CN1486017A

CN1486017A - 网络智能表计量终端的dcpl现场总线及网络预收费网桥

Info

Publication number: CN1486017A
Application number: CNA031322689A
Authority: CN
Inventors: 郭建国; 顾金良
Original assignee: Individual
Current assignee: Guo Jianguo; Mao Xingyuan
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2004-03-31
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: CN100380867C

Abstract

网络智能表计量终端的DCPL现场总线，主机上连接多台现场从机，特征是从机分别是若干网络智能型水表终端、煤气表终端和家庭配电终端，在一根双绞线上连接多台现场从机及可寻址远程数字通讯功能、并提供直流电源的现场总线。网络预收费网桥设有CPU、其上连接有数据存储芯片、模拟开关、显示驱动电路、光耦合器以及经调制解调芯片连接的通讯芯片，特征是CPU还连接有射频卡读写模块，用户通过网桥形成户外刷卡信息交互。网桥主机上有连接从机的DCPL现场总线端口；连接小区管理计算机的RS485或CAN总线端口。用户的IC卡通过网桥非接触刷卡，数据通过网桥读写、管理，并通过DCPL网络将数据送到该用户网络智能表计量终端。

Description

网络智能表计量终端的DCPL现场总线及网络预收费网桥

技术领域

本发明涉及一种网络智能表具计量终端的DCPL现场总线及网络预收费网桥，即：DCPL网络智能型水表终端、DCPL网络智能型煤气表终端、DCPL网络智能家庭用户配电终端的DCPL现场总线，以及与该总线匹配的网络预收费网桥，以建立接入DCPL通讯结构的网络平台。其中DCPL为：DirectCurrent Power Line。

背景技术

现有的现场总线有很多种，其中主要的有：FF(Founda，tionfieldbus)、控制局域网络CAN(Controller Area Netwoek)、局部操作网络Lon Works(locaIOperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus)和HART协议(Highway Addressable Remote Transducer)以及DeviceNet、ControlNet、P-NET、RS485等。上述现有的现场总线都无法直接应用在网络智能水表终端、网络智能家庭用户配电终端及网络智能煤气表终端形成低成本的、可以在一根双绞线上连接多台现场从机(网络智能表计量终端)及可寻址远程数字通讯功能的，并提供直流电源功能的现场总线。

现场网络总线体系的具体结构是主机(网络预收费网桥)可以在一根双绞线上连接多台现场从机(网络智能表计量终端)及可寻址远程数字通讯功能，并提供直流电源功能。另外，本发明以下所涉及的，网络智能用电计量配电终端、网络智能水表计量终端、网络智能煤气表计量终端，已在若干中国发明专利中叙述，专利号或中请号：00135437.X；02218776.6；02137930.0；02263007.4；03219162.6；03112614.6。特别指出的是：现有脉冲式远传三表抄收系统中采集器、区域机(或称抄表器)不能实现在户外公共环境与持卡用户的IC卡进行信息交互的功能，也不适合本发明DCPL现场总线网络桥接的要求。

发明内容

本发明所述DCPL现场总线、网络预收费网桥及其网络智能表计量终端预收费方法的主要特征是：将持卡用户的IC卡，通过网络预收费网桥进行非接触刷卡，将用户IC卡上的数据通过网络预收费网桥读写、管理，并通过DCPL网络将该用户IC卡上的数据送到该用户网络智能表计量终端。特别指出的是，该水、电、气表网络智能计量终端预收费方法不同于现有国内采用的非网络化的IC卡水表、IC卡电表、IC卡煤气表预收费方法的表具。本发明所述水、电、气表网络智能表计量终端预收费方法的主要特征是网络预收费网桥能在户外公共环境与持卡用户的IC卡进行信息交互功能，同时户外公共网络预收费网桥设备通过DCPL网络能寻检、采集用户网络智能表计量终端的输配数据及监管智能表计量终端的维护信息。本发明所述的DCPL网络是可寻址远程网络智能水、电、气表终端。本发明的网络预收费网桥是将下位DCPL网络连接的网络智能计量表具终端与社区管理计算机进行无线数据通讯或有线RS485/CAN总线两种网络形式进行物理与通讯协议的桥接，称之为网络预收费网桥。也可简单称网桥是将DCPL网络与其它有线或无线网络(如：采用国际标准的RS-485、CAN有线网络)进行网络桥接的一种电子设备。

以下对本发明的各个主题分别说明：

DCPL现场总线：是一种新型两线制有源的、在直流供电线路上的数字信号是经调制的模拟信号进行传输、低价格、低功耗的现场总线，它具有与现场总线类似的体系结构，即：网络总线体系的具体结构是主机(网络预收费网桥)在双线(一般采用一根双绞线)上连接多台现场从机，本发明的特征在于：从机分别是若干个网络智能型水表终端、网络智能型煤气表终端和网络智能家庭用户配电终端，各终端并联在总线上，主机与从机通过调制的FSK(频移键控)信号进行数字通讯，其电路为：由主机DCPL网络现场总线提供36VDC或36VDC以下的安全电源，并通过该总线连接到若干个从机通讯电路的MBU两个端点上，通讯电路中二极管桥起到MBU两个端点是无级性连接方式(即MBU两个端点连接总线时正负级可互换)，当主机与从机通讯时，DCPL网络现场总线上有调制的FSK信号(本发明电路中逻辑电平“1”所对应的频率为1300Hz，逻辑电平“0”所对应的频率为2100Hz)，而调制的FSK信号是以电压的形式叠加在现场总线上，这时从机的通讯电路中，FSK信号经电容、跟随器、放大器、FSK带通滤波器、解调器的输出端RXD还原逻辑电平“1”与“0”，而解调器的输出端RXD是连接到CPU通讯串口的RXD端，形成主、从机数字通讯，当从机与主机通讯时，从机中的CPU通讯串口的TXD端是与，通讯电路中TXD相连，这时从机数字通讯的逻辑电平“1”、“0”经，通讯电路中的调制器、FSK带通滤波器、，放大器、，电容，电流放大器，将调制的FSK信号以电流的形式回传给主机，形成从、主机数字通讯。

特别指出的是：从机通讯电路UST7538BJG是专门为网络智能用电计量配电终端、网络智能水表计量终端、网络智能煤气表计量终端从机设计的两线制、直流供电、稳压电路、收发控制、FSK调制/解调数字通讯的DCPL现场总线电路。

DCPL网络上接入的从机通讯电路的工作原理框参看图9。

由于DCPL网络是在直流供电线路上叠加了FSK(频移键控)数字信号，因而，模拟和数字通讯可以同时进行。这就保证了网络上每个智能水、电、气表终端电源供给与数字通讯可以兼容，可以在一根双绞线上连接多台现场智能水、电、气表终端。是为解决适应网络智能水表终端、网络智能家庭用户配电终端及网络智能煤气表终端的现场总线。其重要的特点是寻求提供安全电压、两线制、低功耗、低成本现场数字通讯总线的解决方案。注：DCPL网络通讯不是一般所说的220VAC电力(电感、电容耦合)载波通讯技术。本主题的优化方案是：DCPL现场总线与从机的连接采用两线制接线盒，并通过两线制接线盒分别与若干个网络智能型水表终端、网络智能型煤气表终端和网络智能家庭用户配电终端进行连接(或采用具有网络接口的IC卡表具终端)。DCPL现场总线体系的主要特点具体结构参看图1、图2。

2、网络预收费网桥：本发明所述网络预收费网桥电路主要设有微处理芯片CPU、CPU上连接有数据存储芯片、模拟开关、显示驱动电路、光耦合器以及经调制解调芯片连接的通讯芯片等，其特征在于：CPU上还连接有射频卡读写模块，DCPL现场总线连接在网桥主机上，网桥主机经过RS485或CAN总线与小区管理计算机进行连接。参看图2、图8。

本申请中所涉及的水、电、气表网络智能计量终端：已在若干中国发明专利中叙述，专利号或申请号：00135437.X；02218776.6；02137930.0；02263007.4；03219162.6；03112614.6，本发明重点说明DCPL网络主、从机数字通讯原理及自主开发的UST7538BJG芯片电路原理。

附图说明

图1为DCPL网络结构示意图；

图2、图8为DCPL网络与三种表具终端连接、应用示意图；

图3为DCPL网络智能水表、气表计量终端电路原理图；

(重点说明从机与主机数字通讯原理)；

图4为DCPL通讯网络从机通讯模块UST7538BJG电路原理图；

图5为网络预收费网桥的电路原理图；

图6-1为主机与从机数字通讯调制信号传输示意图；

图6-2为从机与主机数字通讯调制信号传输示意图；

图7-1、图7-2为数字通讯逻辑电平传输示意图；

图8为网络预收费网桥与管理机无线、有线数据通讯结构示意图；

图9为DCPL网络上接入的从机通讯电路的工作原理框图。

具体实施方式

实施例1，参照图1～图3：DCPL现场总线、网络预收费网桥及其网络智能表计量终端电路的主要特征是将持卡用户的IC卡，通过网络预收费网桥进行非接触刷卡，将用户IC卡上的数据通过网络预收费网桥读写、管理，并通过DCPL网络将该用户IC卡上的数据送到该用户网络智能表计量终端进行信息交互显示。参照图9：从机通讯电路的工作原理框图中MBU两个端点是DCPL网络接入端点，由主机DCPL网络现场总线提供36VDC或36VDC以下的安全电源，并通过该总线连接到若干个从机通讯电路的MBU两个端点上，UST7538BJG通讯电路中二极管桥起到MBU两个端点是无级性连接方式，即MBU两个端点连接总线时正负级可互换。当主机与从机通讯时，DCPL网络现场总线上有调制的FSK信号(本发明电路中逻辑电平“1”所对应的频率为1300Hz，逻辑电平“0” 所对应的频率为2100Hz)，而调制的FSK信号是以电压的形式叠加在现场总线上，这时从机的UST7538BJG通讯电路中，FSK信号经CV5电容、TV3跟随器、U1放大器、FSK带通滤波器、解调器的输出端RXD还原逻辑电平“1”与“0”，而解调器的输出端RXD是连接到CPU通讯串口的RXD端，形成主、从机数字通讯。

百分数当从机与主机通讯时，从机中的CPU通讯串口的TXD端是与UST7538BJG通讯电路中TXD相连，这时从机数字通讯的逻辑电平“1”、“0”经UST7538BJG通讯电路中的调制器、FSK带通滤波器、U2放大器、CV3电容、TV1电流放大器，将调制的FSK信号以电流的形式回传给主机，形成从、主机数字通讯。其中TV2为收发控制开关管，DCPL网络供电与通讯波形图参看附图6-1、6-2。

参看图3：所述DCPL网络智能型水表、煤气表终端从机一种实施例中的电路原理图，在电路原理图中主要器件采用微功耗芯片，其中IC2为CPU芯片是该电路的核心微处理器、IC1为低功耗DCPL网络通讯调制解调芯片、IC3为LCD显示器驱动电路、T9为磁传感器及MG为阀门电机及红外通讯电路等。

所述的IC1是DCPL网络通讯调制解调UST7538BJG是自主开发的芯片，CPU芯片的通过选用P1.0口、P1.1口形成串行通讯与DCPL网络通讯调制解调芯片的RXD、TXD进行数据读写操作，RS1、RS为R/T控制，CD为模拟调制信号检测端，并通过无极性的MBU(12)、MBU(13)将符合ITU-TV2.3标准的模拟调制信号耦合到DCPL网络线上，DCPL网络线功能是一方面作为网络通讯，另一方面作为电力提供线路。

参看图4：所述的IC1是DCPL网络通讯调制解调芯片UST7538BJG的内部电路是通过厚膜电路加工而成，其中IC1 MSM7512是调制解调芯片、ZL是二极管整流桥、TV3是调制信号跟随器、W1是稳压器、TV2是通讯收发控制开关管，其它外围电路形成直流供电电路及DCPL通讯网络线路。

DCPL网络工作原理参照图3、图4：其特征是网络智能表具终端从机的调制解调芯片UST7538BJG的内部电路IC1 MSM7512芯片的调制模拟信号输出端AOUT，经CV3、TV1晶体管，将调制模拟信号以电流放大形式耦合到DCPL网络上，形成从机与主机半双工通讯。而网络预收费网桥主机与网络智能表具终端从机的通讯方式，是将调制模拟电压信号通过DCPL网络在网络智能表具终端从机电路UST7538BJG中由RV6、CV5、TV3、CV6输入到IC1MSM7512芯片的调制模拟信号输入端AIN，完成主机、从机的半双工通讯。图5是网络预收费网桥主机电路系统中DCPL网络电路原理。其中，其中U1为MSM7512调制解调芯片、U2为微处理芯片CPU(采用P89C51或MSP430系列的芯片)、U3为射频卡读写模块、U4为数据存储芯片、U5为模拟开关、U6为显示驱动电路、U7为无线通讯模块采用单片射频收发器nRF903模块、U8-U10为光耦合器、U11为RS485通讯芯片等。U1芯片的调制模拟信号输出端AO，经CC1、IC1A、TC1、TC3、TC4、TC5、L1等所组成的电路，将调制模拟信号进行电压功率放大耦合在DCPL网络上，使DCPL网络供电直流电压上叠加调制模拟电压信号，这时可被DCPL网络上的所有的从机监听到调制模拟电压信号。而网络智能表具终端将调制模拟信号以电流放大形式耦合到DCPL网络上，并通过L1、CC4谐振形成电压降，经CC5、IC1B、CC6、RC11、CC7等电路放大、滤波输入到U1 MSM7512芯片的调制模拟信号输入端AI，完成从机、主机的半双工通讯。电路中TC2、RC6是电路限流电路，U1 MSM7512芯片的RXD、TXD连接到网桥微处理器CPU的通讯串口端。参照图6：本发明所述主机、从机在DCPL网络是直流供电线路上叠加了FSK(频移键控)信号进行通讯的工作原理。从图6-1所示中可知，主机与从机通讯是在DCPL网络直流供电线路上叠加了调制电压变化的FSK(频移键控)信号。图6-2从机与主机通讯是在DCPL网络直流供电线路上叠加了调制电流变化的FSK(频移键控)信号。

所述水、电、气表终端预收费网络的主要特征是采用DCPL网络智能用电计量配电终端、DCPL网络智能水表计量终端、DCPL网络智能煤气表计量终端以及DCPL网络预收费网桥所组成的分布式系统。而每一个网络预收费网桥通过用户射频IC卡读写、管理该用户在DCPL网络连接可集中管理的DCPL网络智能表计量终端。

本发明所述水、电、气表终端网络预收费方法的主要特征是将持卡用户的IC卡，通过网络预收费网桥进行非接触刷卡，将用户IC卡上的数据通过网络预收费网桥读写、管理，并通过DCPL网络将该用户IC卡上的数据送到该用户网络智能表计量终端进行信息交互显示。特别指出的是，该水、电、气表终端网络预收费方法不同于现有国内采用的非网络化的IC卡水表、IC卡电表、IC卡煤气表预收费方法的表具。

本发明所述水、电、气表终端网络预收费方法的主要特征是网络预收费网桥能在户外公共环境与持卡用户的IC卡进行信息交互功能，同时户外公共网络预收费网桥设备通过DCPL网络能寻检、采集用户网络智能表计量终端的输配数据及监管智能表计量终端的维护信息。

本发明所述水、电、气表终端网络预收费方法的主要特征是网络预收费网桥与用户网络智能表计量终端采用两线制直流供电，同时又是数据通讯的网络线路，该DCPL网络现场总线工作原理及电路为本发明的主要特征之一。

本发明所述水、电、气表终端网络预收费方法的主要特征是网络预收费网桥与社区内管理计算机进行数据通讯主要采用的是433MHz/868MHz/915MHzISM频段无线数据通讯与RS485/CAN总线方式进行数据通讯两种模式。无线数据通讯通过GMSK/GFSK调制和解调，抗干扰能力强，采用DDS+PLL技术，频率稳定性好；灵敏度高达-100dBm，最大发射功率达+10dBm；数据速率可达76.8Kbit/S；可有170个频道，适合需要多信道工作的特殊场合，社区内无线通讯距离，开阔地段大于1KM。所述的水、电、气表网络终端预收费方法主要特征是社区内管理计算机与网络预收费网桥可进行无线、有线数据通讯，其结构见图8所示(注：该发明特征不同于现有手掌无线抄表器的抄收方式，国内外发明现有的无线抄表方式是人工采用手掌机(或移动车载无线通讯计算机)在接近用户计量表具一定的距离，可移动户外无线人工抄表。但非实时的进行用户计量表具无线数据通讯网)。

所述的水、电、气表网络终端预收费方法主要特征是持卡用户的IC卡也可通过社区管理计算机的读卡器，进行刷卡信息交互，完成水、电、气表网络终端预收费方法。本发明所述DCPL网络通讯技术方案的更多细节为：符合即将成为国家标准的ITU-TV2.3标准，1200bps半双工；以及ITU-TV2.3标准，75bps发送器。特别说明的图6-1、图6-2所采用的数字通讯波形与图7-1、7-2的逻辑电平传输是不同的。

Claims

1、一种网络智能表计量终端的DCPL现场总线，主机在双线上连接多台现场从机，其特征在于：从机分别是若干个网络智能型水表终端、网络智能型煤气表终端和网络智能家庭用户配电终端，各终端并联在总线上，主机与从机通过调制的FSK(频移键控)信号进行数字通讯，其电路为：由主机DCPL网络现场总线提供36VDC或36VDC以下的安全电源，并通过该总线连接到若干个从机通讯电路的MBU两个端点上，通讯电路中二极管桥起到MBU两个端点是无级性连接方式，当主机与从机通讯时，DCPL网络现场总线上有调制的FSK信号，而调制的FSK信号是以电压的形式叠加在现场总线上，这时从机的通讯电路中，FSK信号经电容、跟随器、放大器、FSK带通滤波器、解调器的输出端RXD还原逻辑电平“1”与“0”，而解调器的输出端RXD是连接到CPU通讯串口的RXD端，形成主、从机数字通讯，当从机与主机通讯时，从机中的CPU通讯串口的TXD端是与通讯电路中TXD相连，这时从机数字通讯的逻辑电平“1”、“0”经，通讯电路中的调制器、FSK带通滤波器、，放大器、，电容，电流放大器，将调制的FSK信号以电流的形式回传给主机，形成从、主机数字通讯。

2、按照权利要求1所述的网络智能表计量终端的DCPL现场总线，其特征在于：网桥电路中的DCPL现场总线与从机的连接采用两线制接线盒，并通过两线制接线盒分别与若干个网络智能型水表终端、网络智能型煤气表终端和网络智能家庭用户配电终端进行连接，或采用具有DCPL网络接口的IC卡表具终端。

3、按照权利要求1或2所述的网络智能表计量终端的DCPL现场总线，其特征在于，网桥电路中DCPL网络电路为：U1，MSM7512芯片的调制模拟信号输出端AO，经CC1、IC1A、TC1、TC3、TC4、TC5、L1组成的电路，将调制模拟信号进行电压功率放大耦合在DCPL网络上，在DCPL网络供电直流电压上叠加调制模拟电压信号，完成主机、从机的半双工通讯，网络表具终端从机将调制模拟信号以电流放大形式耦合到DCPL网络上，并通过L1、CC4谐振形成电压降，经CC5、IC1B、CC6、RC11、CC7电路放大、滤波输入到U1 MSM7512芯片的调制模拟信号输入端AI，完成从机、主机的半双工通讯，电路中TC2、RC6是电路限流电路，U1 MSM7512芯片的RXD、TXD连接到网桥微处理器CPU的通讯串口端，网络智能表具终从机IC1UST7538BJG电路中的MSM7512芯片的调制模拟信号输出端AOUT，经CV3、TV1晶体管，将调制模拟信号以电流放大形式耦合到DCPL网络上，完成从机、主机的半双工通讯。网桥主机与网络表具终端从机的通讯方式，是将调制模拟电压信号通过DCPL网络在网络智能表具终端从机电路中IC1UST7538BJG由RV6、CV5、TV3、CV6输入到MSM7512芯片的调制模拟信号输入端AIN，完成主机、从机的半双工通讯。

4、按照权利要求3所述的网络智能表计量终端的DCPL现场总线，其特征在于：从机电路中DCPL网络现场总线通讯专用芯片UST7538BJG是通过厚膜电路加工而成，其中厚膜电路中IC1 MSM7512是调制解调芯片、ZL是二极管整流桥、RV1-RV10是电阻、CV1-CV8是电容、DV1-DV4是二极管、TV3是调制信号跟随器、W1是稳压器、TV2是通讯收发控制开关管，组成DCPL通讯网络电路。

5、一种权利要求1所述网络DCPL现场总线的网络预收费网桥：设有微处理芯片CPU、CPU上连接有数据存储芯片、模拟开关、显示驱动电路、光耦合器以及经调制解调芯片连接的通讯芯片，其特征在于：CPU上还连接有射频卡读写模块，网桥主机上有连接从机的DCPL现场总线端口，网桥主机有RS485或CAN总线端口与小区管理计算机进行连接。

6、按照权利要求5所述的网络预收费网桥，其特征在于：与社区内管理计算机进行数据通讯采用的是单片射频收发器nRF903模块，433MHz/868MHz/915MHz ISM频段无线数据通讯与RS485或CAN有线方式进行数据通讯两种模式。

7、按照权利要求5或6所述的网络预收费网桥，其特征在于：所述DCPL网络通讯标准特点为：符合ITU-TV2.3标准，1200bps半双工；符合ITU-TV2.3标准，75bps发送器。