CN204087195U - 电能表通信模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电能表通信模块，包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU和虚拟令牌接口；PC机通过USB数据线与模块MCU连接；PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接；PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接；模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据；模块MCU经由虚拟令牌接口通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU读取电能表内卡数据；模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接。本实用新型采用USB线实现供电和通信，简化线路，降低成本；采用虚拟令牌接口可直读电能表的内卡数据，确保了电能表数据读取的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通信模块，特别涉及一种电能表通信模块。
背景技术
当电能表损坏以后，获取电能表故障前的事件记录、剩余电量、负荷曲线数据是电力公司调查电能表故障原因和与用户间费用结算的重要依据。现有技术是通过仿真器连接电能表MCU去观察内卡数据，这个过程是极其困难、复杂的，而且MCU仿真仅存在于电能表开发阶段，电力公司是没有这种设备的。更令人头疼的是，如果电能表MCU也无法工作，获取电能表内卡数据将成为无法完成的任务。这使得电力公司获取以上数据的过程变得极其困难。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在电能表没有接入到自身常规供电电源或用户接口损坏或电能表本身故障的情况下，能抄读电能表记录数据的电能表通信模块。
本实用新型提供的这种电能表通信模块，该模块包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU、虚拟令牌接口和用于连接电能表的232转笔型接口通信线；PC机通过USB数据线与模块MCU连接，用于给该模块MCU供电；PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接，用于给电能表MCU供电；PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接，用于给该内卡供电；模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据；模块MCU经由虚拟令牌接口并通过用于连接电能表的232转笔型接口通信线，再通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU读取电能表内卡数据；模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接，用于传递获取的电能表内卡数据。
所述虚拟令牌接口包括数据连接管脚SDA、时钟信号连接管脚SCL、串口发送数据管脚TX、串口接收数据管脚RX、高电源VH管脚、电源VCC管脚和接地管脚GND。
所述DC/DC升压电路包括DC/DC芯片U1和USB接口；USB接口的1脚和4脚从所述PC机获取电源；该芯片U1的8脚通过电阻R5经由电阻R4与USB接口的1脚连接，该8脚还通过电阻R5经由电感L2与该芯片U1的1脚连接，该芯片U1的7脚通过电阻R4与USB接口的1脚连接，其6脚与USB接口的1脚连接，其5脚通过电阻R2A接地，该5脚还通过电阻R1A与电源VH连接，电源VH、电阻R1A和电阻R2A构成电压反馈网络，以维持电源VH的稳定；该芯片U1的1脚与二极管D1的阳极连接，该二极管D1的阴极与电源VH连接，二极管D1用于防止电源VH倒灌入电源VCC；该芯片U1的3脚通过电容C2接地，其2脚和4脚接地；USB接口的1脚通过瞬变电压抑制二极管TVS1与该USB接口的4脚连接，该接口的4脚接地；二极管D1的阴极通过电容C3接地，电源VH与极性电容C9的阳极连接，该电容C9的阴极接地。
所述DC/DC芯片U1采用型号为MC33063的芯片。
所述USB转串口转换电路包括转换芯片U2和USB接口；USB接口的2脚和3脚接口为通信口；该芯片U2的4脚与USB接口的3脚连接，其5脚与USB接口的2脚连接；其8脚与USB接口的1脚连接，该8脚通过电感L1与电源VCC连接，该8脚通过电容C5接地，该芯片U2的3脚通过电容C6与其7脚连接，该3脚通过电容C7与其7脚连接，该3脚通过电容C8与其6脚连接，该芯片U2的6脚通过电阻R3与其9脚连接，其7脚通过电感L1与电源VCC连接，其11脚通过电阻R17接地，其26脚与所述模块MCU的串口发送数据管脚TXD连接，其25脚与所述模块MCU的串口接收数据管脚RXD连接。
所述转换芯片U2采用型号为CP2012的芯片。
本实用新型采用单根USB线实现供电和通信，简化线路，降低成本；采用虚拟令牌接口可直读电能表的内卡数据；采用通用的USB接口实现对电能表内卡或电能表逻辑电源的供电，实用性强、接口简单；即便在电能表AC电源处理电路全部损坏的情况下，仍可借助本实用新型直接读写电能表内卡数据，确保了电能表数据读取的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图。
图2是本实用新型的DC/DC升压电路图。
图3是本实用新型的USB转串口转换电路图。
图4是本实用新型的模块MCU到电能表的接口电路图。
图5是本实用新型的虚拟令牌接口VTC示意图。
具体实施方式
虚拟令牌接口（VTC：Virtual Token interface）是当电能表没有接入到自身常规供电电源或者用户接口损坏或者电能表本身故障的情况下，电能表本身应该具备这样一个接口，该接口可以使用户获取电能表内卡记录数据。VTC通信功能是电能表发生故障后电力公司获取电能表运行数据的重要途径。
如图1所示，本实用新型包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU、虚拟令牌接口和用于连接电能表的232转笔型接口通信线。PC机通过USB数据线与模块MCU连接，用于给该模块MCU供电。PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接，用于给电能表MCU供电。PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接，用于给该内卡供电。模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据。模块MCU通过虚拟令牌接口经由用于连接电能表的232转笔型接口通信线再通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU直接读取电能表内卡数据。模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接，用于传递获取的电能表内卡数据。
模块MCU还分别与本实用新型的内卡、LED指示灯以及按键电路连接。
本实用新型与PC机之间通过USB线连接，USB线为本实用新型提供数据通信通道与电源。本实用新型与电能表之间通过232线转换为标准VTC接口连接。模块与电能表之间的通信包含2种通信模式。一种是信道1与供电1组合，模块通过电能表MCU抄读电能表内卡。另一种是信道2与供电2组合，模块直接抄读电能表内卡。
如图2所示，DC/DC升压电路包括DC/DC芯片U1和USB1接口。USB1接口的1脚和4脚从所述PC机获取电源；该芯片U1的8脚通过电阻R5经由电阻R4与USB1接口的1脚连接，该8脚还通过电阻R5经由电感L2与该芯片U1的1脚连接，该芯片U1的7脚通过电阻R4与USB1接口的1脚连接，其6脚与USB1接口的1脚连接，其5脚通过电阻R2A接地，该5脚还通过电阻R1A与电源VH连接，电源VH、电阻R1A和电阻R2A构成电压反馈网络，以维持电源VH的稳定；该芯片U1的1脚与二极管D1的阳极连接，该二极管D1的阴极与电源VH连接，二极管D1用于防止电源VH倒灌入电源VCC；该芯片U1的3脚通过电容C2接地，其2脚和4脚接地；USB1接口的1脚通过瞬变电压抑制二极管TVS1与该USB1接口的4脚连接，该瞬变电压抑制二极管用于确保热插拔时本实用新型不会被损坏；该接口的4脚接地；二极管D1的阴极通过电容C3接地，电源VH与极性电容C9的阳极连接，该电容C9的阴极接地。
DC/DC芯片U1可采用型号为MC33063的芯片。
USB1接口的1脚和4脚从PC机获取的VCC电源经DC/DC芯片U1升压至电源VH。V电源CC为图1所示的供电2。电源VH为图1所示的供电1。
如图3所示，USB转串口转换电路包括转换芯片U2和USB接口。USB1接口的2脚和3脚接口为通信口；该芯片U2的4脚与USB1接口的3脚连接，其5脚与USB1接口的2脚连接；其8脚与USB1接口的1脚连接，该8脚通过电感L1与电源VCC连接，该8脚通过电容C5接地，该芯片U2的3脚通过电容C6与其7脚连接，该3脚通过电容C7与其7脚连接，该3脚通过电容C8与其6脚连接，该芯片U2的6脚通过电阻R3与其9脚连接，其7脚通过电感L1与电源VCC连接，其11脚通过电阻R17接地，其26脚与所述模块MCU的串口发送数据管脚TXD连接，其25脚与所述模块MCU的串口接收数据管脚RXD连接。
转换芯片U2可采用型号为CP2012的转换芯片。
USB1接口的2脚和3脚为通信口，此接口信号经芯片U2转换为串口信号TXD、RXD供模块MCU使用。
如图4所示，本实用新型的模块MCU到电能表的接口电路包括模块MCU（图中U4）和虚拟令牌接口VTC。模块MCU的5脚与虚拟令牌接口VTC的7脚连接，用于传递电源VCC，该管脚还通过电容C15接地，该5脚还通过电阻R9串联电容C14接地；其6脚与模式信号管脚MODE连接；其9脚通过电容C14接地；其10脚与晶振输出信号XOUT连接，该管脚还通过电容C17接地；其12脚与晶振输入信号XIN连接，该管脚还通过电容C24接地；其13脚与虚拟令牌接口VTC的7脚连接，用于传递电源VCC，该管脚还通过电容C25接地；其16脚与虚拟令牌接口VTC的8脚连接，用于传递时钟信号SCL；其17脚与虚拟令牌接口VTC的1脚连接，用于传递数据信号SDA；其19脚与虚拟令牌接口VTC的3脚连接，用于传递串口发送数据信号TXD；其20脚与虚拟令牌接口VTC的2脚连接，用于传递串口接收数据信号RXD；其4脚、11脚均接地。电阻R11接于模块MCU的10脚和12脚之间。晶振X1也接于模块MCU的10脚和12脚之间。电容C26与电容C25并联相接。
模块MCU可采用型号为R4F2L38ABDFP的MCU芯片。虚拟令牌接口VTC是本实用新型与电能表的连接接口。
模块MCU的电源可由PC机电源经USB1接口直接获得。模块MCU主频由晶振X1提供；本实用新型的复位信号由电阻R9、电容C14所在阻容复位获得。当USB1接口接入PC机时，本实用新型上电复位；当USB1接口脱离PC机时，本实用新型掉电关机。
结合图1至图4，本实用新型与电能表之间通信包含如下两种方式。
方式一：供电1所在的电源VH为电能表逻辑单元供电，使电能表MCU工作。模块MCU通过串口TX、RX经虚拟令牌接口VTC与电能表MCU连接，通过该MCU读写电能表内卡的数据。
方式二：供电2所在的电源VCC为电能表内卡供电，模块MCU通过I2C总线的时钟管脚SCL、数据管脚SDA经虚拟令牌接口VTC通过用于连接表计的232转笔型接口通信线与电能表内卡直接连接，越过电能表MCU直接读写电能表内卡数据。
如图5所示，本实用新型的虚拟令牌接口的虚拟令牌接口的1脚为I2C总线数据管脚SDA，其2脚为串口接收数据管脚RX，其3脚为串口发送数据管脚TX，其5脚为接地管脚GND，其6脚为其8脚为I2C总线时钟管脚SCL。
虚拟令牌接口对接口的形状、尺寸、间距、定位孔有着详细的要求。为配合该接口，本实用新型的虚拟令牌接口端采用“笔”状形式的探棒，在末端配备了与该虚拟令牌接口的排布形式一致的环形布置的金属探头组。
一个RS232转VTC接口线以及一个硬件模块。使用时仅需将USB线连接至电脑，RS232转VTC接口线对接至图5所示电能表标准接口。打开上位机软件即可方便完成对电能表内卡数据的操作。
借助本实用新型可将电能表与PC机连接起来，通过电能表IEC61107标准通信协议编写上位机软件，完成电脑、本实用新型、电能表这个链路。即便在电能表AC电源处理电路全部损坏的情况下，电力公司、表厂借助本实用新型直接读写电能表内卡数据，填补了电能表维护流程中的一块空白。
本实用新型实现了模块化、多工作模式VTC通信平台，完全满足电力公司在电能表没有介入到自身常规供电电源或者用户接口损坏或电能表本身故障的情况下，对电能表内卡记录数据抄读的要求。电能表内卡中所包含事件记录、剩余电量、负荷曲线等数据可以支撑电力公司分析电能表故障原因以及保证用户更换电能表后剩余电量的延续性。
本实用新型在更换DC/DC升压芯片或更换MCU以及驱动程序的情况下，同样可实现电能表损坏后抄读内卡数据的功能。
Claims (6)
1.一种电能表通信模块，其特征在于，该模块包括DC/DC升压电路、USB转串口转换电路、模块MCU、虚拟令牌接口和用于连接电能表的232转笔型接口通信线；PC机通过USB数据线与模块MCU连接，用于给该模块MCU供电；PC机通过USB数据线经由DC/DC升压电路与电能表连接，用于给电能表MCU供电；PC机经由虚拟令牌接口与电能表内卡连接，用于给该内卡供电；模块MCU通过UART端口与电能表MCU连接，模块MCU通过电能表MCU获取电能表内卡数据；模块MCU经由虚拟令牌接口并通过用于连接电能表的232转笔型接口通信线，再通过I2C总线与电能表内卡连接，模块MCU读取电能表内卡数据；模块MCU通过USB转串口电路与PC机连接，用于传递获取的电能表内卡数据。
2.根据权利要求1所述的电能表通信模块，其特征在于，所述虚拟令牌接口包括数据连接管脚SDA、时钟信号连接管脚SCL、串口发送数据管脚TX、串口接收数据管脚RX、高电源VH管脚、电源VCC管脚和接地管脚GND。
3.根据权利要求1所述的电能表通信模块，其特征在于，所述DC/DC升压电路包括DC/DC芯片U1和USB接口；USB接口的1脚和4脚从所述PC机获取电源；该芯片U1的8脚通过电阻R5经由电阻R4与USB接口的1脚连接，该8脚还通过电阻R5经由电感L2与该芯片U1的1脚连接，该芯片U1的7脚通过电阻R4与USB接口的1脚连接，其6脚与USB接口的1脚连接，其5脚通过电阻R2A接地，该5脚还通过电阻R1A与电源VH连接，电源VH、电阻R1A和电阻R2A构成电压反馈网络，以维持电源VH的稳定；该芯片U1的1脚与二极管D1的阳极连接，该二极管D1的阴极与电源VH连接，二极管D1用于防止电源VH倒灌入电源VCC；该芯片U1的3脚通过电容C2接地，其2脚和4脚接地；USB接口的1脚通过瞬变电压抑制二极管TVS1与该USB接口的4脚连接，该接口的4脚接地；二极管D1的阴极通过电容C3接地，电源VH与极性电容C9的阳极连接，该电容C9的阴极接地。
4.根据权利要求3所述的电能表通信模块，其特征在于，所述DC/DC芯片U1采用型号为MC33063的芯片。
5.根据权利要求1所述的电能表通信模块，其特征在于，所述USB转串口转换电路包括转换芯片U2和USB接口；USB接口的2脚和3脚接口为通信口；该芯片U2的4脚与USB接口的3脚连接，其5脚与USB接口的2脚连接；其8脚与USB接口的1脚连接，该8脚通过电感L1与电源VCC连接，该8脚通过电容C5接地，该芯片U2的3脚通过电容C6与其7脚连接，该3脚通过电容C7与其7脚连接，该3脚通过电容C8与其6脚连接，该芯片U2的6脚通过电阻R3与其9脚连接，其7脚通过电感L1与电源VCC连接，其11脚通过电阻R17接地，其26脚与所述模块MCU的串口发送数据管脚TXD连接，其25脚与所述模块MCU的串口接收数据管脚RXD连接。
6.根据权利要求5所述的电能表通信模块，其特征在于，所述转换芯片U2采用型号为CP2012的芯片。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115119079A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-09-27 | 湖南威铭能源科技有限公司 | 一种水表更换系统及方法 |
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2014
- 2014-09-29 CN CN201420565710.4U patent/CN204087195U/zh active Active
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