CN203325173U - 智能电表无线通信模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种智能电表无线通信模块，其特征在于：包括主控芯片、与主控芯片连接的外围电路、及为主控芯片和外围电路供电的电源电路；所述外围电路包括看门狗电路、抄表串口电路、数据通信接口电路、天线、维护串口电路、指示灯电路、事件触发电路、RS485抄表控制电路及本地接口电路。本实用新型的有益效果在于：主控芯片采用了联发科的GSM/GPRS手机芯片MT6252的解决方案，该芯片集成了射频、模拟基带、数字基带、数据处理单元以及电源管理单元；整个通信模块所具有的性能能够满足智能电表无线通信模块产品的需求，采用此模块的单芯片解决方案以后，使其省去了由主控芯片组成的核心板，大大减少了整个产品的BOM成本。

Description

智能电表无线通信模块

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及电力系统中的用于无线抄表的智能电表无线通信模块。 

背景技术

智能电网近年来一直快速发展，随着全球范围掀起了智能电网建设，从而带来了对移动数据通信终端的极大量需求。虽然电力市场对移动数据通信终端需求大，但是竞争也越来越激烈。 

如图1所示，目前市场上智能电表无线通信模块多为主控芯片加独立的GPRS通信模块的解决方案。由主控芯片加上RAM和flash组成的核心板，其具有速度快、存储容量大、丰富的外围扩展能力。然而，对于智能电表无线通信模块来说，最多只需要管理8块电能表，过多的资源可能是一种成本的浪费。所以，为降低无线通信模块整体器件成本，提高产品竞争能力和盈利能力，有必要提出一种低成本高可靠性的技术方案。 

发明内容

本实用新型的目的在于，用单芯片方案取代目前市场上的主控芯片加独立GPRS通信模块方案，以降低智能电表无线通信模块的成本。 

上述目的采用以下技术方案实现 

一种智能电表无线通信模块，其特征在于：包括主控芯片、与主控芯片连接的外围电路、及为主控芯片和外围电路供电的电源电路；所述外围电路包括看门狗电路、抄表串口电路、数据通信接口电路、天线、维护串口电路、指示灯电路、事件触发电路、RS485抄表控制电路及本地接口电路。 

作为具体的技术方案，所述主控芯片采用联发科的GSM/GPRS芯片MT6252。 

作为具体的技术方案，所述电源电路包括主电源电路及GPRS电源电路， 主电源电路将基表提供的12V电压通过DC-DC转换成4.8V的模块主电源；GPRS电源电路将模块主电源的4.8V电压通过LDO降压成4V的GPRS供电电压。 

作为具体的技术方案，所述数据通信接口电路包括红外接口电路、SIM卡接口电路及USB接口电路，红外接口电路用于和一手持掌机数据通信。 

作为具体的技术方案，所述指示灯电路包括包括本地指示灯、工作状态指示灯及远程指示灯。 

作为进一步的技术方案，上述智能电表无线通信模块还包括备用电源充电及检测电路，在主控芯片的控制下对备用电源进行充电，同时检测备用电源的电压并提供给主控芯片。 

本实用新型的有益效果在于：主控芯片采用了联发科的GSM/GPRS手机芯片MT6252的解决方案，该芯片集成了射频、模拟基带、数字基带、数据处理单元以及电源管理单元。整个通信模块所具有的性能能够满足智能电表无线通信模块产品的需求，采用此模块的单芯片解决方案以后，使其省去了由主控芯片组成的核心板，大大减少了整个产品的BOM成本。 

本实用新型采用GPRS完成与主站远程数据通信，模块上行通信符合Q／GDW_376.1-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议：主站与采集终端通信协议》，下行通信符合《DL-T645-2007多功能电能表通信规约》和《DL-T645-1997多功能电能表通信规约》。本模块能够完成数据采集、存储、主动上报、数据监控、远程升级等功能。 

附图说明

图1为现有智能电表无线通信模块的主体构成框图。 

图2为本实用新型提供的智能电表无线通信模块的主体构成框图。 

图3为实施例提供的智能电表无线通信模块的硬件电路模块与外界系统关系图。 

图4为实施例提供的智能电表无线通信模块中主控芯片的引脚图。 

图5a为实施例提供的智能电表无线通信模块中主电源电路的原理图。 

图5b为实施例提供的智能电表无线通信模块中GPRS电源电路的原理图。 

图6为实施例提供的智能电表无线通信模块中看门狗电路的原理图。 

图7a为实施例提供的智能电表无线通信模块中抄表串口电路第一部分的原理图。 

图7b为实施例提供的智能电表无线通信模块中抄表串口电路第二部分的原理图。 

图8a为实施例提供的智能电表无线通信模块中红外通讯电路第一部分的原理图。 

图8b为实施例提供的智能电表无线通信模块中红外通讯电路第二部分的原理图。 

图9为实施例提供的智能电表无线通信模块中SIM卡接口电路的原理图。 

图10为实施例提供的智能电表无线通信模块中USB接口电路的原理图。 

图11为实施例提供的智能电表无线通信模块中天线的连接电路图。 

图12为实施例提供的智能电表无线通信模块中维护串口电路的原理图。 

图13a为实施例提供的智能电表无线通信模块中备用电源充电电路的原理图。 

图13b为实施例提供的智能电表无线通信模块中备用电源检测电路的原理图。 

图14a为实施例提供的智能电表无线通信模块中本地指示灯电路的原理图。 

图14b为实施例提供的智能电表无线通信模块中工作状态指示灯电路的原理图。 

图14c为实施例提供的智能电表无线通信模块中远程指示灯电路的原理图。 

图15为实施例提供的智能电表无线通信模块中事件触发电路的原理图。 

图16为实施例提供的智能电表无线通信模块中RS485抄表控制电路的原理图。 

图17为实施例提供的智能电表无线通信模块中本地接口电路的原理图。 

具体实施方式

如图2所示，本实施例提供的智能电表无线通讯模块，包括电源电路、主 控芯片及与主控芯片连接的外围电路。其中，主控芯片采用联发科公司出品的MT6252型芯片；外围电路包括：红外（IR）接口电路、指示灯电路、看门狗电路、维护串口、抄表串口电路、本地接口电路、事件触发电路、RS485抄表控制电路、SIM卡及USB接口电路、备用电源充电及检测电路及天线，结合图3所示。各电路及模块的功能及具体实现方式如下详述： 

主控芯片配合相应的外围电路主要完成以下功能：GPRS数据通信、电表数据采集、数据处理、数据监控、事件主动上报、数据转发、远程升级等功能。如图4所示，本实施例给出了MT6252型芯片具体的引脚图。MT6252型芯片作为主控芯片，其内置32bit的ARM7内核，处理速率可达104MHz，可以保证数据转发、模块通信、数据处理等复杂功能要求；另外内置4MByte SDRAM存储器，及8MByte的SPI Flash；内嵌了实时操作系统、文件系统及完成的TCP/IP协议栈；同时也具有丰富的外围扩展能力，具有PWM、ADC、3路UART、GPIO口等扩展功能。 

电源电路包括主电源电路和GPRS电源电路，电源电路包含了主电源电路及GPRS电源供电电路，主电源电路将基表提供的12V电压通过DC-DC转换成4.8V的模块主电源；GPRS电源电路将模块主电压4.8V通过LDO降压成4V的GPRS供电电压。主电源电路和GPRS电源供电电路的具体实现方式参见图5a及图5b，主电源电路主要由滤波电路、DC-DC转换器、储能电感L2、续流二极管V1、分压电阻R1、R2构成；DC-DC转换器采用TI公司的TPS5420D芯片，R1、R2组成分压式采样电路，C20、C21分别完成电源的滤波及退耦作用。由于该电源需要给射频信号电路供电，要求其纹波干扰较少，稳定性高，故GPRS电源电路采用LDO线性电压转换芯片，例如SPX29302型芯片。 

看门狗电路保证了当程序发生异常时，电路会将智能电表无线通信模块强制复位。如图6所示，是本实施例提供的看门狗电路的具体实现方案，WDT是主控芯片输出的喂狗信号，一般情况下输出为低电平，每隔3～4秒输出一个高电平做为喂狗信号，当程序发生异常时，程序停止输出喂狗信号，74HC4060计数芯片完成4096次计数时，Q13脚输出高电平，V15管导通，RESETB拉低成低电平，整个模块强制复位。由R29、R30、C10组成的振荡电路产生外部基准 频率，供给74HC4060进行计数，其波形周期：T=2.5*R29*C10，计数周期为1.175毫秒，在完成4096次计数时，大约在4～5秒钟以内。 

抄表串口电路用于与基表和外挂表的电路连接，基表采用RS232(TTL)方式抄读，而外挂表采用RS485方式抄读。在基表中包含了RS232(TTL)转RS485电路。抄读基表的波特率一般为9600bps或19200bps，抄读外挂外的波特率一般为1200bps或2400pbs。图7a、图7b是本实施例给出的抄表串口电路图，抄读基表与外挂表采用同一路串口完成。模块的串口输出TXD_M通过V3、V4两次反相后输出TXD_M_TTL连接到基表，TXD_M通过V3、V7两次反相后输出B485_TXD1，B485_TXD1连接到基表中的485电平转换电路，通过基表的485接口抄读外挂表。抄读基表的串口接收通过V9、R11对高电平进行转换，抄读外挂表的串口接收通过V11、R11对高电平进行转换。 

红外接口电路用于手持掌机对模块的数据通信，手持掌机主要完成对智能电表无线通信模块的参数设置与读取。图8a及图8b是一种具体的红外接口电路，PWM38K由主控芯片输出38KHz的PWM信号，IRDA_TXD3为串口输出端。AT138RV3为红外接收头。SIM卡接口电路用于安置SIM卡，图9是实施例提供的SIM卡接口电路图。USB接口电路通过USB数据线与电脑连接，可以完成数据拷贝与查看，图10是本实施例提供的SIM卡及USB接口电路图。 

天线用于无线信号的发送与接收，具体实现方式参见图11，图中RF_ANT接阻抗为50Ω的天线。 

维护串口用于程序的烧录及产品的维护，维护串口支持AT指令集及扩展的AT命令。图12是本实施例给出的一种维护串口接口电路图，该接口电路实现了电压转换。 

备用电源充电及检测电路用于对后备电池的管理。备用电源用于保证在模块突然断电的情况下完成相应的数据处理，同时也避免了文件系统的损坏。图13a、图13b分别是本实施例的备用电源充电及检测电路。当备用电源低于4.2V时，通过主控芯片的ADC检测判断，会将充电控制脚CHARGE输出为高电平，之后V20、V22导通，基表的12V电压经过FLZ7V5C稳压后通过V23对电池进行充电。ADC0为主控芯片的ADC输入端，用于对备用电源的电压检测。 

指示灯电路主要指示智能电表无线通信模块各工作状态，包括本地指示灯、工作状态指示灯及远程指示灯。本地指示灯是串口抄表指示灯，远程指示灯是GPRS状态灯。指示灯电路的具体实现方式参见图14a、图14b、图14c。 

事件触发电路是当基表有事件发生时，通过拉高事件脚通知主控芯片，事件脚触发电路的具体电路图如图15所示。 

RS485抄表控制电路用于对RS485抄表时的半双工控制，RS485数据通信时，只支持半双工方式，具体参见图16。 

本地接口电路是智能电表无线通信模块与基表的电路接口，具体实现方式详见图17。 

本实施例提供的智能电表无线通信模块所具有的性能能够满足智能电表无线通信模块产品的需求，采用此模块的单芯片解决方案以后，使其省去了由主控芯片组成的核心板，大大减少了整个产品的BOM成本。以上实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，例如其中各硬件电路的具体实现方式可以由其它现有的相同功能电路来实现。 

Claims (6)

1.一种智能电表无线通信模块，其特征在于：包括主控芯片、与主控芯片连接的外围电路、及为主控芯片和外围电路供电的电源电路；所述外围电路包括看门狗电路、抄表串口电路、数据通信接口电路、天线、维护串口电路、指示灯电路、事件触发电路、RS485抄表控制电路及本地接口电路。

2.根据权利要求1所述的智能电表无线通信模块，其特征在于：所述主控芯片采用联发科的GSM/GPRS芯片MT6252。

3.根据权利要求1所述的智能电表无线通信模块，其特征在于：所述电源电路包括主电源电路及GPRS电源电路，主电源电路将基表提供的12V电压通过DC-DC转换成4.8V的模块主电源；GPRS电源电路将模块主电源的4.8V电压通过LDO降压成4V的GPRS供电电压。

4.根据权利要求1所述的智能电表无线通信模块，其特征在于：所述数据通信接口电路包括红外接口电路、SIM卡接口电路及USB接口电路，红外接口电路用于和一手持掌机数据通信。

5.根据权利要求1所述的智能电表无线通信模块，其特征在于：所述指示灯电路包括包括本地指示灯、工作状态指示灯及远程指示灯。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的智能电表无线通信模块，其特征在于：还包括备用电源充电及检测电路，在主控芯片的控制下对备用电源进行充电，同时检测备用电源的电压并提供给主控芯片。

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