CN205959405U - 一种新型集中器 - Google Patents

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王�锋
李靓
汤可
潘念龙
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本实用新型公开了一种新型集中器,包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块、SIM卡模块和通信&控制模块;电源模块给集中器供电,RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接;通信&控制模块由通信芯片和存储器构成,用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。本实用新型提供的这种新型集中器,采用单芯片的解决方案实现了简易的集中器功能,省去了多芯片所造成的资源冗余和浪费,有效节约了资源,适用于低端应用场合,而且本实用新型的集中器电路成本低廉,可靠性高。

Description

一种新型集中器
技术领域
本实用新型具体涉及一种新型集中器。
背景技术
目前国家电网和南方电网用电信息采集终端诸如I型集中器和II型集中器等普遍采用的是CPU+上行通信模块方案,其功能模块图如图1所示。此种方案上行通信均采用单独的通信模块,通信模块安装在集中器上且支持热插拔,集中器通过通信模块与主站通信,主要负责与主站之间的链路建立和数据通信。该种用电信息采集终端的解决方案,有着显著的优点:功能齐全,存储容量大(FLASH至少为32MBYTE),数据采集和处理功能强大,能管理电能表数量可达1000多只。
但是,在一些对于管理电能表数量不多,且对上行和下行通信有特殊要求的场合,如某些地区只要求上行通信采用GPRS通信,下行通信只采用RS-485通信的场合,采用目前满足国家电网和南方电网标准的集中器虽然可以满足要求,但由于这种集中器本身标配功能太过强大,大量的硬件和软件资源闲置,造成了极大的浪费;而且,这种集中器本身的成本较高,用在该类简单要求的场合,无疑给电力系统带来了沉重的成本负担。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于低端应用场合、成本低廉且可靠性高的新型集中器。
本实用新型提供的这种新型集中器,包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块和SIM卡模块,还包括通信&控制模块;电源模块给集中器供电,RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接;通信&控制模块由通信芯片和存储器构成,用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。
所述的新型集中器还包括功能维护模块;功能维护模块与通信&控制模块连接,用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。
所述的功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。
所述的新型集中器还包括实时时钟电路;实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接,用于给通信&控制模块提供实时的时钟。
所述的新型集中器还包括看门狗电路;看门狗电路与通信&控制模块连接,用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块,保证新型集中器的可靠性。
所述的电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
所述的看门狗电路为由型号为74HC4060的计数器、型号为74LVC1G32的或门芯片组成的电路;看门狗电路通过控制电源电路中的由型号为LP38501组成的4V电路的工作或停止,从而控制通信&控制模块的上电与掉电,最终实现通信&控制模块的重启功能。
所述的通信&控制模块包括通信芯片、接口电路、存储器电路、收发器电路、PA+开关和天线电路;接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接,天线电路通过PA+开关连接收发器电路;接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口;存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据;收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送,也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
所述通信芯片的型号为SC6610。
所述的RS485下行通信模块为由光耦、型号为AZR485的通信芯片组成的通信电路。
本实用新型提供的这种新型集中器,采用单芯片的解决方案实现了简易的集中器功能,省去了多芯片所造成的资源冗余和浪费,有效节约了资源,适用于低端应用场合,而且本实用新型的集中器电路成本低廉,可靠性高。
附图说明
图1为背景技术的功能模块图。
图2为本实用新型的功能模块图。
图3为本实用新型的通信&控制模块的功能模块图。
图4为本实用新型的SIM卡电路的电路原理图。
图5为本实用新型的RS485下行通信模块的电路原理图。
图6为本实用新型的功能维护模块中的RS232串口电路的电路原理图。
图7为本实用新型的电源模块的12V电源电路和15V电源电路的电路原理图。
图8为本实用新型的电源模块的5V电源电路的电路原理图。
图9为本实用新型的电源模块的4V电源电路的电路原理图。
图10为本实用新型的电源模块的RS485-5V电源电路的电路原理图。
图11为本实用新型的看门狗电路的电路原理图。
具体实施方式
如图2所示为本实用新型的通信&控制模块的功能模块图:本实用新型提供的这种新型集中器,包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块、SIM卡模块、通信&控制模块、功能维护模块、实时时钟电路和看门狗电路;电源模块给集中器供电,RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接;通信&控制模块由通信芯片和存储器构成,用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理;功能维护模块与通信&控制模块连接,用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接,用于给通信&控制模块提供实时的时钟。看门狗电路与通信&控制模块连接,用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块,保证新型集中器的可靠性。
功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
如图3所示为本实用新型的通信&控制模块的功能模块图:通信&控制模块包括通信芯片(型号为SC6610)、接口电路(包括SIM卡接口、UART口、USB口和JTAG口等)、存储器电路(采用FLASH电路)、收发器电路(收发器芯片的型号为SR528)、PA+开关和天线电路;接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接,天线电路通过PA+开关连接收发器电路;接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口;存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据;收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送,也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
如图4所示为本实用新型的SIM卡电路的电路原理图:图中XS1为SIM卡的卡座,卡座共有6个引脚,1号引脚连接电源SIMVCC,2号引脚为重置引脚,3号引脚为时钟引脚,6号引脚为数据引脚,2号、3号和6号引脚均通过各自的限流电阻与通信芯片连接,同时6号引脚还通过上拉电阻R5与电源SIMVCC连接,4脚为接地引脚。
如图5所示为本实用新型的RS485下行通信模块的电路原理图:RS485下行通信模块主要包括两个光耦(图中标示D4和D7)、一个RS485芯片(图中标示D5,型号为AZR485)、两个TVS管(图中标示V4和V8)、一个固体放电管(图中标示F1)、一个热敏电阻以及若干电阻电容组成;光耦起到与外部RS485电路隔离的作用,RS845芯片用于串口TTL和RS485电平转换,TVS管用于瞬态过压保护,固体放电管和热敏电阻组成误接强电保护电路,可以承受误接380V强电而历时5分钟不损坏。电路的RXD1和TXD1引脚为串口引脚,连接通信芯片;电路的XS2为连接RS485串口的接插件。
如图6所示为本实用新型的功能维护模块中的RS232串口电路的电路原理图:电路主要由二极管(图中标示V27)、RS232接口以及若干电阻电容组成;DTXD和DRXD为数据传输接口,连接通信芯片,同时DRXD引脚通过上拉电阻接电源VDDIO;图中标示的XS5为连接RS232引脚的接插件。
如图7所示为本实用新型的电源模块的12V电源电路和15V电源电路的电路原理图:外部电源通过连接件(图中标示XS4)接入电源电路,然后通过保护器件(图中标示MOV1和RT1)后,通过变压器耦合到变压器副边;变压器的第一副边再次通过桥式整流电路(图中标示REC2)后,输出12V电源(图中标示V12P0);变压器的第二副边通过桥式整流电路(图中标示REC1)后,输出15V电源(图中标示V15P0)。
如图8所示为本实用新型的电源模块的5V电源电路的电路原理图:5V电源由15V电源转换而来;5V电源电路的核心芯片为型号为TPS54331的DC/DC电源管理芯片,芯片的1脚通过电容C13与8脚连接;芯片的2脚为输入引脚,连接15V电源;芯片的3脚通过分压电阻接入高电平,芯片的4脚通过电容C47接地;芯片的5脚为反馈引脚,通过分压电阻(图中标示R29和R31)接入反馈电压,芯片的6脚为补偿引脚,通过电容和电阻接地;芯片的7脚为接地引脚;芯片的8脚为输出引脚,通过滤波电感L1和滤波电容(图中标示C14和C17)接地,同时输出5V电源。
如图9所示为本实用新型的电源模块的4V电源电路的电路原理图:4V电源电路主要给通信芯片供电,采用的电源芯片的型号为LP38501;芯片的1脚为使能引脚,其通过上拉电阻与5V电源连接;同时还连接三极管(图中标示V12)的集电极,三极管的发射极接地,三极管的基极通过线路电阻连接控制信号(图中标示GPRS-CTRL),控制信号由看门狗电路发出;一旦通信芯片停止运行,则看门狗电路发出一路高电平的控制信号,此时三极管导通,电源芯片的1号使能引脚被拉低,芯片停止工作,此时通信芯片掉电,此时看门狗电路同时也掉电,控制信号变为低电平,此时电源芯片的1号引脚被重新拉高,电源芯片开始重新工作,通信芯片重新上电,完成一次通信芯片的复位。电源芯片的2脚为输入引脚,直接连接5V电源;芯片的3脚和6脚接地;5脚为反馈引脚,通过分压电阻(图中标示R35、R67和R36)采样输出电压;芯片的4脚为输出引脚,直接输出4V电源。
如图10所示为本实用新型的电源模块的RS485-5V电源电路的电路原理:RS485电路的5V电源由12V电源提供,通过电源芯片N78L05S0输出电源。
如图11所示为本实用新型的看门狗电路的电路原理图:主要采用74HC4060计数器和74LVC1G32两个门电路以及若干三极管电阻电容设计了一种硬件看门狗电路:所述看门狗电路的工作原理:正常情况下,通信&控制模块输出的喂狗信号WDT不断给74HC4060清零,使计数器3脚Q14的输出GPRS-CTRL控制信号永远无法输出高电平,此时LP38501能正常将V5P0电源转换为V4P0电源;当通信&控制模块出现死机或其他异常,导致不能输出WDT信号,此时74HC4060由于没有清零信号,计数器3脚Q14的输出GPRS-CTRL控制信号会在设定的时间后变为高电平,此时LP3981使能管脚为低电平无效状态,V5P0电源不能转为V4P0。从而通信&控制模块由于掉电而停止工作,等待下次上电重启,这样达到自动恢复模块正常工作的目的。

Claims (10)

1.一种新型集中器,包括RS485下行通信模块、电源模块、天线接口模块和SIM卡模块,其特征在于还包括通信&控制模块;电源模块给集中器供电,RS485下行通信模块、天线接口模块和SIM卡模块均与通信&控制模块连接;通信&控制模块由通信芯片和存储器构成,用于集中器的远程无线数据通信以及集中器内部的数据处理。
2.根据权利要求1所述的新型集中器,其特征在于还包括功能维护模块;功能维护模块与通信&控制模块连接,用于对集中器的进行包括参数设置、参数查询、程序升级、系统交互在内的维护作业。
3.根据权利要求2所述的新型集中器,其特征在于所述的功能维护模块包括RS232串口电路、红外通信电路和USB接口电路。
4.根据权利要求1所述的新型集中器,其特征在于还包括实时时钟电路;实时时钟电路与通信&控制模块通过I2C总线连接,用于给通信&控制模块提供实时的时钟。
5.根据权利要求1所述的新型集中器,其特征在于还包括看门狗电路;看门狗电路与通信&控制模块连接,用于在通信&控制模块工作异常时重启通信&控制模块,保证新型集中器的可靠性。
6.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器,其特征在于所述的电源模块包括12V电源电路、15V电源电路、由型号为TPS54331组成的5V电源电路、由型号为LP38501组成的4V电路和由型号为L78L05组成的RS485-5V电源电路。
7.根据权利要求5所述的新型集中器,其特征在于所述的看门狗电路为由型号为74HC4060的计数器、型号为74LVC1G32的或门芯片组成的电路;看门狗电路通过控制电源电路中的由型号为LP38501组成的4V电路的工作或停止,从而控制通信&控制模块的上电与掉电,最终实现通信&控制模块的重启功能。
8.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器,其特征在于所述的通信&控制模块包括通信芯片、接口电路、存储器电路、收发器电路、PA+开关和天线电路;接口电路、存储器电路和收发器电路均与通信芯片连接,天线电路通过PA+开关连接收发器电路;接口电路用于为通信芯片提供标准通信接口和调试接口;存储器电路用于存储通信芯片的通信数据和运行数据;收发器电路用于将通信芯片的输出数据转换后通过PA+开关和天线电路对外发送,也可用于接收外部发送的数据并进行转换后发送到通信芯片。
9.根据权利要求8所述的新型集中器,其特征在于所述通信芯片的型号为SC6610。
10.根据权利要求1~5之一所述的新型集中器,其特征在于所述的RS485下行通信模块为由光耦、型号为AZR485的通信芯片组成的通信电路。
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