CN203352584U - 无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线通信系统，包括集中器、网络表、主站和GPRS通信模块，GPRS通信模块通过串口与集中器或网络表连接，该模块通过GPRS网络与主站无线连接。GPRS通信模块，包括天线、基带处理器、应用接口单元、RF功率放大器、收发器、电源管理单元、FLASH存储器和信号屏蔽罩。本实用新型性能可靠，集成度高，自动化程度高，并且极大地降低产品的成本。本实用新型的GPRS通信模块通过外接大容量的FLASH芯片，并将基带处理芯片内部的MCU开放，供用户开发应用程序。本实用新型中的GPRS通信模块既适用于网络表，又可用于集中器，提高了GPRS通信模块的通用性和开放性，模块的硬件和结构无需重复开发。

Description

无线通信系统

技术领域

本实用新型涉及一种通信系统，特别涉及一种无线通信系统。

背景技术

目前，GPRS通信方式被确定为终端上行通信的主流通信方式，在配变终端、专变终端、集中器和网路表等产品上得到了越来越广泛的应用。但是现有用于电力产品的GPRS通信模块价格非常高，带来了很大的成本压力。市场上的GPRS通信模块，基带处理芯片都无法外接FLASH芯片，并且无法将内部的MCU开放给用户使用，在用户设计应用系统的时候，需要外接MCU，并通过AT指令与GPRS通信模块进行交互，开发生产效率不高。此外，现有GPRS模块应用在集中器终端和网络表上的功能和结构不统一，加大了电力部门采购和配置的难度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高集成度且稳定性高的无线通信系统。

本实用新型提供的这种无线通信系统，包括集中器、网络表、主站和GPRS通信模块，GPRS通信模块通过串口与集中器或网络表连接，该模块通过GPRS网络与主站无线连接。

所述GPRS通信模块包括基带处理器、射频电路、应用接口单元、电源管理单元、FLASH存储器和信号屏蔽罩；所述基带处理器带有GPRS功能模块，该处理器通过GPRS网络与所述主站通信连接；基带处理器的GPIO端口与应用接口单元连接，基带处理器的RF端口与射频电路连接，电源管理单元与基带处理器相连，基带处理器的安全管理ESM接口与FLASH存储器连接；信号屏蔽罩安装在所述GPRS通信模块外部，用于减少射频信号对其他电路的影响；基带处理器读取由所述集中器或网络表通过应用接口单元传入的信号，并将此信号通过射频电路发出；外部终端设备通过射频电路将信号传至基带处理器，基带处理器再将该信号通过应用接口单元传送至所述集中器或网络表。

所述射频电路包括收发器、RF功率放大器、滤波器和天线，所述收发器与所述基带处理器的RF端口连接，收发器的输出管脚与RF功率放大器的输入管脚连接，RF功率放大器与天线连接，RF功率放大器与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与收发器连接；收发器将由基带处理器传来的待发出信号传输至RF功率放大器，该放大器通过天线将该信号传至所述主站；主站将控制信号通过所述天线传至RF功率放大器，该放大器将该控制信号传输至滤波器，滤波器将经过滤波处理的控制信号传至收发器，收发器再将该控制信号传输至所述基带处理器。

所述应用接口单元包括UART接口、USB接口、JTAG接口和SIM卡接口。

所述滤波器包括两个单频滤波器和一个双频滤波器。

本实用新型的是开放式通信模块，其电子元器件选用原厂推荐的工业级的器件；其印制板选用高TG材料的6层板，布局和布线都充分考虑EMC性能，同时整个模块添加了金属质地的信号屏蔽罩，减少射频信号对其他电路的影响。硬件设计中大大减少电路中所需外围元器件数量及设计复杂程度，缩短了研发时间。PCB板布局走线更加合理，可靠性更高。本实用新型性能可靠，集成度高，自动化程度高，并且极大地降低GPRS通信模块产品的成本。

本实用新型的GPRS通信模块通过外接大容量的FLASH芯片，并将基带处理芯片内部的MCU开放，供用户开发应用程序。本实用新型中的GPRS通信模块既适用于网络表，又可用于集中器，提高了GPRS通信模块的通用性和开放性，模块的硬件和结构无需重复开发。

直接经济效益，所开发的模块比外购的模块每个节约成本50%。间接经济效益，节约了出问题时与模块厂商沟通和维护的成本。

附图说明

图1是本实用新型的功能框图。

图2是本实用新型GPRS通信模块的原理框图。

图3是本实用新型GPRS通信模块的应用接口单元电路原理图。

图4是本实用新型GPRS通信模块的射频电路收发器的电路图。

图5是本实用新型GPRS通信模块的射频电路滤波器的电路图。

图6是本实用新型GPRS通信模块的射频电路RF功率放大器的电路图。

图7是本实用新型GPRS通信模块的电源管理单元的电路原理图。

图8是本实用新型GPRS通信模块的FLASH存储单元电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括集中器、网络表、主站和GPRS通信模块，GPRS通信模块通过串口与集中器或网络表连接，该模块通过GPRS网络与主站无线连接。

如图2所示，GPRS通信模块包括基带处理器、应用接口单元、射频电路、电源管理单元、FLASH存储器和信号屏蔽罩。

基带处理器带有GPRS功能模块，该处理器通过GPRS网络与主站通信连接；基带处理器的GPIO端口与应用接口单元连接，用于读取UART接口数据、USB接口数据、JTAG接口数据以及SIM卡的信息，同时将由天线接收的射频信号解调后传至该应用接口单元；基带处理器的RF端口与射频电路连接，电源管理单元与基带处理器相连，由其为基带处理器提供电源；基带处理器的安全管理ESM接口与FLASH存储器连接；信号屏蔽罩安装在GPRS通信模块外部，用于减少射频信号对其他电路的影响；基带处理器读取由集中器或网络表通过应用接口单元传入的信号，并将此信号通过射频电路发出；外部终端设备通过射频电路将信号传至基带处理器，基带处理器再将该信号通过应用接口单元传送至集中器或网络表。

本实用新型的基带处理器可采用展讯公司高性能、低成本的基带芯片，其型号为SC6610。其他电子元器件选用原厂推荐的工业级的器件，如电容和电感选用高频性能优越的春田公司的产品，PA选用RDA公司的产品，其型号为RDA6626；晶体选用TXC，SEIKO等公司的产品，FLASH选用WINBOND公司的产品，确保本实用新型的性能稳定。印制板选用高TG材料的6层板，布局和布线都充分考虑EMC性能，同时整个模块添加了金属屏蔽罩，减少射频信号对其他电路的影响。

如图3所示，应用接口单元包括UART接口、USB接口、JTAG接口和SIM卡接口。基带处理器的P11脚、T13脚、T14脚和R13脚与UART1接口相连；P11脚用于接收串口信号U0TXD，T13脚用于发送串口信号U0RXD，T14脚用于接收信号U0CTS，R13脚用于接收信号U0RTS。应用接口单元包括UART接口、USB接口、JTAG接口

基带处理器的U2脚与电源VSIM2相连，同时该管脚还通过电容C6接地；其P3脚通过电阻R42与UART2接口相连，用于发送信号U1TXD；R3脚通过电阻R43与UART2接口相连，用于接收信号U1RXD。

基带处理器的K4脚通过电阻R44与USB接口的正信号端相连，用于传递数据正信号USBDP；基带处理器的L4脚通过电阻R45与USB接口的负信号端相连，用于传递数据负信号USBDM；其L2脚与电源VDDBUS相连，同时该管脚还通过电容C7接地。

基带处理器的U8脚、T8脚、T7脚、R7脚和P7脚与JTAG接口相连；U8脚用于传递模式信号MTMS，T8脚用于传递数据输入信号MTDI，T7脚用于传递时钟输入信号MTCK，R7脚用于传递数据输出信号MTDO，P7脚用于传递复位信号MTRSTN。

本实用新型通过UART接口与集中器或者网络表的基表的相应UART接口连接通信。

射频电路包括收发器、RF功率放大器、滤波器和天线。滤波器可采用两个单频滤波器和一个双频滤波器，或者采用一个双频滤波器。

收发器与基带处理器的RF端口连接，用于接收由基带处理器传出的信号，还可将由天线接收的信号传至基带处理器；收发器的输出管脚与RF功率放大器的输入管脚连接，用于将由基带处理器传出的信号传至RF功率放大器；RF功率放大器与外置天线连接，RF功率放大器与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与收发器连接。

收发器将由基带处理器传来的待发出信号传输至RF功率放大器，该放大器通过天线将该信号传至主站；主站将控制信号通过天线传至RF功率放大器，该放大器将该控制信号传输至滤波器，滤波器将经过滤波处理的控制信号传至收发器，收发器再将该控制信号传输至基带处理器。

基带处理器读取应用接口单元传来的信号，并将此信号通过收发器传至RF功率放大器，由其对信号进行滤波处理后，通过其连接天线将信号发出；外部终端设备通过天线将信号传至RF功率放大器，再传至滤波器，经由滤波器对信号进行滤波去噪后通过收发器将信号传送至基带处理器，基带处理器再将该信号传送至应用接口单元。 

图4、图5和图6为整个射频电路的一种具体实施方式，图4和图5通过A1至A8连接起来，图5和图6通过B1至B5连接起来，由此组成本发明的一种射频电路方案。

如图4、图5、图6所示，本发明的射频电路包括收发器U404、单频滤波器U400、双频滤波器U405、单频滤波器U410和RF功率放大器U1。收发器U404可采用展讯公司的型号为SR528的收发器；单频滤波器U400可采用村田公司的型号为SAFEB881MFL0F00的声表面滤波器；单频滤波器U410可采用村田公司的型号为SAFEB1G96FA0F00的声表面滤波器。 

收发器U404的1脚和3脚均与电源VDDRF相连，电容C420和电容C406接于电源VDDRF与地之间。收发器U404的5脚通过电感L405串联电容C440与RF功率放大器的24脚相连；其6脚通过电感L417串联电容C439与RF功率放大器的23脚相连；电感L405的一端通过电容C426接地，该电感另一端通过电容C425接地；电感L417的一端通过电容C452接地，该电感的另一端通过电容C453接地。

收发器的7脚通过电容C417与单频滤波器U400的3脚相连，其8脚通过电容C416与单频滤波器U400的4脚相连，电感L407接于收发器的7脚和8脚之间；收发器的9脚通过电容C415与双频滤波器U405的9脚相连；其10脚通过电容C414与双频滤波器U405的8脚相连，电感L406接于收发器的9脚和10脚之间；收发器的11脚通过电容C404与双频滤波器U405的7脚相连；其12脚通过电容C405与双频滤波器U405的6脚相连，电感L403接于收发器的12脚和11脚之间；收发器的13脚通过电容C433与单频滤波器U410的3脚相连；其14脚通过电容C4032与单频滤波器U410的4脚相连，电感L402接于收发器的13脚和14脚之间。

收发器的15脚与基带处理器的C7脚相连，用于传递信号RF/TXQN；其16脚与基带处理器的D7脚相连，用于传递信号RF/TXQP；其17脚与基带处理器的D6脚相连，用于传递信号RF/TXIP；其18脚与基带处理器的D5脚相连，用于传递信号RF/TXIN；其19脚通过电感L400与电源VDDRF相连，同时该管脚还通过电容C418接地，电容C407与电容C418并联相接；收发器的20脚与电源VDDRF相连，电源VDDRF通过电容C421接地；其21脚与基带处理器的C12脚相连，用于传递使能信号RFSEN；其22脚与基带处理器的B12脚相连，用于传递时钟信号RFSCK；其23脚与基带处理器的C11脚相连，用于传递数据信号RFSDA；其24脚与电源VDDRF相连；其25脚与晶振X1的3脚相连；其26脚与晶振G1的1脚相连；晶振X1的2脚和4脚均接地；收发器的27脚通过电阻R402串联电容C460接地，该管脚还通过电容C402串联电阻R100与基带处理器的A8脚相连，用于传递时钟信号CLK_26M；其29脚接地。

单频滤波器U410的1脚通过电容C424串联电容C13与RF功率放大器U1的5脚相连；其2脚和5脚均接地。

双频滤波器U405的4脚通过电容C410串联电容C17与RF功率放大器U1的6脚相连，该管脚还串联电容C18与RF功率放大器U1的6脚相连；其1脚通过电容C411串联C10与RF功率放大器U1的7脚相连；其2脚、3脚、5脚和10脚均接地。

单频滤波器U400的1脚通过电容C412串联电容C8与RF功率放大器U1的8脚相连；其1脚还通过电容C412串联电感L456接地；其2脚和5脚均接地。

RF功率放大器U1的13脚与电源VBAT连接，其14脚与电源VBAT连接，电源VBAT通过稳压二极管D201接地，电容C445接于电源VBAT与地之间，电容C441接于电源VBAT与地之间，电容C446接于电源VBAT与地之间。

RF功率放大器U1的19脚通过电阻R401与基带处理器的B7脚连接，用于传递射频放大信号RF_RAMP，该19脚还通过电阻R405接地，电容C435接于该19脚和地之间；其15脚与基带处理器的A14脚连接，用于传递控制信号SW_VC3，电容C447接于该15脚和地之间；其16脚与基带处理器的B14脚连接，用于传递控制信号SW_VC2，电容C443接于该16脚与地之间；其17脚与基带处理器的B13脚连接，用于传递控制信号SW_VC1，电容C422接于该17脚和地之间；其18脚与基带处理器的B7脚连接，用于传递功放使能信号PA_EN，电容C442接于该18脚和地之间。

RF功率放大器U1的9脚通过电感L452串联电感L410与测试端MHC1连接，该测试端MHC1通过电阻R6与天线ANT连接。在电感L452和电感L410之间连接电容C419，该电容C419的另一端接地；在电感L410和测试端MHC1之间连接电容C16，该电容C16的另一端接地。电阻R6在频率校准后，拖锡将其短路。

RF功率放大器U1的20脚和22脚连接后通过电容C4接地。RF功率放大器U1的1脚、2脚、3脚、4脚、10脚、11脚、12脚、25脚、27脚、29脚、30脚、31脚、32脚和33脚均接地。

如图7所示，电源管理单元负责给基带处理器供电。基带处理器的B1脚与电源VBAT相连；瞬态放电管V2、电容C12和电容C13三者并联后接于该B1脚和地之间；基带处理器的D1脚与电源AVDDB0相连，同时该管脚还通过电容C15接地；其G2脚和H1脚接地；其L1脚、B2脚、A10脚、B10脚、C9脚、G10脚和T1脚均与电源VBAT相连；其B6脚与电源AVDDBB相连，同时该管脚还通过电容C14接地；其A7脚接地；其N1脚与电源VDDRF相连，同时该管脚还通过电容C18接地；其A2脚与电源VDDCAMA相连，同时该管脚还通过电容C20接地；其K3脚通过电阻R47与电源VCHG相连，同时该管脚还通过电阻R47串联电容C22接地；静电管D2与电容C22并联；基带处理器的U4脚、D10脚和D11脚均与电源VMEM相连，这三个管脚还分别通过电容C16接地；其C8脚、D8脚、G9脚、L7脚、P6脚和R6脚均与电源VDDCORE相连，此六个管脚还分别通过电容C17接地；其T3脚与电源VDDIO1V8相连，该管脚还通过电容C19接地；其B9脚与电源VDDIO3V0相连，该管脚还通过电容C21接地；其H10脚和M4脚均与电源VDDIO3V0相连；其L10脚通过电阻R48与电源VDDIO1V8相连，该管脚还通过电阻R49与电源VDDIO3V0相连，该管脚还与电源VMEM_SPI相连；其H7脚、H8脚、H9脚、J7脚、J8脚、J9脚、K7脚、K8脚、K9脚、K10脚、B11脚、D12脚、J10脚、N3脚均接地。

如图8所示，FLASH存储单元包括FLASH存储器。该存储器的1脚与基带处理器的N16脚相连，用于传递片选信号QPI_CSN；其2脚与基带处理器的N17脚相连，用于输出数据信号QPI_IO1；其3脚与基带处理器的M15脚相连，用于输出信号QPI_IO2；其5脚与基带处理器的M16脚相连，用于输入数据信号QPI_IO0；其6脚与基带处理器的L15脚相连，用于输入时钟信号QPI_CLK；其7脚与基带处理器的L16脚相连，用于传递保持信号QPI_IO3；其8脚与电源VMEM_SPI相连，该管脚还通过电容C50接地；其4脚和9脚接地。

工作时，集中器、网络表及大用户终端等产品上的电量数据及其它有用信息，通过UART接口发给本实用新型，本实用新型通过基带处理器的D/A变换、信源编码、信道编码等一系列处理，把有用信息通过天线发送出去，主站服务器通过中国移动或中国联通的GPRS无线专网，获得所需信息。

本实用新型通过外接大容量的FLASH芯片，并将基带处理芯片内部的MCU开放，供用户开放应用程序。

借助基带处理器芯片上使用的操作系统、部分底层驱动源代码，在软件开发上，我们按照GPRS数据传输的需求，部分精简操作系统，并在原厂提供的底层源代码或库的基础上，开发了适合集中器和网络表等终端使用的通用GPRS通信模块以及单芯片网路表采集模块。也就是说，对于GPRS通信模块在网络表上的应用开发了传统网络表双MCU上的全部功能；而该模块在集中器上的应用本实用新型开发了相应的底层驱动层和AT命令集。具体应用时，本实用新型的GPRS通信模块可通用，只需安装不同的软件即可实现GPRS通信模块在不同终端设备上功能的替换，而无需改动硬件及结构。

Claims (4)

1.一种无线通信系统，包括集中器/网络表和主站，其特征在于，还包括GPRS通信模块，GPRS通信模块通过串口与集中器/网络表连接，该模块通过GPRS网络与主站无线连接；所述GPRS通信模块包括基带处理器、射频电路、应用接口单元、电源管理单元、FLASH存储器和信号屏蔽罩；所述基带处理器带有GPRS功能模块，该处理器通过GPRS网络与所述主站通信连接；基带处理器的GPIO端口与应用接口单元连接，基带处理器的RF端口与射频电路连接，电源管理单元与基带处理器相连，基带处理器的安全管理ESM接口与FLASH存储器连接；信号屏蔽罩安装在所述GPRS通信模块外部，用于减少射频信号对其他电路的影响；基带处理器读取由所述集中器/网络表通过应用接口单元传入的信号，并将此信号通过射频电路发出；外部终端设备通过射频电路将信号传至基带处理器，基带处理器再将该信号通过应用接口单元传送至所述集中器/网络表。

2.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述射频电路包括收发器、RF功率放大器、滤波器和天线，所述收发器与所述基带处理器的RF端口连接，收发器的输出管脚与RF功率放大器的输入管脚连接，RF功率放大器与天线连接，RF功率放大器与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与收发器连接；收发器将由基带处理器传来的待发出信号传输至RF功率放大器，该放大器通过天线将该信号传至所述主站；主站将控制信号通过所述天线传至RF功率放大器，该放大器将该控制信号传输至滤波器，滤波器将经过滤波处理的控制信号传至收发器，收发器再将该控制信号传输至所述基带处理器。

3.根据权利要求1所述的无线通信系统，其特征在于，所述应用接口单元包括UART接口、USB接口、JTAG接口和SIM卡接口。

4.根据权利要求2所述的无线通信系统，其特征在于，所述滤波器包括两个单频滤波器和一个双频滤波器。

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