叠置，该第一PCB板2上设有载波模块、电源模块；该第二PCB板3上设有主控芯片、安全芯片模块；该第三PCB板4上设有通信模块；壳体1的内壁设有与通信模块相连的金属天线。第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4叠置，充分利用空间，在不增加壳体1内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板2、第二PCB板3、第三PCB板4之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。
为提高使用的灵活性，并降低成本。该第三PCB板4以插接的方式设在第二PCB板3上；或第三PCB板4固接在第二PCB板3上，第二PCB板3以插接的方式设在第一PCB板2上。方便第三PCB板4的更换，降低成本，使用灵活。
该第三PCB板4、第二PCB板3尺寸小于第一PCB板2。有效实现多板的上下叠置，并有效避开手持部。
为充分利用有限的空间，第一PCB板2一角设有5个电容5，5个电容5分二排设置，3个电容5位于外侧，2个电容5位于3个电容5的内侧，该电容5为2.7V 2F电容5；该第三PCB板4、第二PCB板3位于电容5的一侧以避开电容5。充分利用空间，多个电容5串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容5充分利用空间。若单个电容5容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容5量的前提下，若单个电容5量小，则需要大于5个的电，也会出现占用PCB板面板过大，导致其他模块不能设置的问题。
为提高工作的可靠性，避免干扰，该第一PCB板2上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；该第一PCB板2上开设隔槽，以隔离强电和弱电。
为实现电路板稳定可靠，减少相互的干扰，该第一PCB板2上模块间开设隔槽，为实现台区相位信息的正确识别，该电路还设有过零检测电路，电力载波模块，该模块包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波调制解调芯片及载波发送电路；设载波耦合电路处的第一PCB板2上设有隔槽。强电基本设在第一PCB板2上，与位于第三PCB板4的通讯模块相隔，有利于提高工作的稳定性。
以上图1-3所示的一种低功耗的智能电能表通信仓是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：智能电能表通信仓设于电能表中，其包括壳体（1）、天线模块及设于壳体（1）中的主控芯片、通信模块、载波模块；其中：
通信模块：与主控芯片相连，用于将主控芯片发送过来的信息，经天线发送给业务主站，实现通信数据状态交互；通信模块可以收到主控芯片的休眠/激活命令，从而改变自身工作状态为：关闭/打开；
载波模块：与主控芯片相连，用于接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的状态激活命令后，从休眠状态切换为工作状态，载波模块开始接收变压器侧台区相位发送装置的通信数据，并将数据传输给主控芯片；当载波模块收到主控芯片发送的休眠命令后，进入休眠状态；
天线模块：与主控芯片相连，其基于耦合方式，和230MHz电力无线专网实现通信；
主控芯片：与载波模块、通信模块相连；主控芯片包括采集模块、台区识别模块、停复电上报模块、主控芯片低功耗控制模块和通信模块低功耗控制模块；采集模块用于当收到业务主站发送的数据采集命令后，通过业务采集接口获取用采信息，用采信息处理后，将用采信息发送至通信模块；台区识别模块用于设备上电后，检测当前台区信息，并控制载波模块进入工作状态，让载波模块接收变压器侧台区相位发送装置的台区相位信息数据，当收到数据后进行完整性确认并和原存储的数据进行比对，当存在差异时，将当前台区相位信息进行本地存储并发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的台区信息发送至通信模块，然后控制载波模块进入休眠状态；停复电上报模块，用于当检测到电网停复电信息后，将停复电信息发送到加密芯片进行数据加密，经加密后的停复电信息发送至通信模块；主控芯片低功耗控制模块，在非上报时间，使主控芯片进入低功耗模式，当处于低功耗模式，通过中断信号唤醒主控芯片，当出现停电时，或电能表报警时，中断引脚接收到信号后，唤醒主控芯片，主控芯片判断事件类型，并将事件通过加密芯片处理后，发送给通信模块上传主站，通信模块低功耗控制模块，设定定时任务，按设定时间，启动通信模块，使通信模块向主站上报电能电量数据，通信模块每次上报数据成功后，通知通信模块低功耗控制模块，通信模块低功耗控制模块关闭通信模块；随后通信模块低功耗控制模块等待至第一设定时间后启动通信模块，再经第二设定时间后，通知通信模块进行数据上报，完成后，关闭通信模块；通信模块关闭期间，不接收主站发送事件，直至通信模块下次工作连上主站时，通信模块接收事件后，通知主控模块，做相应业务处理，完成后，答复主站。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：第一设定时间为14分钟，第二设定时间为1分钟，通信模块低功耗控制模块根据时钟，等 14分钟后再启动通信模块，到第15分钟，通知230通信模块，进行数据上报，完成后，关闭通信模块。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：还包括电源模块，电源模块与主控芯片、载波模块和通信模块相连，为主控芯片、载波模块、通信模块供给低压直流电源；电源模块包括12V电源子模块和后备电源子模块；在正常时， 由12V电源子模块进行供电；当断电时，由后备电源子模块进行暂时供电以实现短时间断电事件上报，所述的后备电源子模块包括多个串联电容（5）。
4.根据权利要求3所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的壳体（1）上设有电能表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的电能表数据接口通过业务采集接口电路与主控芯片相连，以将电能表数据传送给主控芯片；所述的12V电源接口与电源模块相连以进行供电；所述的220V电力线接口与载波模块相连，以获得变压器侧台区相位发送装置发送的信息。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的壳体（1）呈方形，其包括上壳体（101）及下壳体（102），所述的壳体（1）内设有第一PCB板（2）、第二PCB板（3）、第三PCB板（4），所述的第一PCB板（2）、第二PCB板（3）、第三PCB板（4）以下、中、上的位置进行叠置，所述的第一PCB板（2）上设有载波模块、电源模块；所述的第二PCB板（3）上设有主控芯片、安全芯片模块；所述的第三PCB板（4）上设有通信模块；壳体（1）的内壁设有与通信模块相连的片状金属天线。
6.根据权利要求5所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的第三PCB板（4）以插接的方式设在第二PCB板（3）上；或第三PCB板（4）固接在第二PCB板（3）上，第二PCB板（3）以插接的方式设在第一PCB板（2）上。
7.根据权利要求6所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的第三PCB板（4）、第二PCB板（3）尺寸小于第一PCB板（2）。
8.根据权利要求7所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：第一PCB板（2）一角设有5个电容（5），5个电容（5）分二排设置，3个电容（5）位于外侧，2个电容（5）位于3个电容（5）的内侧，所述的电容（5）为2.7V 2F电容（5）；所述的第三PCB板（4）、第二PCB板（3）位于电容（5）的一侧以避开电容（5）。
9.根据权利要求8所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的第一PCB板（2）上设有电能表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；所述的第一PCB板（2）上开设隔槽，以隔离强电和弱电。
10.根据权利要求9所述的一种低功耗的智能电能表通信仓，其特征在于：所述的第一PCB板（2）还设有过零检测电路，所述的载波模块包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波调制解调芯片及载波发送电路；设载波耦合电路处的第一PCB板（2）上设有隔槽。
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