CN206584527U - 一种无线载波转换终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线载波转换终端，包括主控模块，用于控制通信模块之间通信协议的转换以及数据分析和控制指示灯的状态；电力载波通信模块，与主控模块之间双向连接，通过电力线实现转换终端与集中器的通信；微功率无线通信模块，分别与主控模块和电力载波通信模块之间双向连接，通过无线网络实现转换终端与失效载波地区的转换终端进行通信；电源模块，分别与各模块连接，用于给各模块供电；使得载波孤岛或载波失效区的电量信息数据能够通过无线网络传输至载波有效区内的电力载波网络。

Description

一种无线载波转换终端

技术领域

本实用新型涉及无线数据采集器，更具体地说，它涉及一种无线载波转换终端。

背景技术

采集器在远程抄表系统中作为计量表和集中器的通信中转站，是不可缺少的重要设备。根据国家电网要求分为国网 I 型采集器和国网II型采集器，国网 I 型采集器是根据最新的国网技术要求开发的应用于远程,集中抄表系统，完成无线及电力载波信号和RS485 信号的转换，从而实现对 RS485 表的无线或载波集中抄表；主要完成对 RS485 电表的电量采集无线抄表方案。并且在无线信号工作情况下以空气为媒介，电力载波工作情况下利用低压电力线作为通信信道，把用电量数据以无线、电力线方式上传，提供给远程集中抄表系统。

依据国家电网公司“十二五”发展规划战略目标，2011年至2015年各网省公司全面开展用电信息采集系统建设工作，进一步加快系统主站、终端设备、智能电表及通信信道的建设进度和深化应用的进程，通过不断推进用电信息采集系统的建设，逐步实现“全采集、全覆盖、全费控”的建设目标，及时、完整、准确地为SG186营销系统及其相关系统提供基础数据，为企业经营管理各环节的决策、分析提供支撑，为实现智能用电双向互动服务提供信息基础。 在此背景下，如何提升本地采集的可靠性是影响用电信息采集系统能否达到目标的关键因素。

当前采用的本地采集方式主要有电力线载波、RS485以及微功率无线三种，其中电力线载波因为在成本和施工方面的竞争优势而被国家电网选作最主要的通信方式。从目前大规模现场应用来看，载波通信的数据采集率已经可以达到80-95%，但是在某些区域存在载波孤岛，即载波失效区域，无法通过电力载波传输信息。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种无线载波转换终端，通过结合无线自组网技术，在电力载波网络中嵌入区域无线自组网产品，解决了在载波孤岛/载波失效区，无法传输电量采集信息的问题，提升了电力载波网络的抄表可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种无线载波转换终端，其特征在于，包括：微功率无线通信模块，用于载波有效区内的无线载波转换终端与载波失效区内的无线载波转换终端之间的通信连接，接收载波失效区内的无线载波转换终端通过高频电流进行调制过的电量采集信息并进行反调制还原后输出电量采集信息；主控模块，与所述微功率无线通信模块通信连接，接收并响应于所述电量采集信息，用于控制各通信模块之间通信协议的转换以及数据分析和控制指示灯的状态，输出转换信息；电力载波通信模块，与所述主控模块通信连接，接收并响应于所述转换信息，用于将经主控模块处理后的电量采集信息通过电力线上传至电力载波网络，且与设置于电力载波网络中的集中器通信；

电源模块，分别与各模块连接，用于给各模块供电。

本实用新型进一步优选为：所述主控模块包括MCU以及与MCU连接的实时时钟电路和晶振电路；MCU的VDDOUT引脚、VDDCORE引脚和VDDPLL引脚连接在一起且连接点处外接第一旁路电容后接地，MCU的VDDIN引脚和VDDIO引脚均耦接于电源模块且连接点外接第二旁路电容后接地。

本实用新型进一步优选为：所述微功率无线通信模块包括RF无线射频芯片，RF无线射频芯片与SAM3N的MCU电连接，RF无线射频芯片的第一电源输入端和第二电源输入端与电源模块连接且连接点处分别外接第一滤波电容和第二滤波电容后再接地以降低电源波纹的影响。

本实用新型进一步优选为：所述电力载波通信模块包括PLC芯片以及与PLC芯片连接的强电接口、弱电接口以及和弱电接口耦接的电平转换电路，强电接口与电力载波线电连接，电平转换电路分别与RF无线射频芯片和MCU电连接，用于将PLC芯片输出端的高电压转换成可被RF无线射频芯片和MCU接收的低电压。

本实用新型进一步优选为：还包括用于备用的RS485通信模块和红外通信模块；RS485通信模块分别与微功率无线通信模块和主控模块之间双向连接，用于通过RS485总线传输数据；红外通信模块分别与微功率无线通信模块和主控模块之间双向连接，用于配置参数。

本实用新型进一步优选为：所述RS485通信模块包括依次电连接的光耦隔离电路、458芯片转换电路和保护电路，458芯片转换电路分别与RF无线射频芯片和MCU电连接。

本实用新型进一步优选为：还包括数据储存模块，与主控模块之间双向连接，用于将一段时间内微功率无线通信模块传输给主控模块的电量采集信息存储起来。

本实用新型进一步优选为：所述电源模块包括，依次连接的PLC电源电路、红外电源电路、主板电源电路以及与市电耦接的RS485电源电路，PLC电源电路耦接于市电。

通过采用上述技术方案，本实用新型相对现有技术相比：通过微功率无线通信模块在载波失效区和载波有效区之间建立无线自组网络实现载波失效区与载波有效区的通信，解决了在载波孤岛/载波失效区，无法传输电量采集信息的问题，提升了电力载波网络的抄表可靠性。

附图说明

图1为无线载波转换终端的系统结构图；

图2为电源模块原理图；

图3为MCU引脚图；

图4为MCU外围电路原理图；

图5为实时时钟电路原理图；

图6为微功率无线通信模块电路原理图；

图7为电力载波通信模块电路原理图；

图8为RS485通信模块电路原理图；

图9为红外通信模块电路原理图；

图10为指示灯模块电路原理图。

图中：1、主控模块；2、电源模块；3、微功率无线通信模块；4、电力载波通信模块；5、RS485通信模块；6、红外通信模块；7、数据储存模块；8、指示灯模块。

具体实施方式

参照图1至图10对一种无线载波转换终端做进一步说明。

如图1所示，一种无线载波转换终端，包括主控模块1、电源模块2、电力载波通信模块4、微功率无线通信模块3、RS485通信模块5、红外通信模块6、数据储存模块7以及指示灯模块8。

微功率无线通信模块3，用于载波有效区内的无线载波转换终端与载波失效区内的无线载波转换终端之间的通信连接，接收载波失效区内的无线载波转换终端通过高频电流进行调制过的电量采集信息并进行反调制还原后输出电量采集信息；主控模块1，与所述微功率无线通信模块3通信连接，接收并响应于所述电量采集信息，用于控制各通信模块之间通信协议的转换以及数据分析和控制指示灯的状态，输出转换信息；电力载波通信模块4，与所述主控模块1通信连接，接收并响应于所述转换信息，用于将经主控模块1处理后的电量采集信息通过电力线上传至电力载波网络，且与设置于电力载波网络中的集中器通信；

RS485通信模块5，分别与微功率无线通信模块3和主控模块1之间双向连接，用于转换终端通过RS485总线传输数据，在微功率无线通信模块3和电力载波通信模块4通信均失效时，能够通过RS485总线将电量采集信息传递给另一无线载波转换终端；红外通信模块6，分别与微功率无线通信模块3和主控模块1之间双向连接，用于现场配置参数；数据储存模块7，与主控模块1之间双向连接，用于存储数据参数，在断电后所有存储数据参数不丢失；电源模块2，分别与各模块连接，用于给各模块供电。

如图2所示，电源模块2包括PLC电源电路，红外电源电路，主板电源电路和RS485电源电路。

PLC电源电路提供的是15V的直流电源，先将220V的市电通过变压器E进行降压至10V，再经过整流桥堆整流电路形成所需要的15V直流电；

本实施例中变压器E采用的是型号为LOFA12082的变压器，变压器E的第1引脚串联一只PTC（正温度系数）热敏电阻，PTC热敏电阻另一端耦接于一压敏电阻，压敏电阻的另一端耦接于变压器E第4引脚，变压器E的第4引脚与压敏电阻的连接点耦接于220V的N端，PTC热敏电阻与压敏电阻的连接点耦接于220V的L端，其中压敏电阻起到过流保护的作用。

本实施例选用的整流桥堆型号为MB10S整流桥堆，其两输入端分别与变压器E第7引脚和第8引脚耦接，V-端接地，V+端输出15V直流电；在V+输出端并联一个大容量（220uF）以上的电解电容和一个小容量的陶瓷电容（0.1uF—0.33uF）。大电容主要起到储能作用削减负载出现的尖峰电流，给后面的电流提供稳定的直流输出，同时滤除电路当中的低频杂质纹波，小电容主要是滤除电路当中的高频成分纹波。

红外电源电路提供的是的5V的直流电，先将15V的直流电经过降压电路I生成5V的直流电,这里使用的稳压器件型号为Ｌ7805；

主板电源提供的是3.3V的直流电，将5V的直流电经过降压电路II生成3.3V直流电，这里使用的稳压器件型号为Ｌ78L05；

RS485电源电路提供的是5V的直流电源，先将220V的市电通过变压器E进行降压至7V，再经过整流桥堆整流电路形成9V的直流电，最后经过稳压管形成5V的直流电；

MB10S整流桥堆的两输入端分别与变压器E第5引脚和第6引脚耦接，V-端接地，V+端输出9V直流电；

本实施例选用的是型号为L78L05的稳压管型，其IN端与整流桥堆的V+端耦接，GND端接地，OUT端输出所需要的5V直流电。

如图3、图4和图5所示，主控模块1包括型号为SAM3N的MCU芯片以及与此芯片连接的外围电路构成，MCU通过内部电路实现各模块间信息的转换。MCU的Pin1为参考电压的输入端，外接一个0.1UF退耦电容；Pin7为稳压器、ADC和DAC的电源供应端；Pin29为复位脚，接10K电阻上拉到VCC；Pin8、Pin41和Pin48引脚连接在一起，连接点外接第一旁路电容后接地，Pin7和Pin33引脚均耦接于电源模块且连接点外接第二旁路电容后接地，第一旁路电容和第二旁路电容有助于降低输出噪声和提高负载瞬态响应。

外围电路包括实时时钟电路、晶振参考电路以及晶体振荡器，此部分参考SAM3N的MCU芯片的使用手册，这里不再详细叙述。

如图6所示，微功率无线通信模块3包括型号为DN-MDL-0470020-0716的RF无线射频芯片，RF无线射频芯片的Pin1和Pin2引脚与电源的连接点分别外接一个100uF的钽电容和一个0.1uF陶瓷电容后再接地以降低电源波纹的影响；Pin5和Pin6和Pin7引脚与主控模块1耦接；其中Pin16、Pin18和Pin8引脚与RS485通信模块5耦接；其中Pin5、Pin7和Pin9与电力载波通信模块4耦接；其中Pin13和Pin15引脚与指示灯模块8耦接。

如图7所示，电力载波通信模块4包括PLC（Power line Communication电力载波通讯）芯片以及与PLC芯片连接的强电接口、弱电接口以及和弱电接口耦接的电平转换电路；电力载波通信模块4的强电接口选用2×4双排插针作为连接件，电力载波通信模块4的强电接口选用2×6双排插针作为连接件，强电接口与电力载波线电连接，电平转换电路分别与RF无线射频芯片和SAM3N的MCU电连接，将PLC芯片输出端的5V转换成可被RF无线射频芯片和SAM3N的MCU接收的3.3V。

如图8所示，RS485通信模块5包括依次电连接的光耦隔离电路、458芯片转换电路和保护电路；其中458芯片转换电路的转换芯片采用了型号为ADM487EARZ的芯片，一接口通过RS14，RS15，RS16与MCU USART（Pin27，Pin26，Pin25）串口相连。另一接口通过RS17，RS18，RS19与微功率无线模块备用串口相连。

如图9所示，红外通信模块6包括红外接收电路和红外发射电路，红外接收电路采用了型号为IRM3638的芯片，红外发射电路采用了型号为W0038C的芯片；其中一接口通过0Ω跳线电阻（RC20，RC21，RC22）接到底板上MCU的Pin15,Pin16,Pin3，另接口通过0Ω跳线电阻（RC23，RC24，RC25）接到微功率无线模块的Pin18，Pin6 ，Pin8。

如图10所示，指示灯模块8，包括电源灯、告警灯、上行通信指示灯和下行通信指示灯，电源灯与主板电源电路连接；

告警灯的第一输入端与MCU USART的Pin18耦接，第二输入端与微功率无线通信模块3的Pin17耦接，第三输入端与主板电源耦接；

上行通信指示灯，其第一输入端与微功率无线通信模块3的Pin13耦接，第二输入端MCU USART的Pin44；第三输入端耦接于MCU USART的Pin43；第四输入端耦接于微功率无线通信模块3的Pin15；第五输入端耦接于主板电源电；

下行通信指示灯，第一输入端耦接于微功率无线通信模块3的Pin20；第二输入端耦接于MCU USART的Pin11；第三输入端耦接于MCU USART的Pin12；第四输入端耦接于微功率无线通信模块3的Pin19,；第五输入端耦接于主板电源电路。

电源灯LED4（绿色单色灯），用于指示系统上电。上电时候常亮，失电时常灭。

告警灯LED3（红色单色灯），用于指示系统运行发生故障。有告警信号闪烁。

上行通信指示灯LED2（红绿双色灯），用于转换终端与集中器通信指示灯。上行通道接收数据时红灯闪烁，上行通道发射数据时绿灯闪烁。

下行通信指示灯LED1（红绿双色灯），用于转换终端与电表或其他采集器通信指示灯。下行通道接收数据时红灯闪烁，下行通道发射数据时绿灯闪烁。

所有的状态指示灯都为普通的LED发光管，小功率发光管，工作电压在3.3V，发光二极管的压降一般在1.6-2.1V，驱动电流在3-20mA（当作为指示作用时控制电流在10mA以下来减少系统功耗）左右，所以限流电阻一般选取470-680Ω左右。该方案中发光管选用市场上通用的Φ5的直插发光二极管。

本实用新型具体使用过程如下：位于载波失效区/载波孤岛区域内的无线载波转换终端通过微功率无线通信模块3将通过485口或者串口采集到智能表的数据通过组网的无线网络转发给处于载波有效区内无线载波转换终端，最后无线载波转换终端通过电力载波通信模块4将数据转发给电力载波网络中的集中器，集中器利用GPRS网络将数据转发中后台主站；或者是后台主站将操作指令通过GPRS转发至集中器，集中器将信号用电力载波通信模块4转发至无线载波转换终端，无线载波转换终端将操作指令通过微功率无线通信模块3转发至位于载波孤岛区域内的无线载波转换终端。最后通过RS485通信模块5或者串口将命令转发给智能表。在此信息传输过程中，本实用新型通过结合无线自组网技术，在PLC网络中嵌入区域无线自组网产品，使载波孤岛内的数据能够通过无线网络并入PLC网络，实现数据传输。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种无线载波转换终端，其特征在于，包括：

微功率无线通信模块（3），用于载波有效区内的无线载波转换终端与载波失效区内的无线载波转换终端之间的通信连接，接收载波失效区内的无线载波转换终端通过高频电流进行调制过的电量采集信息并进行反调制还原后输出电量采集信息；

主控模块（1），与所述微功率无线通信模块（3）通信连接，接收并响应于所述电量采集信息，用于控制各通信模块之间通信协议的转换以及数据分析和控制指示灯的状态，输出转换信息；

电力载波通信模块（4），与所述主控模块（1）通信连接，接收并响应于所述转换信息，用于将经主控模块（1）处理后的电量采集信息通过电力线上传至电力载波网络，且与设置于电力载波网络中的集中器通信；

电源模块（2），分别与各模块连接，用于给各模块供电。

2.根据权利要求1所述的无线载波转换终端，其特征在于：所述主控模块（1）包括MCU以及与MCU连接的实时时钟电路和晶振电路；MCU的VDDOUT引脚、VDDCORE引脚和VDDPLL引脚连接在一起且连接点处外接第一旁路电容后接地，MCU的VDDIN引脚和VDDIO引脚均耦接于电源模块且连接点外接第二旁路电容后接地。

3.根据权利要求2所述的无线载波转换终端，其特征在于：所述微功率无线通信模块（3）包括RF无线射频芯片，RF无线射频芯片与SAM3N的MCU电连接，RF无线射频芯片的第一电源输入端和第二电源输入端与电源模块连接且连接点处分别外接第一滤波电容和第二滤波电容后再接地以降低电源波纹的影响。

4.根据权利要求3所述的无线载波转换终端，其特征在于：所述电力载波通信模块（4）包括PLC芯片以及与PLC芯片连接的强电接口、弱电接口以及和弱电接口耦接的电平转换电路，强电接口与电力载波线电连接，电平转换电路分别与RF无线射频芯片和MCU电连接，用于将PLC芯片输出端的高电压转换成可被RF无线射频芯片和MCU接收的低电压。

5.根据权利要求4所述的无线载波转换终端，其特征在于：还包括用于备用的RS485通信模块（5）和红外通信模块（6）；

RS485通信模块（5）分别与微功率无线通信模块（3）和主控模块（1）之间双向连接，用于通过RS485总线传输数据；

红外通信模块（6）分别与微功率无线通信模块（3）和主控模块（1）之间双向连接，用于配置参数。

6.根据权利要求5所述的无线载波转换终端，其特征在于：所述RS485通信模块（5）包括依次电连接的光耦隔离电路、458芯片转换电路和保护电路，458芯片转换电路分别与RF无线射频芯片和MCU电连接。

7.根据权利要求6所述的无线载波转换终端，其特征在于：还包括数据储存模块（7），与主控模块（1）之间双向连接，用于将一段时间内微功率无线通信模块（3）传输给主控模块（1）的电量采集信息存储起来。

8.根据权利要求7所述的无线载波转换终端，其特征在于：所述电源模块（2）包括，依次连接的PLC电源电路、红外电源电路、主板电源电路以及与市电耦接的RS485电源电路，PLC电源电路耦接于市电。