CN206835111U - 用于四表合一的新型通信接口转换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于四表合一的新型通信接口转换器，包括电源模块、控制电路、上行RS485通信电路、上行通信模块接口、上行通信模块、下行RS485通信电路、下行MBUS通信电路、下行无线通信模块接口和下行无线通信模块；电源模块供电；下行RS485通信电路接收有源或无源RS485计量仪表的数据并上传控制电路；下行MBUS通信电路接收MBUS计量仪表的数据并上传控制电路；下行无线通信模块接收无线计量仪表数据并通过下行无线通行模块接口上传控制电路；控制电路接收数据并通过上行RS485通信电路上传集中器或者通过连接在上行通信模块接口上的上行通信模块上传集中器。本实用新型功能全面、接口丰富、适用面广。

Description

用于四表合一的新型通信接口转换器

技术领域

本实用新型具体涉及一种用于四表合一的新型通信接口转换器。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，人们对于多网融合的要求也越来越高。

目前市场上主流的四表合一集抄方案主要是采用集中器+通信接口转换器的方案，通过通信接口转换器将水、气、热表数据接入电力用电信息采集系统中，实现电、水、气、热一体化数据采集。这种方案，硬件上集中器可以直接采用国网现有用电信息采集系统中使用的I型或者II型集中器，软件上集中器和系统主站需要扩展协议，以实现对水气热仪表管理、数据集抄和数据存储等功能，而通信接口转换器目前国网没有出台相关标准，并没有如电力用户用电信息采集系统那样统一的型式和技术规范，四表合一集抄系统大致方案如图1所示。在该方案中，电能表上行通信主要采用RS485总线或者电力线载波通信；而水气热表主要采用MBUS总线和微功率无线通信，有少部分采用有源RS485总线。

目前各个厂家推出的通信接口转换器均是在国网I型采集器结构的基础上进行改动开发，按这种结构开发的通信接口转换器存在如下一些缺陷：

（1）对外接口不够，下行抄表通道不齐全

目前市场上采用I型采集器结构的通信接口转换器，只有MBUS总线、无源RS485总线和微功率无线三种通信方式，由于对外接口不够，无法提供有源RS485表所需要的12V电源，因此无法抄读有源RS485表，兼容性不强。

（2）下行微功率无线采用内置模块扩展性不强，不适合互换性和方便更换的需求

由于I型采集器结构并没有预留下行微功率无线模块的接口，为了兼容下行微功率无线表的抄读，目前厂家的做法都是将模块内置在通信接口转换器里面，而且每个厂家的做法都不一样，有些是内置的模块化设计，有些是直接将微功率无线相关电路布置在主板上，因此采用内置微功率无线的这种方式具有明显的缺点，这种方案无线接口不统一，扩展性不强，不适合互换性和方便更换的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功能全面、接口丰富、适用面极广的用于四表合一的新型通信接口转换器。

本实用新型提供的这种用于四表合一的新型通信接口转换器，包括电源模块、控制电路、上行RS485通信电路、上行通信模块接口、上行通信模块、下行RS485通信电路、下行MBUS通信电路、下行无线通信模块接口和下行无线通信模块；电源模块给所述用于四表合一的新型通信接口转换器供电；下行RS485通信电路为有源RS485通信电路并与控制电路连接，用于接收有源或无源RS485计量仪表的数据并上传控制电路；下行MBUS通信电路用于接收MBUS计量仪表的数据并上传控制电路；下行无线通信模块通过下行无线通行模块接口连接控制电路，用于接收无线计量仪表的数据并上传控制电路；控制电路用于接收计量仪表的数据，并通过上行RS485通信电路上传集中器或者通过连接在上行通信模块接口上的上行通信模块上传集中器。

所述的用于四表合一的新型通信接口转换器还包括存储单元；存储单元与控制电路连接，用于存储所述用于四表合一的新型通信接口转换器的工作数据和转发的计量仪表的数据。

所述的电源模块包括AC/DC电源电路、5V电源电路、24V电源电路和3V电源电路；所述AC/DC电源电路将220V交流市电转换为三路电源信号，分别为两路12V电源信号和一路36V电源信号；一路12V电源信号通过由型号为TPS54331的芯片构成的5V电源电路转换为5V电源，再通过由型号为XC6203的芯片构成的3.3V电源电路转换为3.3V电源；另一路12V电源信号则通过由型号为MC78L05芯片构成的5V电源电路转换为5V电源；36V电源信号通过由型号为LM5575芯片构成的24V电源电路转换为24V电源。

所述的下行MBUS通信电路包括MBUS发送电路、MBUS通道选择电路、MBUS接收电路和MBUS过载检测电路；所述MBUS过载检测电路采用电压比较器电路。

所述的下行RS485通信电路包括RS485收发控制电路和一路单独的12V电源电路。

所述的上行通信模块包括电力线载波通信模块和微功率无线通信模块；且所述电力线载波通信模块和微功率无线通信模块均为满足标准QGDW 1375.3-2013的通信模块。

所述的下行通信模块为SI1000或LORA微功率无线通信模块。

本实用新型提供的这种用于四表合一的新型通信接口转换器，其上行通信可选用RS485总线、电力线载波和微功率无线三种方式，下行通信信道可选用有源RS485总线、MBUS总线和微功率无线三种方式，而且本实用新型的上行电力线载波通信模块和微功率无线通信模块以及下行微功率无线通信模块均采用外置的模块式设计，因此能够热插拔，而且模块化设计便于维修和更换；下行通信信道中的有源RS485总线能够与有源或无源RS485计量仪表通信，使得本实用新型的转换器适用性更好；本实用新型的用于四表合一的新型通信接口转换器，其功能全面、接口丰富、适用面广。

附图说明

图1为现有技术的四表合一集抄方案的示意图。

图2为本实用新型的功能模块图。

图3为本实用新型的电源模块的电路示意图。

图4为本实用新型的下行MBUS通信电路的功能模块图。

图5为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS发送电路的电路原理图。

图6为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS通道选择电路的电路原理图。

图7为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS接收电路的电路原理图。

图8为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS过载检测电路的电路原理图。

图9为本实用新型的下行RS485通信电路的RS485收发控制电路的电路原理图。

图10为本实用新型的下行RS485通信电路的12V电源电路的电路原理图。

具体实施方式

如图2所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种用于四表合一的新型通信接口转换器，包括电源模块、控制电路、上行RS485通信电路、上行通信模块接口、上行通信模块、下行RS485通信电路、下行MBUS通信电路、下行无线通信模块接口、下行无线通信模块和存储单元；电源模块给所述用于四表合一的新型通信接口转换器供电；下行RS485通信电路为有源RS485通信电路并与控制电路连接，用于接收有源或无源RS485计量仪表的数据并上传控制电路；下行MBUS通信电路用于接收MBUS计量仪表的数据并上传控制电路；下行无线通信模块通过下行无线通行模块接口连接控制电路，用于接收无线计量仪表的数据并上传控制电路；控制电路用于接收计量仪表的数据，并通过上行RS485通信电路上传集中器或者通过连接在上行通信模块接口上的上行通信模块上传集中器；存储单元与控制电路连接，用于存储所述用于四表合一的新型通信接口转换器的工作数据和转发的计量仪表的数据。

如图3所示为本实用新型的电源模块的电路示意图：电源模块包括AC/DC电源电路、5V电源电路、24V电源电路和3.3V电源电路；所述AC/DC电源电路将220V交流市电转换为三路电源信号，分别为两路12V电源信号和一路36V电源信号；一路12V电源信号通过由型号为TPS54331的芯片构成的5V电源电路转换为5V电源，再通过由型号为XC6203的芯片构成的3.3V电源电路转换为3.3V电源；另一路12V电源信号则通过由型号为MC78L05芯片构成的5V电源电路转换为5V电源；36V电源信号通过由型号为LM5575芯片构成的24V电源电路转换为24V电源。

如图4所示为本实用新型的下行MBUS通信电路的功能模块图：下行MBUS通信电路通过UART串口与CPU连接，是转换器与水气热表的下行通信方式之一，主要由MBUS发送电路、MBUS接收电路、MBUS通道选择电路和MBUS过载检测电路组成。

如图5所示为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS发送电路的电路原理图：电压调制采用V36P0_ISO和V24P0_ISO电源系统；发送时，通过UART串口TXD发送信号自动控制开关电路打开和关闭，开关电路核心元器件采用功率PMOS管，型号为IRFR5505，通过开关管V38的截止与导通实现MBUS线路上的电平跳变实现数据传输，达到传输码流的目的；光耦D19用作信号的隔离，从而保证电路的安全。

如图6所示为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS通道选择电路的电路原理图：转换器两路下行MBUS总线共用一个UART串口，因此同一时刻只有一路MBUS总线占用串口，这里采用MBUS通道选择电路，来控制哪一路MBUS总线占用串口。MBUS通道选择电路同样采用PMOS开关管，通过CPU的IO口控制PMOS的导通和截止，实现MBUS通道选择作用。

如图7所示为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS接收电路的电路原理图：MBUS接收电路主要由采样电路、耦合电路、放大电路和整形电路组成，采样电阻采用功率电阻，阻值为6Ω（电阻R149），将MBUS接收电流转换为电压；耦合电路采用电容耦合方式，耦合电容容值为10uf（电容C99），将交流信号耦合到次级；放大电路采用MCP601运算放大器，将接收耦合过来的交流信号进行电压放大；整形电路作用是将信号整形为CPU可以识别的电压信号，核心器件采用一个NPN三极管，型号为MMBT2222；光耦D16用于电平转换，同时也将两个电平信号之间进行隔离。

如图8所示为本实用新型的下行MBUS通信电路的MBUS过载检测电路的电路原理图：正常状态下，MBUS过载电路输出为高电平，当MBUS总线电流超过设定值过载时，MBUS过载检测电路输出低电平，CPU检测到这个低电平，会关断MBUS电源，避免持续过载烧毁器件。过载检测电路核心元器件采用TLV3491比较器运放；当MBUS总线信号过载时，其总线电流会上升，此时比较器的3脚电压会上升；一旦比较器的3脚电压上升至大于设定的电压值（即比较器的4脚电压值）时，此时电路的输出端为低电平信号。

如图9所示为本实用新型的下行RS485通信电路的RS485收发控制电路的电路原理图：下行RS485通信电路通过UART串口与CPU连接，是转换器与水气热表的通信方式之一。RS485收发控制电路的详细电路由三个光耦（D9、D11和D12）、一个RS485接口芯片（D10，型号为AZRS485）、两个TVS管、一个固体放电管、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，RS485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。

如图10所示为本实用新型的下行RS485通信电路的12V电源电路的电路原理图：隔离12V受控电源电路主要由一个光耦、一个PMOS管、一个TVS管、一个自恢复保险丝以及若干电阻电容组成，其控制原理为通过CPU的IO口去控制PMOS管的导通与截止，从而达到控制12V电源的输出或关断，其中PMOS管选用IRFR5505。本电路为有源RS485电路提供一路外置12V电源，使得本实用新型的通信转换器能够与有源RS485通信的计量仪表通信。

此外，本实用新型的上行通信模块包括电力线载波通信模块和微功率无线通信模块；且所述电力线载波通信模块和微功率无线通信模块均为满足标准QGDW 1375.3-2013的通信模块；上行通信模块采用外置模块化设计,外置式的电力线载波通信模块和微功率无线通信模块通过上行通信模块接口与通信转换器的内部控制电路连接,同时支持热插拔。而所述的下行通信模块为SI1000或LORA微功率无线通信模块，同样采用外置模块化设计，而非固化在所述通信转换器的内部硬件电路板上或者采用内置模块方式，通过下行通信模块接口连接内部的控制电路。

Claims (7)

1.一种用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于包括电源模块、控制电路、上行RS485通信电路、上行通信模块接口、上行通信模块、下行RS485通信电路、下行MBUS通信电路、下行无线通信模块接口和下行无线通信模块；电源模块给所述用于四表合一的新型通信接口转换器供电；上行RS485通信电路、上行通信模块接口、下行RS485通信电路、下行MBUS通信电路和下行无线通信模块接口均与控制电路连接，上行通信模块与上行通行模块接口连接，下行无线通信模块与下行无线通信模块接口连接；下行RS485通信电路为有源RS485通信电路并与控制电路连接，用于接收有源或无源RS485计量仪表的数据并上传控制电路；下行MBUS通信电路用于接收MBUS计量仪表的数据并上传控制电路；下行无线通信模块通过下行无线通行模块接口连接控制电路，用于接收无线计量仪表的数据并上传控制电路；控制电路用于接收计量仪表的数据，并通过上行RS485通信电路上传集中器或者通过连接在上行通信模块接口上的上行通信模块上传集中器。

2.根据权利要求1所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于还包括存储单元；存储单元与控制电路连接，用于存储所述用于四表合一的新型通信接口转换器的工作数据和转发的计量仪表的数据。

3.根据权利要求1或2所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于所述的电源模块包括AC/DC电源电路、5V电源电路、24V电源电路和3.3V电源电路；所述AC/DC电源电路将220V交流市电转换为三路电源信号，分别为两路12V电源信号和一路36V电源信号；一路12V电源信号通过由型号为TPS54331的芯片构成的5V电源电路转换为5V电源，再通过由型号为XC6203的芯片构成的3.3V电源电路转换为3.3V电源；另一路12V电源信号则通过由型号为MC78L05芯片构成的5V电源电路转换为5V电源；36V电源信号通过由型号为LM5575芯片构成的24V电源电路转换为24V电源。

4.根据权利要求1或2所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于所述的下行MBUS通信电路包括MBUS发送电路、MBUS通道选择电路、MBUS接收电路和MBUS过载检测电路；所述MBUS过载检测电路采用电压比较器电路；控制电路连接MBUS发送电路的输入端，MBUS发送电路输出端连接MBUS通道选择电路的输入端，MBUS通道选择电路输出端连接MBUS总线，MBUS接收电路的输入端连接MBUS总线，MBUS接收电路的输出端连接控制电路；MBUS过载检测电路的输入端连接MBUS总线，MBUS过载检测电路的的输出端连接控制电路。

5.根据权利要求1或2所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于所述的下行RS485通信电路包括RS485收发控制电路和一路单独的12V电源电路。

6.根据权利要求1或2所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于所述的上行通信模块包括电力线载波通信模块和微功率无线通信模块；且所述电力线载波通信模块和微功率无线通信模块均为满足标准QGDW 1375.3-2013的通信模块；电力线载波通信模块与上行通信模块接口连接并传输数据，微功率无线通信模块与上行通信模块接口连接并传输数据。

7.根据权利要求1或2所述的用于四表合一的新型通信接口转换器，其特征在于所述的下行通信模块为SI1000或LORA微功率无线通信模块，且采用外置模块化设计。