CN211557273U - 一种新型电力标准化通信核心板 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种新型电力标准化通信核心板，一微控制单元，微控制单元上设置：若干USART引脚，分别连接下载接口、LORA接口、4G插接口、RS‑232接口、蓝牙接口和第一预留接口；若干GPIO引脚，分别连接HS00388接口、中断开关、LED和第二预留接口；两个AD引脚，分别连接核心电源板和输出电压；一电源引脚和一接地引脚，均连接第三预留接口；一RMII引脚，连接ETH接口；一NRST接口，连接看门狗，本实用新型具备4G、看门狗、通讯及电源指示功能，且具有多种丰富的外设网络接口和I/O扩展资源，为板卡的二次开发和设计提供了途径和方便，功耗小，从而保证了配电终端通信的可靠性，适用性广。

Description

一种新型电力标准化通信核心板

技术领域

本实用新型涉及通信设备领域，尤其涉及一种新型电力标准化通信核心板。

背景技术

目前市场上，对于支持国网101、104规约的通信设备模块，如果按照功能划分，产品形态分为4G版本和以太网版本，分别应用于连接国网后台的不同场景。

现有的支持国网101、104规约的通信设备市场上种类不多，由于模块多版本设计，使得模块在使用上变得繁琐而无法统一；针对太阳能供电的通信设备，在电源能量不足的情况下，会出现通信异常的情况。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种新型电力标准化通信核心板，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种新型电力标准化通信核心板，包括

一微控制单元，固定于配电终端通信板卡上，所述微控制单元上设置：

若干USART引脚，分别连接下载接口、LORA接口、4G插接口、RS-232 接口、蓝牙接口和第一预留接口；

若干GPIO引脚，分别连接HS接口、中断开关、LED和第二预留接口；

两个AD引脚，一所述AD引脚连接核心电源板，另一所述AD引脚连接输出电压；

一电源引脚和一接地引脚，所述电源引脚和所述接地引脚均连接第三预留接口；

一RMII引脚，连接ETH接口；

一NRST接口，连接看门狗。

优选地，所述微控制单元采用型号为STM32F429VIT6单片机。

优选地，所述微控制单元上还设置两个SPI引脚，一所述SPI引脚连接快闪存储器，另一所述SPI引脚连接加密芯片。

优选地，所述第一预留接口、第二预留接口、第三预留接口和所述快闪存储器共同组成冗余单元。

优选地，所述4G插接口内插设SIM卡，所述4G插接口连接SMA接头。

优选地，所述看门狗上设置复位按键。

优选地，所述核心电源板包括

一直流电源；

两路变压电路，两路所述变压电路输入端均与所述直流电源连接；

一微控制器电源监控，所述微控制器电源监控和微控制单元共同连接一路所述变压电路；

所述微控制单元分别通过四个所述GPIO引脚连接四个负载开关，所述四个负载开关分别连接以太网PHY层芯片、安全芯片、配电终端安全芯片、 4G模块。

优选地，每一路所述变压电路均包括以同步PWM开关降压稳压器为核心的BUCK电路，所述同步PWM开关降压稳压器通过PG引脚与微控制单元的AD引脚连接。

有益效果：本实用新型的配电终端通信板卡具备4G、硬件看门狗、通讯及电源指示功能，且具有以太网、串口、蓝牙、LORA、RS232、SPI、SIM 卡等丰富的外设接口和I/O扩展资源，板卡上设置的多个预留接口为板卡的二次开发和设计提供了途径和方便，结构简单，集成化高，板卡具备较宽温度范围的核心电源板，功耗小，很难出现电能不足的情况，从而保证了配电终端通信的可靠性，可用于多种配电终端通信设备上，适用性广。

附图说明

图1为本实用新型的配电终端通信板卡引脚连接示意图；

图2为本实用新型的核心电源板的电路连接框图；

图3为本实用新型的核心电源板的微控制单元的电路图；

图4为本实用新型的核心电源板的以太网的电路图；

图5为本实用新型的快闪存储器的电路图。

图中：1-微控制单元；2-下载接口；3-LORA接口；4-4G插接口；5-RS-232 接口；6-蓝牙接口；7-HS接口；8-中断开关；9-复位按钮；10-第二预留接口； 11-第一预留接口；12-核心电源板；13-第三预留接口；14-ETH接口；15-看门狗；16-快闪存储器；17-以太网PHY层芯片；18-安全芯片；19-配电终端安全芯片；20-4G模块；21-变压电路；22-输出电压；23-加密芯片；24-微控制器电源监控。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型提供了一种新型电力标准化通信核心板，包括一微控制单元1，固定于配电终端通信板卡上，微控制单元1上设置：

若干USART引脚，USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)为通用同步/异步收发模块，可实现高速数据通信，分别连接下载接口2、LORA接口3、4G插接口4、RS-232接口5、蓝牙接口6 和第一预留接口11；RS-232串口标准常用于计算机、路由器与调制调节器之间通信。USART若干GPIO引脚，分别连接HS接口7、中断开关8、LED 和第二预留接口10；两个AD引脚，一AD引脚连接核心电源板12，另一AD引脚连接输出电压22；

RS-232(Recommend Standard 232)其全名是“数据终端设备)和数据通信设备之间串行二进制数据交换接口技术标准”。

LORA(Long Range Radio)，全名为远距离无线电，LORA接口用于连接无线接收设备。

HS(High-speed)，在最新版本的USB2.0接口标准中将USB接口速度划分为三类，而HS接口则为传输速率为25Mbps-400 Mbps(最大480Mbps) USB高速接口。

GPIO(General-purpose input/output)，通用输入/输出口的简称，具有低功耗、在待机模式下也能够全速工作、小封装、低成本、灵活的灯光控制、可预先确定响应时间、更好的灯光效果、布线简单等优点。

AD(Analog to Digital)引脚，连接将模拟信号转换为数字信号的电子元件。可将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

一电源引脚和一接地引脚，电源引脚和接地引脚均连接第三预留接口 13；

一RMII引脚，连接ETH接口14，RMII(Reduced Media Independant Interface)即简化媒体独立接口，是标准的以太网接口之一。ETH(Ethernet) 接口即以太网接口。如图3和图4所示，以太网以ETH-NRST引脚接入微控制器。

一NRST接口，NRST为异步复位脚，连接看门狗15。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型的配电终端通信板卡具备4G、硬件看门狗、通讯及电源指示功能，且具有以太网、串口、蓝牙、LORA、RS232、SPI、SIM(Subscriber Identity Modula，用户识别卡)卡等丰富的外设接口和I/O扩展资源；支持蓝牙和LORA两种无线方案进行设备维护

(2)板卡上设置的多个预留接口为板卡的二次开发和设计提供了途径和方便；

(3)板卡具备较宽温度范围的核心电源板，功耗小，很难出现电能不足的情况，从而保证了配电终端通信的可靠性；

(4)可用于多种配电终端通信设备上，适用性广。

作为本实用新型一种优选的实施方案，微控制单元1采用型号为 STM32F429VIT6单片机。

作为本实用新型一种优选的实施方案，微控制单元1上还设置两个SPI 引脚，SPI(Serial Peripheral Interface)为串行外设接口。一SPI引脚连接快闪存储器16，是电子可擦除可编程只读存储器的一种，快闪存储器允许在操作中多次擦或写，并具有非易失性，即单指保存数据而言，它并不需要耗电。快闪在写入大量数据时具有显著地优势。如图3和图5所示，快闪存储器 FLASH通过FLASH-CS、FLASH-MISO、FLASH-WP三个引脚接入MCU，其供电电压为3.3V。

另一SPI引脚连接加密芯片23。加密芯片对单片机的存储信息进行加密，保证单片机信息不会轻易泄漏给别人，保证通信板卡的私密性。可补充的是，本实用新型的通信板卡支持国网加密芯片三种，芯片型号分别是北京智芯 SC1161Y、SGC1126A、南瑞NRSEC3000，方便接入南方多种后台。

作为本实用新型一种优选的实施方案，第一预留接口11、第二预留接口 10、第三预留接口13和快闪存储器16共同组成冗余单元。冗余单元即多余另外设置的重复接口，便于二次开发。优选的是，三个预留接口方便安装其他电路元件，并作为后续的配电终端通信板卡的后续设计的基础，且快闪存储器16可存储或更新新的内容和数据，从而使通信板卡的后续设计和开发更加顺畅。

作为本实用新型一种优选的实施方案，4G插接口内插设SIM卡，4G插接口连接SMA接头。使配电终端通信板卡具备4G网络和通讯的功能。SMA 接头可与光纤连接，可通过光纤传输网络信号。SMA(Small A Type)接头是一种典型的微波高频连接器。

作为本实用新型一种优选的实施方案，看门狗15上设置复位按键24。看门狗15即看门狗定时器，在单片机程序的调试和运行中都有着重要的意义。它的主要功能是在发生软件故障时，通过使器件复位(如果软件未将器件清零)将单片机复位。也可以用于将器件从休眠或空闲模式唤醒，看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统，当系统出现故障时，在可选的超时周期之后，看门狗将以复位信号(RESET)作出响应，当单片机程序死机时，看门狗通过复位信号使复位按键自动按动，就会使单片机复位。

综上所述，本实用新型的配电终端通信板卡具有以下优点：

(1)、体积小，便于二次开发，集成度高；

(2)、支持国网三种加密芯片，可应用于多种国网后台，同时支持4G、以太网、光纤三种不同方式接入国网后台；

(3)、支持蓝牙和LORA两种无线方案进行设备维护、具备本地串口， LORA、4G无线，以太网多种软件升级功能；

(4)、支持通过参数配置选择不同的协议组合、维护软件实时修改点表配置、国网101、104规约、文件系统。

如图2所示，作为本实用新型一种优选的实施方案，核心电源板12包括

一直流电源；

两路变压电路21，两路变压电路21输入端均与直流电源连接；

一微控制器电源监控24，即IMP706SESA，微控制器电源监控24和微控制单元1共同连接一路变压电路21；微控制器电源监控24用于监控微控制单元1上的电压是否正常，保证微控制单元的顺利运行。

微控制单元1分别通过四个GPIO引脚连接四个负载开关，四个负载开关分别连接以太网PHY层芯片17、安全芯片18、配电终端安全芯片19、4G 模块20。4G插接口4为4G模块的一个组成部分。微控制单元通过四个负载开关控制以上四个芯片。

可补充的是，微控制单元与以太网PHY层芯片17之间通过RMII接口相接，RMII接口芯片采用马维尔芯片88E6321-NAZ，可拓展两路以太网接口和两路光口，该模块的隔离变压器集成在单板上，可有效的减少用户设计负担，同时也避免了客户因隔离变压器布局(layout)不当，造成产品电磁(EMI, Electromagnetic Interference)干扰问题。

4G模块采用移远EC20模块作为无线单元，与单片机通过串口级联，并通过若干IO进行数据时序交互，板载存储单元W25N01。

作为本实用新型一种优选的实施方案，每一路变压电路21均包括以 NCP3170为核心的BUCK电路，NCP3170通过PG引脚与微控制单元的AD 引脚连接。PG(power good)电源稳定引脚，在开机之后，PG引脚会保持在低阻抗状态，当输出电压达到额定稳压值的83％以上，这个管脚就会进入高阻抗状态。PG引脚上加个上拉电阻，则在上电前PG引脚输出是低电平，在输出稳定后，PG引脚高阻，输出为高电平。

NCP3170为同步PWM开关降压稳压器，可将输入电压降低到合适的稳定电压后输出给各个芯片。其中，第一路NCP3170与微控制器电源监控22、微控制单元1、以太网PHY层芯片17、安全芯片18、配电终端安全芯片19 连接，第二路NCP3170与4G模块20连接。

下面介绍核心电源板的两种上电逻辑：

(1)PG上电方式：

第一路NCP3170电源输出稳定时，由NCP3170的PG引脚硬件启动微控制单元的前端负载开关，微控制单元1启动后开启4G前端第二路的NCP 3170，第二路NCP 3170启动后，由微控制单元检测第二路NCP 3170PG引脚电平以决定是否为后续的负载供电。

(2)SI4435上电方式：

由微控制器4个GPIO控制四个负载开关，四个负载开关分别控制以太网PHY层芯片(LAN8720)17、安全芯片(NRSEC3000)18、配电终端安全芯片 (SC1161Y)19、4G模块20。

在PG引脚接上拉电阻，在微控制单元初始化I/O口不稳定时，负载开关断开。微控制单元初始化结束后，GPIO拉低负载，负载开关连接，使负载启动。

核心电源板12的优点如下：

(1)通过两种方式上电，满足不同场景下的电源供给需求。

(2)通过微控制单元对各部分负载和芯片按优先级逐级上电，避免上电紊乱，保证上电的顺序性和安全性。

(3)电源闭环设计，主电源输出稳定后，使微控制单元(MCU， MicrocontrollerUnit)优先启动，启动后的微控制单元对前端各部分电源健康状态进行检测，检测通过后，逐级开启后端负载，确保负载的可靠性供电。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，包括

一微控制单元，固定于配电终端通信板卡上，所述微控制单元上设置：

若干USART引脚，分别连接下载接口、LORA接口、4G插接口、RS-232接口、蓝牙接口和第一预留接口；

若干GPIO引脚，分别连接HS接口、中断开关、LED和第二预留接口；

两个AD引脚，一所述AD引脚连接核心电源板，另一所述AD引脚连接输出电压；

一电源引脚和一接地引脚，所述电源引脚和所述接地引脚均连接第三预留接口；

一RMII引脚，连接ETH接口；

一NRST接口，连接看门狗。

2.根据权利要求1所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述微控制单元采用型号为STM32F429VIT6单片机。

3.根据权利要求1所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述微控制单元上还设置两个SPI引脚，一所述SPI引脚连接快闪存储器，另一所述SPI引脚连接加密芯片。

4.根据权利要求3所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述第一预留接口、第二预留接口、第三预留接口和所述快闪存储器共同组成冗余单元。

5.根据权利要求1所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述4G插接口内插设SIM卡，所述4G插接口连接SMA接头。

6.根据权利要求1所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述看门狗上设置复位按键。

7.根据权利要求1所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，所述核心电源板包括

一直流电源；

两路变压电路，两路所述变压电路输入端均与所述直流电源连接；

一微控制器电源监控，所述微控制器电源监控和微控制单元共同连接一路所述变压电路；

所述微控制单元分别通过四个所述GPIO引脚连接四个负载开关，所述四个负载开关分别连接以太网PHY层芯片、安全芯片、配电终端安全芯片、4G模块。

8.根据权利要求7所述的一种新型电力标准化通信核心板，其特征在于，每一路所述变压电路均包括以同步PWM开关降压稳压器为核心的BUCK电路，所述同步PWM开关降压稳压器通过PG引脚与微控制单元的AD引脚连接。