CN206294353U

CN206294353U - 宽带无线双模通信模块

Info

Publication number: CN206294353U
Application number: CN201621383881.0U
Authority: CN
Inventors: 李宏文; 宋智龙; 向铭
Original assignee: ZHUHAI ZHONGHUI MICROELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: ZHUHAI ZHONGHUI MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2017-06-30
Anticipated expiration: 2026-12-16

Abstract

宽带无线双模通信模块，包括：MCU，所述MCU与基表或上位机相连；与所述MCU相连的射频单元，射频单元包括射频芯片、与射频芯片连接的射频晶振和射频信号收发电路；与所述MCU相连的宽带载波单元，宽带载波单元包括宽带芯片、与宽带芯片连接的宽带晶振和宽带信号收发电路；为所述MCU、射频单元、宽带载波单元供电的电源模块。本实用新型利用微功率无线通信技术和电力线宽带载波技术，根据接收信号自动选择宽带载波或者微功率无线的通信方式，以适应现场的复杂的环境因素，规避干扰、整合优势、保证产品通信的可靠性。

Description

宽带无线双模通信模块

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，具体涉及一种通用的宽带无线双模模块。

背景技术

当前，世界范围内各主要公用事业公司，尤其是供电公司在构建新一代AMI系统时，都会考虑将微功率无线网状网络和宽带电力线载波网络及其完整解决方案作为选项之一，以克服现有通信技术固有的一些不足。虽然当前的窄带电力线(PLC)可以满足基本的抄表要求，但如果想用窄带载波更多、更快、更准确的传输数据来实现智能家电的话不太现实，因为窄带载波通信的数据传输速度慢，成功率也不高。与此同时，随着我国房地产的快速发展，各地物业管理企业对小区的多种表计(水、电、气、冷、热)的自动抄表系统产品需求也在迅速增加。

随着计算机技术、现代信号处理技术以及微电子技术不断发展，射频技术及宽带载波技术瓶颈得以突破，微功率无线通信和宽带电力线载波通信技术得到了飞速的发展。但是，早期的微功率无线通信模块都是基于点对点通信模型进行设置，存在程序区和RAM区空间偏少，无法实现整个PAN子网自动组网、网络管理、链路自诊断和自恢复、低功耗管理，以及对应用数据的存储分析等功能，如果需要实现更复杂的网络路由算法功能时，往往需要数据采集系统(即更高层应用)介入通信管理，直接影响了该技术在各领域中的推广和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种宽带无线双模通信模块，利用微功率无线通信技术和电力线宽带载波技术，解决微功率无线通信单元硬件资源瓶颈的问题，实现通信单元与数据采集系统相分离，便于组网。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

宽带无线双模通信模块，包括：MCU，所述MCU与基表或上位机相连；与所述MCU相连的射频单元，射频单元包括射频芯片、与射频芯片连接的射频晶振和射频信号收发电路；与所述MCU相连的宽带载波单元，宽带载波单元包括宽带芯片、与宽带芯片连接的宽带晶振和宽带信号收发电路；为所述MCU、射频单元、宽带载波单元供电的电源模块。

更具体的，所述MCU和射频单元设置在同一块电路板上并封装，宽带载波单元为独立模块，以插针插排的方式通过电路板与所述MCU、射频单元电连接。

更具体的，所述MCU采用瑞萨公司的R7F0C902型芯片，通过SPI接口和射频芯片相连，通过UART接口与宽带载波芯片相连。

更具体的，所述MCU的PTE1引脚和PTE2引脚为维护用的升级接口；PTE30引脚和PTE31引脚为与外部集中器通讯用的UART接口；PTA17、PTA24、PTA12、PTEA11、PTA16、PTA51、PTA50引脚分别作为射频芯片的SCS信号、SCK信号、MOSI信号、MISO信号、nIRQ信号、SDN信号及GPIO信号的接口；PTA13、PTA14、PTA15引脚分别作为宽带芯片的RX信号、TX信号、RST信号的接口。

更具体的，还包括串口接收LED灯和串口发送LED灯，R7F0C902型芯片的PTB60、PTB61分别作为串口接收LED灯、串口发送LED灯的控制接口。

更具体的，所述宽带芯片采用珠海慧信微电子公司的型号为WTBPZ11的宽带芯片。

更具体的，所述射频芯片采用Silabs公司的型号为Si4438C的射频芯片。

由以上技术方案可知，本实用新型的宽带无线双模通信模块采用RF+BPLC方式进行数据的传输，RF为无线射频，其工作频点为260MHz～930MHz，通过天线的发送/接收传输频点在260MHz～930MHz之间的微波信号；BPLC为电力线载波宽带，其工作频点为2～30MHz，以电力线为通信线路，通过载波信号的耦合完成系统中设备的信息交换，具有成本低、通信速率高、数据实时性好、抗干扰能力强、组网速度快、节点容量大等特点，可应用于智能抄表、智能家居、路灯控制、能源管理、工业监控等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的框图；

图2为本实用新型实施例MCU的电路图；

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的宽带无线双模通信模块包括MCU、射频单元、宽带载波单元及电源模块，电源模块为各模块供电。MCU具有与基表(或上位机)相连的UART接口，并分别与射频单元及宽带载波单元相连。本实施例的MCU和射频单元设置在同一块电路板上并封装，宽带载波单元为独立模块，宽带载波单元以插针插排的方式与电路板相连并通过电路板内部的电路与MCU、射频单元电连接。MCU、射频单元、宽带载波单元的对外交互端通过管脚引出封装外。本实施例的封装外形尺寸为：长78.77mm×宽64.97mm，采用2×11及2×4的双列直插针与基表或上位机电气连接，插针间距为2.54mm。

宽带载波单元包括宽带芯片、与宽带芯片连接的宽带晶振及宽带信号收发电路，宽带晶振为宽带芯片提供稳定的25MHz时钟信号(未图示)。射频单元包括射频芯片、与射频芯片连接的射频晶振及射频信号收发电路，射频晶振为射频芯片提供稳定的30MHz时钟信号(未图示)。本实用新型的宽带信号收发电路及射频信号收发电路为常规的宽带载波信号收发电路和射频信号收发电路，宽带信号收发电路与宽带芯片各引脚间的连接关系、宽带芯片与宽带晶振的连接关系，以及射频信号收发电路与射频芯片各引脚间的连接关系、射频芯片与射频晶振的连接关系，与常规的宽带信号收发电路与宽带芯片各引脚间的连接关系、宽带芯片与宽带晶振的连接关系，以及射频信号收发电路与射频芯片各引脚间的连接关系、射频芯片与射频晶振的连接关系相同，是本领域技术人员公知的常识，不属于本实用新型的发明点，此处不作赘叙。

本实施例的MCU采用瑞萨公司的R7F0C902型芯片，MCU通过独立SPI接口和射频芯片相连，MCU通过UART接口与宽带载波芯片相连。图2所示为本实施例MCU的电路图，R7F0C902型芯片工作稳定，串口资源丰富，经济适用。本实施例MCU的PTE1引脚和PTE2引脚为维护用的升级接口；PTE30引脚和PTE31引脚为与集中器通讯用的UART接；PTA17、PTA24、PTA12、PTEA11、PTA16、PTA51、PTA50引脚分别作为射频芯片的SCS信号、SCK信号、MOSI信号、MISO信号、nIRQ信号、SDN信号及GPIO信号的接口；PTA13、PTA14、PTA15引脚分别作为宽带芯片的RX信号、TX信号、RST信号的接口，表1和表2分别为MCU的UART接口管脚定义表和MCU与射频单元接口管脚定义。

表1

表2

作为本实用新型的优选实施方案，本实用新型的双模通信模块还包括串口接收LED灯和串口发送LED灯，R7F0C902型芯片的PTB60、PTB61分别作为串口接收LED灯、串口发送LED灯的控制接口。MCU与LED接口管脚定义表如表3所示。

表3

功能	信号名	K20引脚号
			串口接收灯控制	DCE_RXD_LED	Pin 10(PTB61)
串口发送灯控制	DCE_TXD_LED	Pin 9(PTB60)

本实用新型宽带单元的工作频率为2～30MHz，调制方式为OFDM，通信速率达10Mbps，宽带晶振在－40℃～+85℃温度范围内的频率为25MHz±10ppm。信号通过宽带信号收发电路的耦合及宽带芯片的处理后，传至MCU，MCU通过UART与基表之间进行通讯对话。本实施例的宽带芯片采用珠海慧信微电子公司的型号为WTBPZ11的宽带芯片。

本实用新型的射频单元的工作频率为260MHz～930MHz，调制方式支持OOK/FSK/GFSK，发射功率支持+4dBm/+7dBm/+11dBm/+14dBm/+17dBm/+20dBm。射频晶振在－40℃～+85℃温度范围内的频率为30MHz±10ppm。本实用新型的射频信号收发电路的天线采用垂直相交的双天线，以延伸通信距离并提高适用范围。本实施例的射频芯片采用Silabs公司的型号为Si4438C的射频芯片，该芯片支持OOK/GFSK调制通信，发送功率可到+20dBm，接收灵敏度可以调整在-110dBm以上，同时接收功率消耗可到20mA以下

本实施例的电源模块向MCU及射频单元输出稳定的3.3V工作电压、向宽带单元输出稳定的11.6V工作电压，电源模块采用MP2451电源芯片和LP2951低压差电源芯片。

本实用新型的宽带无线双模通信模块的工作过程如下：

与基表通讯的信号通过空中无线(260～930MHz)和电力线宽带载波(2～30MHz)两条线路同时进行传输；

空中无线信号经射频单元接收后经放大、滤波、混频等处理后传输至射频芯片，射频芯片通过spi与MCU进行信号通讯处理，最终信号由MCU通过串口与基表完成对话；

电力线的载波信号经宽带单元接收并完成信号提取、扩频编码调制解扩和模数转换后，变为数字信号传送至MCU，MCU将该数字信号进行处理后传输到基表或上位机，基表回复的信息数据将通过串口返回，MCU接收后经过载波扩频调制后输出给发送外部的控制单元，并经功率放大及控制后耦合注入到电力线中。

本实用新型可用于水、气、热和电行业宽带无线抄表或其它宽带无线数据采集系统，及智能家居等领，可在试点现场根据接收信号进行分析同步并自动选择宽带载波或者微功率无线的通信方式，以适应现场的复杂的环境因素，规避干扰、整合优势、保证产品通信的可靠性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。

Claims

1.宽带无线双模通信模块，其特征在于，包括：

MCU，所述MCU与基表或上位机相连；

与所述MCU相连的射频单元，射频单元包括射频芯片、与射频芯片连接的射频晶振和射频信号收发电路；

与所述MCU相连的宽带载波单元，宽带载波单元包括宽带芯片、与宽带芯片连接的宽带晶振和宽带信号收发电路；

为所述MCU、射频单元、宽带载波单元供电的电源模块。

2.如权利要求1所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：所述MCU和射频单元设置在同一块电路板上并封装，宽带载波单元为独立模块，以插针插排的方式通过电路板与所述MCU、射频单元电连接。

3.如权利要求1所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：所述MCU采用瑞萨公司的R7F0C902型芯片，通过SPI接口和射频芯片相连，通过UART接口与宽带载波芯片相连。

4.如权利要求3所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：所述MCU的PTE1引脚和PTE2引脚为维护用的升级接口；PTE30引脚和PTE31引脚为与外部集中器通讯用的UART接口；PTA17、PTA24、PTA12、PTEA11、PTA16、PTA51、PTA50引脚分别作为射频芯片的SCS信号、SCK信号、MOSI信号、MISO信号、nIRQ信号、SDN信号及GPIO信号的接口；PTA13、PTA14、PTA15引脚分别作为宽带芯片的RX信号、TX信号、RST信号的接口。

5.如权利要求3或4所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：还包括串口接收LED灯和串口发送LED灯，R7F0C902型芯片的PTB60、PTB61分别作为串口接收LED灯、串口发送LED灯的控制接口。

6.如权利要求1所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：所述宽带芯片采用珠海慧信微电子公司的型号为WTBPZ11的宽带芯片。

7.如权利要求1所述的宽带无线双模通信模块，其特征在于：所述射频芯片采用Silabs公司的型号为Si4438C的射频芯片。