CN211294145U - 一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，包括通讯集中处理器，与通讯集中处理器分别连接的LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块；LoRa自组网通讯模块，包括LoRa网络集中控制器和LoRa终端模块；电力载波通讯模块包括电力载波数据采集模块和通讯模块；蓝牙通讯模块包括数据采集模块和蓝牙无线模块；通讯集中处理器将LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块采集传输的数据传输至后台服务器。本实用新型同上位机一起构成无线接入系统，应用于无法铺设或很难铺设电缆的工业现场环境或者网络覆盖范围大的国家电网领域；整个模组可以同分布式现场总线集成，满足特别现场应用的需求。

Description

一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组

技术领域

本实用新型属于电力监控领域，尤其是一种能通过多种通讯方式实现监控的通讯模组。

背景技术

LoRaWAN是为LoRa远距离通信网络设计的一套通讯协议和系统架构。Lora通信系统通常包含终端、基站、网络服务器、应用服务器这四个部分。基站和终端之间采用星型网络拓扑，由于LoRa的长距离特性，它们之间得以使用单跳传输。终端节点可以同时发给多个基站，基站则对网络服务器和终端之间的LoRaWAN协议数据做转发处理，将LoRaWAN数据分别承载在了LoRa射频传输和TCP/IP上。

电力线载波(PLC)是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。

蓝牙技术是一种可使电子设备在10～100m的空间范围内建立网络连接并进行数据传输或者语音通话的无线通信技术。

三种通讯方式有其各自的优缺点，因此将三种通讯方式融于一体是电力用户最迫切的想法，将实现技术互补的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的通过将三种通讯方式集于一体，利用各自的优点克服现有技术的缺陷，提供了一种用户可以自主选择组网方式，即用户可以调用LoRa自组网提供的标准接口既可快速生成自己的无线应用解决方案，也可以利用电力载波方式实现数据采集、控制，还可以利用蓝牙的低功耗、传输速率快、建立连接性短、稳定性、安全性高的无线通讯控制器。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，包括通讯集中处理器，与通讯集中处理器分别连接的LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块；

所述LoRa自组网通讯模块，包括LoRa网络集中控制器和LoRa终端模块；所述电力载波通讯模块包括电力载波数据采集模块和通讯模块；所述蓝牙通讯模块包括数据采集模块和蓝牙无线模块；

所述通讯集中处理器将LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块采集传输的数据传输至后台服务器。

对于上述技术方案，本实用新型进一步优选的方案在于：

优选的,所述LoRa网络集中控制器包括依次连接的LoRa网关模块、LoRa网络管理服务器模块、数据应用服务器模块和人机交互接口；

所述LoRa网关模块采用星型网络结构无线连接若干个LoRa终端模块，从LoRa终端模块接收用户数据。

优选的,所述lora终端模块包括单片机mcu、射频芯片和扩展接口；

射频芯片与单片机mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网。

优选的,所述扩展接口为RS485或RS232，与电力用户的监测单元连接。

优选的,所述人机交互接口为RS485或RS232。

优选的,所述电力载波数据采集模块，包括嵌入式电力载波模块和电路板；

所述电路板包括单片机、接插器件和显示屏，放置在嵌入式电力载波模块上方，并与之固定；所述接插器件，用于分别与嵌入式电力载波模块和传感器连接。

本实用新型的优点和积极效果是：

1.当连接蓝牙通讯模块时，功耗低且传输速率快，建立连接的时间短，稳定性好，安全度高。蓝牙通讯的短数据封包特性是其低功耗技术特点的根本，传输速率可达到1Mb/s，且所有连接均采用先进的嗅探性次额定功能模式以实现超低的负载循环。蓝牙用应用程序打开到建立连接只需要短短的3ms，同时能以数毫秒的传输速度完成经认可的数据传递后并立即关闭连接。蓝牙低功耗技术使用24位的循环重复检环(CRC)，能确保所有封包在受干扰时的最大稳定度。CCM的AES-128完全加密技术为数据封包提供高度加密性及认证度。

2.当连接LoRa通讯模块时，由于其联网速度快，用户无需关心LoRa/LoRaWAN无线网络的具体构建过程，只需调用LoRa自组网提供的标准接口既可快速生成自己的无线应用解决方案。

3.当连接电力载波通讯模块时，不需要另外布置通讯线路。将电力载波模块与传感采集、显示电路和控制电路相连接。在没有网络分布的条件下也能灵活的采集各点的传感数据，并能汇集、查看检测和控制结果。

4.本实用新型一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，一机多用，整合力度大，适用范围宽，既适用于需要网络覆盖范围大的国家电网，又适用于无法实现网络覆盖的电力单位。

本实用新型主要应用于电力行业的无线数据采集，是一种具有自主处理能力的智能传感设备，可以同任何符合LoRa协议、电力载波和蓝牙规范的设备建立连接，同任何具有相应协议和规范无线传感器规范的设备进行数据交换，同时用多个传感器可以组成网络，同上位机一起构成无线接入系统，方便灵活地应用于许多无法铺设电缆或很难铺设电缆的工业现场环境或者网络覆盖范围大的国家电网领域；整个模组可以同分布式现场总线集成，作为独立的I/O子系统，满足特别现场应用的需求。

附图说明

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

图1为一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组的系统框图；

图2为LoRa自组网通讯模块系统框图；

图3为蓝牙通讯模块系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，包括通讯集中处理器，与通讯集中处理器分别连接的LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块；LoRa自组网通讯模块，包括LoRa网络集中控制器和LoRa终端模块；电力载波通讯模块包括电力载波数据采集模块和通讯模块；蓝牙通讯模块包括数据采集模块和蓝牙无线模块；通讯集中处理器将LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块采集传输的数据传输至后台服务器。

如图2所示，LoRa的自组网通讯装置包括LoRa网络集中控制器和LoRa终端模块；LoRa网络控制器包括LoRa网关模块、LoRa网络管理服务器模块、数据应用服务器模块和人机交互接口；LoRa终端模块包括mcu、射频芯片和扩展接口。射频芯片与mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网。扩展接口为RS485或RS232，可以随意添加电力用户的监测单元，如：电表、温湿度传感器、断路器控制器等等。LoRa网关模块与LoRa终端模块采用星型网络结构无线连接，从LoRa终端模块接收用户数据。LoRa网络管理服务器模块提供UI界面，对网关模块进行配置，以及对所述LoRa终端模块进行连接性管理、鉴权管理、分组管理；数据应用服务器模块对通讯集中处理器进行数据的传输；人机交互接口为RS485或RS232。

LoRa终端模块用于连接用户终端，向用户终端提供LoRa无线网络的接入能力。LoRa节点模块在自组网中作为数传模块，负责将用户数据转换成无线数据进行收发，省却了用户布线的困扰。Lora终端模块包括mcu和射频芯片，射频芯片与mcu连接，lora模块与lora模块之间通过射频芯片组网，lora模块与网关节点通过射频芯片组网，网关节点获取主机上的无线数据命令，通过lora模块组成的lora无线传感网下发给用户终端，用户终端通过lora无线传感网返回数据给网关节点，网关节点通过LoRa网络管理服务模块和用户数据应用服务器模块把数据传输到通讯集中处理器，lora模块是扩大lora无线传感网的重要部分，lora模块承担着数据路由功能，这样的lora无线传感网可以满足用户终端规模很大，或者是用户终端之间的距离相当远，这种模式使用可以使得组网规模大幅度扩大。

lora模块之间相互组网，lora模块的上级连接点也可以是lora模块，作为lora模块，多个lora模块的使用，可以增加多个独立的网络，降低整网的复杂性，增加无线组网的组网规模，这样的连接方式适用在用户终端比较分散，距离间隔比较长的台区，可以使得零散的用户终端模块组在一张无线拓扑网络里，同个网络有多个独立的子网络，互不干扰，独立工作。

电力载波通讯模块包括电力载波数据采集模块和通讯模块，电力载波数据采集模块包括嵌入式电力载波模块和接口。嵌入式电力载波数据采集模块，用于提供半双工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz电力线上实现局域通信，从而实现通过电力信号传输采集到的数据信息和控制信息；接口和相应的外部传感单元或任何电力检测模块连接，将采集到的数据通过电力线传输至电力载波数据采集模块进行处理后通过通讯接口传输至后台服务器。

电力载波通讯模块连接电源后，单片机的特征信息和对应的采集信息会通过通讯发送至通讯集中处理器，通讯集中处理器进行分析后下发控制指令，控制指令通过通讯模块发送至单片机后开启受控模块。后台服务器配有相关软件进行数据查看，用于掌握多台设备不同位置的检测数值和控制状态查询。显示内容可根据需求确定，可显示设备编号、设备连接状态、信息接收时间、传感数据和客户信息等。

如图3所示，蓝牙通讯模块主要包括：包括用于进行现场数据采集的数据采集模块、对数据进一步处理和无线传输的蓝牙无线模块；现场数据采集模块主要是对所监测设备的现状进行实时数据采集；蓝牙无线模块(BM)，通过其内部的微控制器(MCU)运行蓝牙无线通信协议，提供蓝牙查询、匹配、连接、数据传输的功能，并通过建立无线链路与其它蓝牙设备构成蓝牙微网，同上位机实现相互通信的能力。

现场数据采集模块可多台同时使用，理论上没有数量限制，可检测和采集不同位置的检测指标数据，多个检测数据通过蓝牙无线传输模块传输至后台服务器，通过显示软件进行查看。

无线蓝牙通讯模块选用TI公司的CC2450F128芯片作为蓝牙通信芯片，该芯片提供真正的单片低功耗蓝牙BLE解决方案，能够运行应用程序和BLE协议栈。CC2450F128芯片内部集成了高性能低功耗的8051微处理器核，片内提供来了128KB的Flash存储空间,对外支持UART和USB通信接口，CC2450F128芯片一般需要两个时钟晶振，其最为核心的部分是天线的电路设计，需要根据实际的需要调整阻抗匹配。由于CC2450F128芯片使用的是8051微处理器核，所以其可以对外提供多个IO引脚以用于其他业务逻辑的实现。

总体实施方式为，现场多个不同类型的采集模块将采集到的相关数据通过相应的通讯方式即LoRa通讯方式、电力载波通讯方式、蓝牙通讯方式，传输到集中控制器，集中控制器接收相应数据并进行存储和上传，实现用户端的实时动态监测。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,包括通讯集中处理器，与通讯集中处理器分别连接的LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块；

所述LoRa自组网通讯模块，包括LoRa网络集中控制器和LoRa终端模块；所述电力载波通讯模块包括电力载波数据采集模块和通讯模块；所述蓝牙通讯模块包括数据采集模块和蓝牙无线模块；

所述通讯集中处理器将LoRa自组网通讯模块、电力载波通讯模块和蓝牙通讯模块采集传输的数据传输至后台服务器。

2.如权利要求1所述的一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,所述LoRa网络集中控制器包括依次连接的LoRa网关模块、LoRa网络管理服务器模块、数据应用服务器模块和人机交互接口；

所述LoRa网关模块采用星型网络结构无线连接若干个LoRa终端模块，从LoRa终端模块接收用户数据。

3.如权利要求2所述的一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,所述lora终端模块包括单片机mcu、射频芯片和扩展接口；

射频芯片与单片机mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网。

4.如权利要求3所述的一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,所述扩展接口为RS485或RS232，与电力用户的监测单元连接。

5.如权利要求2所述的一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,所述人机交互接口为RS485或RS232。

6.如权利要求1所述的一种基于低功耗多通讯方式集一体的模组，其特征在于,所述电力载波数据采集模块，包括嵌入式电力载波模块和电路板；

所述电路板包括单片机、接插器件和显示屏，放置在嵌入式电力载波模块上方，并与之固定；所述接插器件，用于分别与嵌入式电力载波模块和传感器连接。

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