CN210572427U - 一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，涉及电能表的通信仓。由于通信仓空间有限，目前，不能集成230MHz电力无线专网和载波通信模块的通信仓。本实用新型包括PCB板组；PCB组由三PCB板上下叠置而成，三PCB板分别为第一、第二、第三PCB板；第一PCB板上设有载波电路、电源电路；第二PCB板上设有主控芯片、加密芯片；第三PCB板上设有通信模块；电源电路包括12V电源电路和后备电源电路；后备电源电路设有多个电容；载波电路包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波信号放大滤波电路及载波发送电路。本实用新型采用分层的方式，既集成了载波电路，又设了通信模块，增加了产品的功能，又不需要增加壳体的尺寸。

Description

一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板

技术领域

本实用新型涉及电能表的通信仓，尤其涉及一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板。

背景技术

单相智能电表内置通信仓，国网有外形尺寸要求。随着智能电表功能的增多，同样也要求通信仓功能电路相应增加，包括230通信模块、载波电路、超级电容等，对空间要求较大，目前已有盒子的定位孔、定位柱对内部空间尺寸有较大影响，不能满足需求，无法将230通信模块、载波电路、超级电容等放入一个通信仓中，当前基于智能电表有微网或电力线载波两种模式的通信仓，没有集成230MHz电力无线专网和载波通信模块的通信仓。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，以集成230MHz电力无线专网和载波通信模块；并放入规定外廓尺寸的通信仓中的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。

一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，包括PCB板组；所述的PCB组由三PCB板上下叠置而成，三PCB板分别为从下至上依次连接的第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板；所述的第一PCB板上设有载波电路、电源电路；所述的第二PCB板上设有主控芯片、加密芯片；所述的第三PCB板上设有通信模块；所述的电源电路包括12V电源电路和后备电源电路；所述的后备电源电路设有多个电容；所述的载波电路包括：载波耦合电路、载波接收滤波电路、载波信号放大滤波电路及载波发送电路；所述的载波耦合电路与电容并排设于第一PCB板的一侧，所述的载波耦合电路外周的第一PCB板上开设隔槽，所述的第一PCB板上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口。在本技术方案中，采用分层设置的方式，既集成了载波电路，又设了通信模块，增加了产品的功能，又不需要增加壳体的尺寸。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板叠置，充分利用空间，在不增加壳体内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。且主控芯片、加密芯片与载波电路、电源电路及通信模块设在不同的PCB板上，有效地减少对主控芯片、加密芯片的干扰，提高工作的可靠性。

作为优选技术手段所述的第三PCB板以插接的方式设在第二PCB板上；或第三PCB板固接在第二PCB板上，第二PCB板以插接的方式设在第一PCB板上。方便第三PCB板的更换，降低成本，使用灵活。

第三PCB板上设有指示灯。第三PCB板上直接设指示灯，由于指示灯离上壳体顶近，不必通过塑料导光柱进行导光，节约空间，进一步地实现集成。

作为优选技术手段：所述的第三PCB板、第二PCB板的外廓尺寸小于第一PCB板。有效实现多板的上下叠置。

所述的第二PCB板呈“L”形，其中部设有主控芯片，主控芯片外侧的PCB板上设有开关电源、存储器，主控芯片内侧的PCB板上设有晶振，第二PCB板的外伸部上设有加密芯片，第二PCB板的前后两侧均设有接插件。接插件实现相邻PCB板间的上下间隙隔开，同时实现数据的传输。

作为优选技术手段：第一PCB板的一角设有5个电容，5个电容分二排设置，3个电容位于外侧，2个电容位于3个电容的内侧，所述的电容为2.7V 2F电容；所述的第三PCB板、第二PCB板位于电容的一侧以避开电容。充分利用空间，多个电容串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容充分利用空间。若单个电容容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容量的前提下，若单个电容量小，则需要大于5个的电容，会出现占用PCB板面板过大，导致其他电路不能设置的问题。

所述的电容高12mm，直径8.2mm，电容间距1.3mm～1.7 mm。有效利用空间的同时，满足用电需要。

作为优选技术手段：所述的第一PCB板还设有过零检测电路，所述的过零检测电路位于载波耦合电路外侧的PCB板上。实现过零检测。

作为优选技术手段：所述的第二PCB板上设有温度传感器。由于通信仓体积小，且存在高功耗的元件，通信仓内温度可能过热问题，增加温度传感器，实时监控通信仓载板温度，发现设备过热，超过设置的温度时，通信仓停止部分作业，进入低功耗模式，进行自主降温，当通信仓温度降低到一定数值后，重新恢复正常作业。放置于电路板第二层靠近发热最大的通信模块，客观反映通信仓当前温度，通信模块放置通信仓最上面，最大化利用空间散热。所述的主控芯片与通信模块相连以控制通信模块的工作情况，主控芯片可通过开关管等与通信模块的电源接入端相连，以控制通信模块的得失电情况，当温度达到阈值时，主控芯片断开通信模块的电源供给，从而实现降温。

作为优选技术手段：第三PCB板的外廓为28 * 38 mm～32 * 42 mm。有效避开电容及壳体的把手处的凹陷。

有益效果：

一、在本技术方案中，采用分层设置的方式，既集成了载波电路，又设了通信模块，增加了产品的功能，又不需要增加壳体的尺寸。

二、第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板叠置，充分利用空间，在不增加壳体内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。

三、通信仓通过可插拔通信模组，以兼容IoT-G 230和LTE-G 230制式，提高通用性。

四、第三PCB板上直接设指示灯，由于指示灯离显示窗近，不必通过塑料导光柱进行导光，节约空间，进一步地实现集成。

五、后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。

六、强电与弱点间用隔槽分开，提高电路板抗干扰特性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的装配示意图。

图3是本实用新型的第一PCB板的结构示意图。

图4是本实用新型的第二PCB板的结构示意图。

图5是本实用新型的第三PCB板的立体结构示意图。

图6是本实用新型的第三PCB板的平面结构示意图。

图中：1-上壳体； 2-下壳体； 3-第一PCB板；301-电容；302-载波耦合电路；303-载波接收滤波电路；304载波信号放大滤波电路；305隔槽；306-过零检测电路；307-载波发送电路；4-第二PCB板；401-主控芯片；402-加密芯片；403-开关电源；404-存储器；405-晶振；5-第三PCB板。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图1、3、4、5、6所示，一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，包括PCB板组；该PCB组由三PCB板上下叠置而成，三PCB板分别为从下至上依次连接的第一PCB板3、第二PCB板4、第三PCB板5；该第一PCB板3上设有载波电路、电源电路；该第二PCB板4上设有主控芯片401、加密芯片402；该第三PCB板5上设有通信模块；该电源电路包括12V电源电路和后备电源电路；该后备电源电路设有多个电容301；该载波电路包括：载波耦合电路302、载波接收滤波电路303、载波信号放大滤波电路304及载波发送电路307；该载波耦合电路302与电容301并排设于第一PCB板3的一侧，该载波耦合电路302外周的第一PCB板3上开设隔槽305，该第一PCB板3上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板叠置，充分利用空间，在不增加壳体内腔的基础上，实现多功能的集成。第一PCB板、第二PCB板、第三PCB板之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。且主控芯片401、加密芯片402与载波电路、电源电路及通信模块设在不同的PCB板上，有效地减少对主控芯片401、加密芯片402的干扰，提高工作的可靠性。在正常时，由12V电源电路进行供电；当断电时，由后备电源电路进行暂时电源以实现短时间断电事件上报，该后备电源电路包括多个串联电容301。通信仓内置后备电源，当停电时，实现短时间断电事件上报功能。本技方案达到空间利用率最大化，散热效果最佳的PCB板组设计。

为提高使用的灵活性，并降低成本。该第三PCB板5以插接的方式设在第二PCB板4上；或第三PCB板5固接在第二PCB板4上，第二PCB板4以插接的方式设在第一PCB板3上。方便第三PCB板5的更换，降低成本，使用灵活。提高通用性，降低成本，可以通过更换第三PCB板5或第三PCB板5、第二PCB板4的方式以适应IoT-G 230和LTE-G 230制式。实现兼容，提高通用性。

为进一步优化结构，第三PCB板上设有指示灯。第三PCB板上直接设指示灯，由于指示灯离上壳体顶近，不必通过塑料导光柱进行导光，节约空间，进一步地实现集成。

该第三PCB板5、第二PCB板4尺寸小于第一PCB板3。有效实现多板的上下叠置，并有效避开手持部。

如图4所示，为实现更多功能的集中，进行合理布局，该第二PCB板4呈“L”形，其中部设有主控芯片401，主控芯片401外侧的PCB板上设有开关电源403、存储器404，主控芯片401内侧的PCB板上设有晶振405，第二PCB板4的外伸部上设有加密芯片402，第二PCB板4的前后两侧均设有接插件。接插件实现相邻PCB板间的上下间隙隔开，同时实现数据的传输。

为充分利用有限的空间，第一PCB板3一角设有5个电容301，5个电容301分二排设置，3个电容301位于外侧，2个电容301位于3个电容301的内侧，该电容301为2.7V 2F电容301；该第三PCB板5、第二PCB板4位于电容301的一侧以避开电容301。充分利用空间，多个电容301串联构成后备电源的重要组成部分，5个电容301充分利用空间。若单个电容301容量大，则体积大，会出现装配不下等问题，在保证电容301量的前提下，若单个电容301量小，则需要大于5个的电，也会出现占用PCB板面板过大，导致其他电路不能设置的问题。既考虑了放电电流对电路的影响，又节约了空间；考虑到盒子提手处高度不够，需要避让的问题。

在本实施例中，电容301高12mm，直径8.2mm，电容301间距1.5mm。有效利用空间的同时，满足用电需要。

为提高工作的可靠性，避免干扰，该第一PCB板3上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口；该第一PCB板3上开设隔槽305，以隔离强电和弱电。

为实现多数据的采集，并减少相互的干扰，该第一PCB板3还设有过零检测电路306，该载波电路包括：载波耦合电路302、载波接收滤波电路303、载波信号放大滤波电路304及载波发送电路307；设载波耦合电路302处的第一PCB板3上设有隔槽305。强电基本设在第一PCB板3上，与位于第三PCB板5的通讯电路相隔，有利于提高工作的稳定性。

本技术方案强弱电分离，电路板上的隔槽305实现，三层设计，底板用来做电源与载波电路，中间板上有控制芯片MCU，用来做数字信号处理，MCU中可集成温度传感器，温度传感器实现对整个通信仓温度的监测。最上层板是通信模块板，每层板子之间连接采用可插拔的接插件连接，既完成板与板之间电气连接，同时起到对电路板的支撑与固定作用，避免使用铜柱，节约空间。

其中，本技术方案采用的电源系统主要有两类，一个主要微处理器信号和外围器件提电源，这个电源一般是低压电源在+5V以下，且对电源稳定性纹波要求较高，有可能需要多个电压段，一般用LDO电源芯片做稳压芯片；另外一个则是要对载波信号放大电路，此类电源一般比起上面一类电压要高，一般在+12V以上，纹波要求稍低，这个主要是为了耦合出去的电压信号比较大，是的在传输过程衰减后还能有比较强的信号，一般用DCDC电源芯片实现。

载波信号放大滤波电路304：主要放大调制出来载波信号，供给下一级载波信号耦合到电力线上；载波放大电路一般由运算放大器加外围滤波电路组成，将信号强度比较低输入信号放大，使其信号耦合到电力线上传送远的距离。

载波信号耦合和接收滤波电路。载波信号耦合：主要是把发送的载波信号耦合到电力线上传送出去，或者把电力线上的信号提取成低压信号。接收滤波电路：把耦合电路上提取收到的载波信号过滤提纯，供给调试解调芯片解调信号。电力线上都是交流高压信号，而载波信号都是弱电信号，相当于耦合就是把低压信号和电力线高压信号桥梁，这个实现主要通过变压器电路来实现。

电力线上过零检测：主要是载波信号接收解调和发送调制的一个触发数据传输信号；电力线存在本身固有的脉冲干扰。使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法。主要实现方法大致有两种方案，一是变压器隔离，二是光耦隔离的；光耦隔离的过零比变压器隔离的过零有个个好处功耗低、过零点延迟小。

为避免通信仓中温度过高，该第二PCB板4上设有温度传感器。由于通信仓体积小，且存在高功耗的元件，通信仓内温度可能过热问题，增加温度传感器，实时监控通信仓载板温度，发现设备过热，超过设置的温度时，通信仓停止部分作业，进入低功耗模式，进行自主降温，当通信仓温度降低到一定数值后，重新恢复正常作业。放置于电路板第二层靠近发热最大的设通信模块的第三PCB板5，客观反映通信仓当前温度，通信模块放置通信仓最上面，最大化利用空间散热。该主控芯片401与通信模块相连以控制通信模块的工作情况，主控芯片401可通过开关管等与通信模块的电源接入端相连，以控制通信模块的得失电情况，当温度达到阈值时，主控芯片401断开通信模块的电源供给，从而实现降温。

如图2所法，在装配时， PCB板组位于上壳体1和下壳体2扣合形成用于容纳的电气室中，上壳体1、下壳体2扣合形成的壳体呈长方体，上壳体1的左右两侧上设有方便取放的下凹口以作为手持部，上壳体1的顶面设有能与第三PCB板上指示灯相对的显示窗103。第一PCB板3、第二PCB板4、第三PCB板5之间可通过插针进行定位、通讯，可靠性高，结构紧凑。另外本技术方案中，第三PCB板5上直接设指示灯，由于指示灯离显示窗103近，不必通过塑料导光柱进行导光，节约空间，进一步地实现集成。

本技术方案中的通信仓功能电路较多，包括230通信模块、载波电路、超级电容301等，对空间要求大，本技术方案不仅要考虑定位孔对电路板的影响，还需考虑到通信仓与电表之间的接插联系，并对定位柱的高低进行调整，达到电路板最佳位置高度。

通过以上的方式，通信仓能在65 * 45mm的空间内放置230通信模块，电力载波通信模块，中央控制单元，供电模块包括稳压模块与超级电容301，加密芯片402等，并且需要避开LED指示灯窗口。

230通信模块采用接插件，模块体积较大，达到30 * 40 mm，占据了通信仓大部分区域，安装在盒子最顶端，通信板为下图所示，异型板设计可以避开通信仓手拿部分的异型结构，板子上具有加密芯片402，主控芯片401，接插件，还拥有晶振405，电阻电容301等匹配电路。

以上图1-4所示的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：包括PCB板组；所述的PCB组由三PCB板上下叠置而成，三PCB板分别为从下至上依次连接的第一PCB板（3）、第二PCB板（4）、第三PCB板（5）；所述的第一PCB板（3）上设有载波电路、电源电路；所述的第二PCB板（4）上设有主控芯片（401）、加密芯片（402）；所述的第三PCB板（5）上设有通信模块；所述的电源电路包括12V电源电路和后备电源电路；所述的后备电源电路设有多个电容（301）；所述的载波电路包括：载波耦合电路（302）、载波接收滤波电路（303）、载波信号放大滤波电路（304）及载波发送电路（307）；所述的载波耦合电路（302）与电容（301）并排设于第一PCB板（3）的一侧，所述的载波耦合电路（302）外周的第一PCB板（3）上开设隔槽（305），所述的第一PCB板（3）上设有电表数据接口、12V电源接口、220V电力线接口。

2.根据权利要求1所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的第三PCB板（5）以插接的方式设在第二PCB板（4）上；或第三PCB板（5）固接在第二PCB板（4）上，第二PCB板（4）以插接的方式设在第一PCB板（3）上。

3.根据权利要求2所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：第三PCB板上设有指示灯。

4.根据权利要求3所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的第三PCB板（5）、第二PCB板（4）的外廓尺寸小于第一PCB板（3）。

5.根据权利要求4所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的第二PCB板（4）呈“L”形，其中部设有主控芯片（401），主控芯片（401）外侧的PCB板上设有开关电源（403）、存储器（404），主控芯片（401）内侧的PCB板上设有晶振（405），第二PCB板（4）的外伸部上设有加密芯片（402），第二PCB板（4）的前后两侧均设有接插件。

6.根据权利要求5所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：第一PCB板（3）的一角设有5个电容（301），5个电容（301）分二排设置，3个电容（301）位于外侧，2个电容（301）位于3个电容（301）的内侧，所述的电容（301）为2.7V 2F电容（301）；所述的第三PCB板（5）、第二PCB板（4）位于电容（301）的一侧以避开电容（301）。

7.根据权利要求5所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的电容（301）高12mm，直径8.2mm，电容（301）间距1.3mm～1.7 mm。

8.根据权利要求6所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的第一PCB板（3）还设有过零检测电路（306），所述的过零检测电路（306）位于载波耦合电路（302）外侧的PCB板上。

9.根据权利要求2所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：所述的第二PCB板（4）上设有温度传感器。

10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的一种基于230MHz电力无线专网的智能电表通信仓PCB板，其特征在于：第三PCB板（5）的外廓为28 * 38 mm～32 * 42 mm。

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