CN212137668U - 一种新型智能通信与电能脉冲采集单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其包括单片机及与之相连的Fly‑Buck隔离电源、SPI通信接口、串行通信隔离电路、脉冲接收器、差分平衡收发器及ESAM安全加密模块。上述新型智能通信与电能脉冲采集单元，其可实现多通道多规约长距离串口通信，具有支持多通道多协议的高速通信和数据采集以及数据加密功能，通信效率高，通信稳定性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信领域，具体涉及一种新型智能通信与电能脉冲采集单元。
背景技术
用电信息采集系统对电力企业运营和资产管理有着重要的意义，具有采集范围广、数量多、时效性强等特点，应满足实时、稳定、高效、可靠等基本要求。而目前传统的用电信息采集系统只提供单一通道单一规约的通信功能，只支持DL/T645通信规约，无法实现多设备组网通信，数据传输效率低，长距离传输准确度差。
实用新型内容
针对上述现有技术，本实用新型要解决的技术问题是提供一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其可实现多通道多规约长距离串口通信，具有支持多通道多协议的高速通信和数据采集功能。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其包括：单片机及与之相连的Fly-Buck隔离电源、SPI通信接口、串行通信隔离电路、脉冲接收器及差分平衡收发器。
进一步，所述新型智能通信与电能脉冲采集单元还包括ESAM安全加密模块；电表和外部的通信数据，通过单片机(MCU)与ESAM电路进行数据加密和解密；MCU将所有外部通信数据和电表电能数据通过SPI通信发送给ESMA安全加密模块，ESMA收到数据后进行加密编译处理，完成加密后，又通过SPI通信接口将信息发送回MCU，MCU收到的加密数据进行数据管理和对外数据发送，整个过程实现对数据加密和总线抗扰安全防护机制，保证电表的输出输入数据的绝对安全。
进一步，所述串行通信隔离电路包括射极放大电路和光耦隔离器，所述射极放大电路包括一个信号三极管、信号二极管及两个电阻。一般普通光耦隔离器的信号延迟比较严重，严重影响了串口信号的传输速率，通过射极放大电路对光耦传输的电信号进行放大转换为三极管的输出，由于电路的放大作用，提前将光耦的电信号在未达到TTL逻辑门限电平进行放大，并将放大信号从射极输出，提升通信速率。
进一步，所述Fly-Buck隔离电源的电路包括依次连接的4个输入电容、电源芯片、隔离脉冲变压器、第一输出绕组和第二输出绕组；所述第一输出绕组包括整流二极管、LC滤波电路、LDO电压稳压芯片、第一输出电容；所述第二输出绕组包括第二输出电容；所述第一输出绕组和第二输出绕组分别与所述隔离脉冲变压器连接。上述Fly-Buck隔离电源电路电路实现流程为，4个输入电容将12V电压输入到DC/DC降压开关电源芯片，芯片将12V转为高频脉冲信号输入到隔离脉冲变压器，隔离脉冲变压器将输入电平通过两个输出绕组线路输出互相隔离的电压8V和3.3V；其中，8V电压通过整流二极管输出，并通过LC滤波电路输出到LDO电压稳压芯片，最终输出5V电压至第一输出电容；另外一组3.3V电压通过输出第二输出电容输出。
进一步，所述单片机的控制电路包括MCU控制芯片、晶振电路、E2ROM存储电路及电平监控电路；通过I/O将晶振电路中产生的振荡信号转换为系统的工作时钟信号，通过I2C串口通信接口与E2ROM存储电路相连，将处理的数据存储于E2ROM中；电平监控电路通过一个电阻电容，给MCU提供系统电平监控信号,保证整个模块在复杂的应用环境中，可靠安全运行。
进一步，所述SPI通信接口电路包括逻辑芯片、与所述逻辑芯片连接的第一上拉电阻组和第二上拉电阻组，所述逻辑芯片为74LC07芯片。SPI通信接口电路一端通过第一上拉电阻组与电表接口连接，另一边通过第二上拉电阻组与模块的串口连接，实现了电表与模块的通过SPI进行数据交互通信。
进一步，所述脉冲接收器电路包括过压保护电路和光耦；所述过压保护电路包括过压保护器件和二极管。光耦提供了脉冲信号的的输入及隔离功能。
与现有技术相比，本实用新型提供的智能通信与电能脉冲采集单元具有以下有益效果：
(1)采用高速MCU以及丰富的串口资源，高速MCU通过对串口通信信道的逻辑控制实现通信数据收发功能，并同时将信道的通信数据规进行存储、分析和约转换计算，满足支持多通道多协议的高速通信和数据采集功能、以及数据加密功能。
(2)利用分立晶体管分立电路对高密度光耦进行信号加速，大大提高了隔离数据的通信效率和通信稳定性。
(3)整个通信单元具有稳定和隔离的电源管理系统，采用独特Fly-Buck电源对SPI接口提供来自电表的DC电源进行电源转换和隔离，实现对MCU，通信电路和脉冲电能采集电路进行全局供电，电源在有限的空间，高效的实现4KV隔离的稳定电源输出。
附图说明
图1是本实用新型智能通信与电能脉冲采集单元的结构示意图；
图2是本实用新型中串行通信隔离电路示意图；
图3是本实用新型中Fly-Buck隔离电源的电路示意图；
图4是本实用新型中晶振电路示意图；
图5是本实用新型中E2ROM存储电路示意图
图6是本实用新型中电平监控电路示意图
图7是本实用新型中SPI通信接口电路示意图；
图8是本实用新型中脉冲接收器电路示意图；
图中标记：1-单片机；2-Fly-Buck隔离电源；3-SPI通信接口；4-串行通信隔离电路；5-脉冲接收器；6-差分平衡收发器；7-ESAM安全加密模块；42-光耦隔离器；411-信号三极管；412-信号二极管；413-电阻；21-输入电容；22-电源芯片；23-隔离脉冲变压器；241-整流二极管；242-LC滤波电路；243-LDO电压稳压芯片；244-第一输出电容；251-第二输出电容；102-晶振电路；103-E2ROM存储电路；104-电平监控电路；31-逻辑芯片；32-第一上拉电阻组；33-第二上拉电阻组；52-光耦；511-过压保护器件；512-二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
如图1所示，一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其包括单片机1及与之相连的Fly-Buck隔离电源2、SPI通信接口3、串行通信隔离电路4、脉冲接收器5、差分平衡收发器6及ESAM安全加密模块7；电表和外部的通信数据，通过单片机1(MCU)与ESAM电路进行数据加密和解密；MCU将所有外部通信数据和电表电能数据通过SPI通信接口3发送给ESMA安全加密模块，ESMA收到数据后进行加密编译处理，完成加密后，又通过SPI通信接口3将信息发送回MCU，MCU收到的加密数据进行数据管理和对外数据发送，整个过程实现对数据加密和总线抗扰安全防护机制。
如图2所示，所述串行通信隔离电路4包括射极放大电路和光耦52隔离器42，所述射极放大电路包括一个信号三极管411、信号二极管412及两个电阻413。通过射极放大电路对光耦52传输的电信号进行放大转换为三极管的输出，由于电路的放大作用，提前将光耦52的电信号在未达到TTL逻辑门限电平进行放大，并将放大信号从射极输出，这样抵消了光耦52的延迟，将原来9600bts的通信速率提升38400bts。
如图3所示，所述Fly-Buck隔离电源2的电路包括依次连接的4个输入电容21、电源芯片22、隔离脉冲变压器23、第一输出绕组和第二输出绕组；所述第一输出绕组包括整流二极管241、LC滤波电路242、LDO电压稳压芯片243、第一输出电容244；所述第二输出绕组包括第二输出电容251；所述第一输出绕组和第二输出绕组分别与所述隔离脉冲变压器23连接。上述Fly-Buck隔离电源2电路电路实现流程为，4个输入电容21将12V电压输入到DC/DC降压开关电源芯片22，芯片将12V转为高频脉冲信号输入到隔离脉冲变压器23，隔离脉冲变压器23将输入电平通过两个输出绕组线路输出互相隔离的电压8V和3.3V；其中，8V电压通过整流二极管241输出，并通过LC滤波电路242输出到LDO电压稳压芯片243，最终输出5V电压至第一输出电容244；另外一组3.3V电压通过输出第二输出电容251输出。
如图4-6所示，所述单片机1的控制电路包括MCU控制芯片、晶振电路102、E2ROM存储电路103及电平监控电路104；通过I/O将晶振电路102中产生的振荡信号转换为系统的工作时钟信号，通过I2C串口通信接口与E2ROM存储电路103相连，将处理的数据存储于E2ROM中；电平监控电路104通过一个电阻413电容，给MCU提供系统电平监控信号,保证整个模块在复杂的应用环境中，可靠安全运行。
如图7所示，所述SPI通信接口3电路包括逻辑芯片31、与所述逻辑芯片31连接的第一上拉电阻组32和第二上拉电阻组33，所述逻辑芯片31为74LC07芯片。SPI通信接口3电路一端通过第一上拉电阻组32与电表接口连接，另一边通过第二上拉电阻组33与模块的串口连接，实现了电表与模块的通过SPI进行数据交互通信。
如图8所示，所述脉冲接收器5电路包括过压保护电路和光耦52；所述过压保护电路包括过压保护器件511和二极管512。光耦52提供了脉冲信号的的输入及隔离功能。
上面结合具体实施方式对本实用新型作了详细的说明。但是，本实用新型并不限于上面所描述的内容。在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本实用新型构思作出的各种变化，仍落在本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：其包括单片机及与之相连的Fly-Buck隔离电源、SPI通信接口、串行通信隔离电路、脉冲接收器及差分平衡收发器。
2.根据权利要求1所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：其还包括ESAM安全加密模块。
3.根据权利要求2所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述串行通信隔离电路包括射极放大电路和光耦隔离器，所述射极放大电路包括一个信号三极管、信号二极管及两个电阻。
4.根据权利要求3所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述Fly-Buck隔离电源的电路包括依次连接的4个输入电容、电源芯片、隔离脉冲变压器、第一输出绕组和第二输出绕组。
5.根据权利要求4所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述第一输出绕组包括整流二极管、LC滤波电路、LDO电压稳压芯片、第一输出电容；所述第二输出绕组包括第二输出电容；所述第一输出绕组和第二输出绕组分别与所述隔离脉冲变压器连接。
6.根据权利要求5所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述单片机的控制电路包括MCU控制芯片、晶振电路、E2ROM存储电路及电平监控电路。
7.根据权利要求6所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述SPI通信接口电路包括逻辑芯片、与所述逻辑芯片连接的第一上拉电阻组和第二上拉电阻组，所述逻辑芯片为74LC07芯片。
8.根据权利要求6所述的一种新型智能通信与电能脉冲采集单元，其特征在于：所述脉冲接收器的电路包括过压保护电路和光耦；所述过压保护电路包括过压保护器件和二极管。
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| CN202021168439.2U CN212137668U (zh) | 2020-06-22 | 2020-06-22 | 一种新型智能通信与电能脉冲采集单元 |
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| CN114295881A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-08 | 杭州明特科技有限公司 | 费控电信号验证系统、电能表及电能表费控方法 |
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2020
- 2020-06-22 CN CN202021168439.2U patent/CN212137668U/zh active Active
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| CN114295881B (zh) * | 2021-12-23 | 2024-02-09 | 杭州明特科技有限公司 | 费控电信号验证系统、电能表及电能表费控方法 |
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