CN204576778U - 蓝牙载波转换通信模块 - Google Patents

Abstract

一种蓝牙载波转换通信模块，包括壳体和位于其内的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括强电接口电路、弱电接口电路、蓝牙通信电路、微处理器控制电路、隔离变压电路、载波信号接收滤波电路、载波信号解调电路、载波信号发送电路；微处理器控制电路把蓝牙信号转换为载波信号送至载波信号发送电路，经隔离变压电路和强电接口电路，送至某智能计量表；电力载波信号经隔离变压电路载波信息接收滤波电路，再送至载波信号解调电路、微处理器控制电路和蓝牙通信电路，由其发送给个人移动通信终端。本实用新型的有益效果是：采用价格低廉、操作方便的蓝牙载波转换通信模块，实现了使用智能手机和平板电脑等移动通信终端和电力载波通信系统的通信。

Description

蓝牙载波转换通信模块

技术领域  本实用新型涉及专门适用于数据信息的传输，特别是涉及用于电力线载波信号采集系统中的智能电表与个人移通信终端建立数据传输的蓝牙载波转换通信模块。

背景技术  电力线载波通信智能抄表系统是将用民用电表用户和工业用电表用户的智能电表通过载波网络汇集到集中器（相当于网关），再由公网GPRS等方式远程传送到后台系统。电力线载波通信技术已运用很多年，在全国各地都有大量应用。电力线载波智能抄表系统的电表在安装、调试时或有故障需要现场调试时，是使用专用的掌上电脑（又称掌机）或便携电脑，、配合专用的载波调试设备，通过所述掌机或便携电脑的USB、RS-232等接口连接到现场智能电表，来测试或抄读的所需要数据和的其它相关信息。所述专用的掌上电脑价格昂贵，而便携电脑体积较大、电池使用时间不长，都不是现场调试、抄表的最佳选择。现时使用时，这些设备必须一直使用电缆连接在电力线上，使用不方便。

发明内容 本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而设计生产一种蓝牙载波转换通信模块，解决现有技术专用掌机等价格昂贵且不方便使用等问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提出的技术方案是，一种蓝牙载波转换通信模块，应用于电力线载波信号采集系统中的智能计量表与个人移动通信终端进行通信，包括壳体和位于其内的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括强电接口电路、弱电接口电路、静电防护电路、蓝牙通信电路、微处理器控制电路、供电电路、隔离变压电路、载波信号接收滤波电路、载波信号解调电路、载波信号发送电路和过零检测电路；所述弱电接口电路将所述蓝牙载波转换通信模块所附着的电力线载波信号采集系统提供的电力送至供电电路，由供电电路分别向其他各电路供以适配的电力；所述静电防护电路跨接在弱电接口电路和微处理器控制电路之间；所述蓝牙通信电路通过串口与微处理器控制电路连接；所述微处理器控制电路发送载波信号至载波信号发送电路，由其再送至隔离变压电路，由隔离变压电路送至强电接口电路，经强电接口通电力线送至某智能计量表；所述强电接口电路接收由智能计量表经电力线送至的电力载波信号，将所述电力载波信号送至隔离变压电路，所述隔离变压电路分离出载波信号，再将所述载波信号发送至载波信息接收滤波电路，再送至载波信号解调电路解调后送至微处理器控制电路；由微处理器控制电路将接收到载波信号转换为蓝牙数据后，再送至蓝牙通信电路，由其发送给个人移动通信终端；所述过零检测电路跨接在强电接口电路和微处理器控制电路之间。

   更佳的是，所述蓝牙通信电路采用双模的BF4030模组U1，所述BF4030模组数据输入输出脚与所述微处理器控制电路连接。

        更佳的是，所述微处理器控制电路的微处理器集成电路U2采用GD32F130，所述微处理器集成电路U2的PA1脚与载波信号解调电路连接；所述微处理器集成电路U2的PA2 和PA3脚与蓝牙通信电路连接；微处理器集成电路U2的PB1脚连接到所述载波信号发送电路；微处理器集成电路U2的PB15脚连接到所述过零检测电路；所述微处理器集成电路U2的PB3～PB5脚和PA9～ PA105与静电防护电路连接。

    更佳的是，所述强电接口电路将电力线上的载波信号送至所述隔离变压电路的由电容C33和电感L5和L6构成的LC滤波电路，滤掉低频信号后，被送至耦合隔离变压器T1的高压侧，从耦合隔离变压器T1的低压侧耦合得到载波信号接入所述载波信号接收滤波电路。

更佳的是，所述载波信号接收滤波电路包括依次连接在一起的LC串联谐振电路、并联谐振电路和二极管限幅电路；由所述隔离变压电路送至的载波信号经LC串联谐振电路和并联谐振电路选频后，被接入二极管限幅电路限幅，再送入所述载波信号解调电路。

所述载波信号解调电路包括低功耗窄带调频集成电路U3、陶瓷滤波器CF3和滤波放大电路；所述陶瓷滤波器CF3输入端接入低功耗窄带调频集成电路U3的MIX_OUT脚，陶瓷滤波器CF3的输出端接入低功耗窄带调频集成电路U3的LIM_IN脚；由电阻R26和鉴频器CF2并联组成鉴频谐振回路与低功耗窄带调频集成电路U3的QUAD脚连接；所述滤波放大电路包括电阻R29、R31、电容C31和C32,所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚通过电阻R28与串联在一起的电阻R29、电容C32和C31连接，电容C31的另一脚接地，低功耗窄带调频集成电路U3的REC_AUD经电阻R31连接在电容C32和C31之间；所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚与所述微处理器控制电路的微处理器集成电路U2连接。

更佳的是，所述载波信号发送电路包括中频变压器V09和三极管放大器Q8和Q10,所述三极管放大器构成的放大电路分别与中频变压器V09的初级和次级线圈联接，由所述微处理器控制电路发送的载波信号送入中周的初级侧，信号经过放大处理后接入所述隔离变压电路的耦合隔离变压器T1，由其发回电力线。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：采用价格低廉、操作方便的蓝牙载波转换通信模块，实现了使用智能手机和平板电脑等移动通信终端和电力载波通信系统的对接，利用通用的智能手机或平板电脑进行来抄表、现场调试表计，并实现了专用“户内显示器（IHD）”的功能。

附图说明   图1 是本实用新型蓝牙载波转换通信模块的所述PCB通信主板优选实施例的逻辑结构示意框图；

图2是所述优选实施例中强电接口电路21的原理电路示意图；

图3是所述优选实施例中弱电接口电路22的原理路电示意图；

图4 是所述优选实施例中微处理器控制电路10的原理电路示意图；

图5 是所述优选实施例中隔离变压电路14的原理电路示意图；

图6是所述优选实施例中载波信号接收电路15的原理电路示意图；

图7是所述优选实施例中载波信号解调电路16原理电路示意图；

图8 是所述优选实施例中载波信号发送电路17的原理电路示意图；

图9 是所述优选实施例中静电防护电路11的原理电路示意图；

图10是所述优选实施例中蓝牙通信电路12的原理电路示意图；

图11是所述优选实施例中供电电路13的原理电路示意图；

图12是所述优选实施例中过零检测电路18的原理电路示意图；

图13是所述优选实施例中工作指示电路19的原理电路示意图；

图14是所述优选实施例的蓝牙载波转换通信模块与移动通信终端和电网中的中智能计量表进行通信的工作示意图。

具体实施方式    下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本实用新型。

参见图1至13，本实用新型之优选实施例是一种蓝牙载波转换通信模块，应用于电力线载波信号采集系统中的智能计量表与个人移动通信终端进行通信，包括壳体和位于其内的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括强电接口电路21、弱电接口电路22、静电防护电路11、蓝牙通信电路12、微处理器控制电路10、供电电路13、隔离变压电路14、载波信号接收滤波电路15、载波信号解调电路16、载波信号发送电路17和过零检测电路18；所述弱电接口电路22将所述蓝牙载波转换通信模块所附着的、电力线载波信号采集系统提供的电力送至供电电路13，由供电电路13分别向其他各电路供以适配的电力；所述静电防护电路11跨接在弱电接口电路22和微处理器控制电路10之间；所述蓝牙通信电路12通过串口与微处理器控制电路10连接；所述微处理器控制电路10发送的载波信号送至载波信号发送电路17，由其再送至隔离变压电路14，由隔离变压电路14送至强电接口电路21，经电力线送至某智能计量表。所述强电接口电路21接收由智能计量表经电力线送至的电力载波信号，将所述电力载波信号送至隔离变压电路14，由该隔离变压电路14分离出载波信号，将载波信号发送至载波信息接收滤波电路15滤波后，送至载波信号解调电路16解调后送至微处理器控制电路10；由微处理器控制电路10将接收到载波信号转换为蓝牙数据后，送至蓝牙通信电路12，经蓝牙通信电路12发送给个人移动通信终端；所述过零检测电路18跨接在强电接口电路21和微处理器控制电路10之间。

参见图2，本例中，强电接口电路21采用插针式连接器VD5与电力线载波信号采集系统中的强电连接。

参见图3和图11，本例中，弱电接口电路22采用插针式连接器VD6将电力线载波信号采集系统中提供12V电压，经过供电电路13中的稳压变压器D2进行稳压，然后输出一个+3.3V。给微处理器控制电路10、蓝牙通信电路12和载波信号解调电路等供电。

参见图4，所述微处理器控制电路10的微处理器集成电路U2采用GD32F130，所述微处理器集成电路U2的PA1脚与载波信号解调电路16连接；所述微处理器集成电路U2的PA2 和PA3脚与蓝牙通信电路12连接；微处理器集成电路U2的PB1脚连接到所述载波信号发送电路17；微处理器集成电路U2的PB15脚连接到所述过零检测电路18；所述微处理器集成电路U2的PB3~PB5脚和PA9~ PA105与静电防护电路11连接。

参见图5，本例中，所述强电接口电路将电力线上的载波信号送至所述隔离变压电路的由电容C33和电感L5和L6构成的LC滤波电路，耦合滤掉低频（包括50Hz的交流电压），被送至耦合隔离变压器T1的高压侧，从耦合隔离变压器T1的低压侧耦合得到载波信号接入所述所述载波信号接收滤波电路，实现载波信号接收。双向瞬态电压抑制器CF7对通频带内的冲击电压进行抑制，抑制电力线上的突发干扰脉冲和瞬间浪涌电压；耦合隔离变压器T1起耦合、传递信号的作用，同时还起隔离作用，使强电与信号电路不共地线，电力线回路与通信单元安全隔离，从而提高信号抗干扰能力。

参见图6，所述载波信号接收滤波电路15包括依次连接在一起的LC串联谐振电路、并联谐振电路和二极管限幅电路，即由所述隔离变压电路14送至的载波信号经电感L2 、电阻R6和电容 C10构成的LC串联谐振电路和并联的由电感L3 、电阻R7和电容 C11构成的谐振电路选频后，被接入由两个LL4148二极管VD1和 VD2构成的限幅电路限幅，再送入所述载波信号解调电路16。

参见图7，所述载波信号解调电路16包括低功耗窄带调频集成电路U3、陶瓷滤波器CF3和滤波放大电路。所述陶瓷滤波器CF3输入端接入低功耗窄带调频集成电路U3的MIX_OUT脚，陶瓷滤波器CF3的输出端接入U3的LIM_IN脚；由电阻R26和鉴频器CF2并联组成鉴频谐振回路与低功耗窄带调频集成电路U3的QUAD脚连接；所述滤波放大电路包括电阻R29、R31、电容C31和C32,所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚通过电阻R28与串联在一起的电阻R29、电容C32和C31连接，电容C31的另一脚接地，低功耗窄带调频集成电路U3的REC_AUD经电阻R31连接在电容C32和C31之间；所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚与所述微处理器控制电路的微处理器集成电路U2连接。本例中低功耗窄带调频集成电路U3的型号为BL3361，其内含振荡电路、混频电路、限幅放大电路和载频检测电路等。在BL3361的内部振荡电路与引脚1和引脚2的外接元件组成第二本振级，考虑到本电路不需给混频电路提供本级振荡信号，因此内部振荡电路未使用。由所述载波信号接收滤波电路15输出的FSK（ Frequency-shift keying）信号从微处理器集成电路U3的MIX_IN脚输入后，直接成为421KHz中频信号,该中频信号由微处理器集成电路U3的MIX_OUT脚输出，经421kHz的陶瓷滤波器CF1选频，再经U3的LIM_IN脚送入U3的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级。微处理器集成电路U3的QUAD脚的外接电阻R26和鉴频器 CF2组成421kHz鉴频谐振回路，放大后的中频信号在内部进行鉴频解调，并经一级电压放大后由REC_AUD脚输出解调后的载频信号到包括电阻R31、R29、电容C31和 C32 的滤波放大电路。该滤波放大电路以微处理器集成电路U3的FILT_IN脚为输入端，FILT_OUT脚为输出端。微处理器集成电路U3R FILT_OUT脚的输出信号送至所述微处理器控制电路10的微处理器集成电路U2进行解调还原处理。至此接收解调电力线载波信号全部完成。参见图2 和图10，经过微处理器集成电路U2处理的信号从12，13脚组成的串口发送至所述蓝牙通信电路12的BF4030蓝牙模组U1的第1,2脚，后由U1经过打包，调制以蓝牙标准的2.4G信号传送至包括Android智能手机或平板电脑的移动通信终端，由该移动通信终端存储并显示，以供用户可以直观显示。

参见图8，移动通信终端发送的数据信号通过蓝牙传输至蓝牙通信电路12的BF4030模组U1，通过BF4030模组的串口（第1,2脚）传输至所述微处理器控制电路10的微处理器集成电路U2，由其将数据信号转换为载波信号，由微处理器集成电路U2的第19脚送至信号载波信号发送电路17。所述载波信号发送电路17包括中频变压器V09和三极管放大器VD10和VD8,所述三极管放大器构成的放大电路分别与中频变压器V09的初级和次级线圈联接，由所述微处理器控制电路10发送的载波信号送入中频变压器V09的初级侧，信号经过放大处理后接入所述隔离变压电路14的耦合隔离变压器T1，由其发回电力线。耦合隔离变压器T1的6、8脚线圈与C34、C35组成并联谐振回路作为载波信号发送电路的负载，与C33、L5及L6组成的串联谐振回路一起滤除谐波分量，最大限度地将信号馈网到电力线上，实现载波信号的发送。

参见图9，本例中，由R17，R18，R19，R20，R21,C18,C19，C20，C21，C22组成静电防护电路11。

参见图12，本例中，由CF0，CF11组成过零检测电路18完成检测工频交流电过零信号并以TTL电平方式输出，要求与电源过零点偏差为0～4%，对于50Hz为过零后0～400us，60Hz为0～167us。过零同步信号与方向无关，过零检测电路在工频交流电过零点处产生的下降沿输出均可作为过零同步信号。

参见图13，还包括LED工作指示电路，所述LED工作指示电路19与微处理器控制电路10连接。采用发光二极管CF5做为电源指示灯，发光二极管CF4为状态指示灯，当不断闪烁时指示有数据从载波正在收发。

本实施例的蓝牙载波转换通信模块的主要技术性能指标：

一、电力线载波：

1)      载波通讯组件速率： 默认， 50\100\600\1200 bps

2)      载波通讯组件收灵敏度： 优于-70dBm（100bps）

3)      载波通讯组件工作频段： 421KHz\390KHz\270KHz，

4)      载波通讯组件信道频率间隔：10KHz—40K  （0电平416KHz 、 1电平425KHz）

5)      微功率无线调制方式： FSK

6)      微功率无线发射功率： 120dBuv，

7)      微功率无线消耗功率： <0.25W

8)      微功率无线发射持续时间： ≤3s—300ms (50-600bps)

9)      供电电压： 5V DC

二、蓝牙：

1）   支持标准：BT3.0+EDR,BT4.0+BLE

2）   接收灵敏度： 优于-91dBm

3）   工作频段：2400MHz – 2480MHz

4）   信道频率间隔：1MHz

5）   天线： PCB板载天线

6）   调制方式：GFSK

7）   发射功率： ≤7dBm

8）   供电电压： +3.3V DC

9）   工作电流： 发送电流≤10mA；静态电流≤1mA

参见图14，运用蓝牙载波转换通信模块可以使用移动通信终端，如智能手机和平板电脑和电力载波通信系统进行通信 ，将移动通信终端的的数据经过蓝牙载波转换通信模块模块后以载波的形式发送至电网中的电表终端，进而进行抄表功能。由于智能手机、平板电脑等移动通信终端在国内外相当普及，几乎人手一台智能手机或平板电脑的情况下，使用安装特定工作模块的移动通信终端，配合本蓝牙载波转换通信模块使用，就能取代专业的测试设备用在智能抄表系统当中，实现抄表、现场调试表计，或者实现了专用“户内显示器（IHD）”的功能，极大的便利性和实用性，且有效地降低使用成本。

Claims (7)

1.一种蓝牙载波转换通信模块，应用于电力线载波信号采集系统中的智能计量表与个人移动通信终端进行通信，其特征在于：

        包括壳体和位于其内的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括强电接口电路、弱电接口电路、静电防护电路、蓝牙通信电路、微处理器控制电路、供电电路、隔离变压电路、载波信号接收滤波电路、载波信号解调电路、载波信号发送电路和过零检测电路；

         所述弱电接口电路将所述蓝牙载波转换通信模块所附着的电力线载波信号采集系统提供的电力送至供电电路，由供电电路分别向其他各电路供以适配的电力；所述静电防护电路跨接在弱电接口电路和微处理器控制电路之间；

所述蓝牙通信电路通过串口与微处理器控制电路连接；

所述微处理器控制电路发送载波信号至载波信号发送电路，由其再送至隔离变压电路，由隔离变压电路送至强电接口电路，经强电接口通电力线送至某智能计量表；

所述强电接口电路接收由智能计量表经电力线送至的电力载波信号，将所述电力载波信号送至隔离变压电路，所述隔离变压电路分离出载波信号，再将所述载波信号发送至载波信息接收滤波电路，再送至载波信号解调电路解调后送至微处理器控制电路；由微处理器控制电路将接收到载波信号转换为蓝牙数据后，再送至蓝牙通信电路，由其发送给个人移动通信终端；

所述过零检测电路跨接在强电接口电路和微处理器控制电路之间。

2.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于：

        所述蓝牙通信电路采用双模的BF4030模组U1，所述BF4030模组数据输入输出脚与所述微处理器控制电路连接。

3.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于：

        所述微处理器控制电路的微处理器集成电路U2采用GD32F130，所述微处理器集成电路U2的PA1脚与载波信号解调电路连接；所述微处理器集成电路U2的PA2 和PA3脚与蓝牙通信电路连接；微处理器集成电路U2的PB1脚连接到所述载波信号发送电路；微处理器集成电路U2的PB15脚连接到所述过零检测电路；所述微处理器集成电路U2的PB3～PB5脚和PA9～ PA105与静电防护电路连接。

4.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于：

    所述强电接口电路将电力线上的载波信号送至所述隔离变压电路的由电容C33和电感L5和L6构成的LC滤波电路，滤掉低频信号后，被送至耦合隔离变压器T1的高压侧，从耦合隔离变压器T1的低压侧耦合得到载波信号接入所述载波信号接收滤波电路。

5.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于

所述载波信号接收滤波电路包括依次连接在一起的LC串联谐振电路、并联谐振电路和二极管限幅电路；由所述隔离变压电路送至的载波信号经LC串联谐振电路和并联谐振电路选频后，被接入二极管限幅电路限幅，再送入所述载波信号解调电路。

6.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于：

所述载波信号解调电路包括低功耗窄带调频集成电路U3、陶瓷滤波器CF3和滤波放大电路；所述陶瓷滤波器CF3输入端接入低功耗窄带调频集成电路U3的MIX_OUT脚，陶瓷滤波器CF3的输出端接入低功耗窄带调频集成电路U3的LIM_IN脚；由电阻R26和鉴频器CF2并联组成鉴频谐振回路与低功耗窄带调频集成电路U3的QUAD脚连接；所述滤波放大电路包括电阻R29、R31、电容C31和C32,所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚通过电阻R28与串联在一起的电阻R29、电容C32和C31连接，电容C31的另一脚接地，低功耗窄带调频集成电路U3的REC_AUD经电阻R31连接在电容C32和C31之间；所述低功耗窄带调频集成电路U3的FILT_OUT脚与所述微处理器控制电路的微处理器集成电路U2连接。

7.按照权利要求1所述的蓝牙载波转换通信模块，其特征在于：

所述载波信号发送电路包括中频变压器V09和三极管放大器Q8和Q10，所述三极管放大器构成的放大电路分别与中频变压器V09的初级和次级线圈联接，由所述微处理器控制电路发送的载波信号送入中频变压器V09的初级侧，信号经过放大处理后接入所述隔离变压电路的耦合隔离变压器T1，由其发回电力线。