CN212785381U - 一种智能电网的多模无线通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能电网的多模无线通信设备，包括机箱，所述机箱内设有主控模块、专网通信模组、公网通信模组、外围接口模块、电源模块，所述主控模块分别与所述专网通信模组、所述公网通信模组、所述外围接口模块、所述电源模块连接，所述专网通信模组与专网天线连接，所述公网通信模组与公网天线连接，所述电源模块分别与所述专网通信模组、所述公网通信模组、所述外围接口模块连接。本实用新型具备两个通信模组，能兼容多种无线通信模式，既可以接入公网，也能接入电力专网，避免电力业务终端为了接入不同配电业务而配置多个不同通信终端所导致的资源浪费问题，同时实现了终端运行的稳定性和可靠性。

Description

一种智能电网的多模无线通信设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体涉及一种智能电网的多模无线通信设备。

背景技术

在电力的生产、输送，分配和使用过程中，电力终端具有举足轻重的作用。电力终端通过所连接的通信设备和电力主站进行数据传输，它将采集的电网状态参数上传电力主站，接收主站命令控制电力产生和流动，保证着电网的稳定运行。随着智能技术的发展，电力终端的功能日趋复杂，电力业务也呈现多样性的特点，这需要更加可靠、稳定的传输通道来保证数据的快速传递。有线通信技术的高成本、施工难、灵活性差的特点使其只能连接核心节点，大量的终端节点需要使用灵活的无线通信技术连接。在电力领域中，当前广域无线通信主要采用运营商公网通信和自建电力无线专网通信。但无线技术也在快速发展中，往往是多种模式同时存在，公网无线技术通常采用EDGE、3G、4GLTE、5G等模式，专网技术主要以LoRa为代表。多种频率，多种无线模式共存的现状，对电力通信设备的管理和运维提出了很大的挑战。

由于电力终端数量庞大，为了降低成本和运维，通常的电力终端通信设备只采用一种无线通信模式。当无线链路恶化时，往往导致通信不畅，导致通信可靠性降低；而且单模终端如果出现硬件故障，只能现场更换，则完全失去对电力设备的有效控制。而且随着经济的发展，新的电力业务不断出现，对时延和带宽的要求也不断增加，单模通信模式无法满足电力业务多样性的需求。为电力设备配置不同模式的通信设备又会增加运营成本和运维工作量。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种智能电网的多模无线通信设备。本设备具备两个通信模组，能兼容多种无线通信模式，既可以接入公网，也能接入电力专网，避免电力业务终端为了接入不同配电业务而配置多个不同通信终端所导致的资源浪费问题，同时实现了终端运行的稳定性和可靠性。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种智能电网的多模无线通信设备，包括机箱，所述机箱内设有主控模块、专网通信模组、公网通信模组、外围接口模块、电源模块，所述主控模块分别与所述专网通信模组、所述公网通信模组、所述外围接口模块、所述电源模块连接，所述专网通信模组与专网天线连接，所述公网通信模组与公网天线连接，所述电源模块分别与所述专网通信模组、所述公网通信模组、所述外围接口模块连接。

进一步的，所述主控模块包括ARM芯片、UART、时钟电路、PCIE总线、Flash、DRAM和调试单元，所述ARM芯片分别与所述UART、所述时钟电路、所述PCIE总线、所述Flash、所述DRAM、所述调试单元连接。

进一步的，所述UART与所述专网通信模组连接。

进一步的，所述PCIE总线与所述公网通信模组和所述外围接口模块连接。

进一步的，所述外围接口模块包括RS-485接口、以太网口、USB接口、JTAG调试接口、GPIO接口。

进一步的，所述JTAG调试接口通过所述PCIE总线与所述调试单元连接。

进一步的，所述机箱的面板上设有LED指示灯和USB插口，所述GPIO接口与所述LED指示灯连接，所述USB接口与所述USB插口连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型采用双通信模组，工作方式灵活，保证了电力终端数据传输的可靠性，且提高了电力专网的利用率。

2、本实用新型支持多速率多模式无线通信，满足了电力业务多样性差异化要求，降低了组网成本，且安装便捷，配置简单。

3、本实用新型内部结构采用模块化设计，标准接插件连接，可方便更换故障模块，降低了运维难度和运维成本。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详尽说明。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的实施示意图。

具体实施方式

实施例一：

参见图1，一种智能电网的多模无线通信设备，包括机箱1，所述机箱1内设有主控模块2、专网通信模组3、公网通信模组4、外围接口模块5、电源模块6，所述主控模块2分别与所述专网通信模组3、所述公网通信模组4、所述外围接口模块5、所述电源模块6连接，所述专网通信模组3与专网天线31连接，所述公网通信模组4与公网天线41连接，所述电源模块6分别与所述专网通信模组3、所述公网通信模组4、所述外围接口模块5连接。

参见图1，在本实施例中，机箱1由金属材料制成，密封良好，功能是容纳并保护内部器件正常工作，机箱能提供一定的防电磁防腐蚀功能。机箱的右侧安装专网天线31和公网天线41，机箱的前面板上安装LED指示灯7和USB插口8。机箱左右两侧设置通风孔和散热风扇，保证内部器件工作在正常温度下。机箱内部包括五大模块：主控模块2、专网通信模组3、公网通信模组4、外围接口模块5、电源模块6，分别由独立的PCB电路板实现，各模块之间采用标准连接线连接。电源模块6为本设备所有部件供电。

参见图1，在本实施例中，所述主控模块2为单板计算机，包括ARM芯片、UART、时钟电路、PCIE总线、Flash、DRAM和调试单元，所述ARM芯片分别与所述UART、所述时钟电路、所述PCIE总线、所述Flash、所述DRAM、所述调试单元连接。其中ARM芯片采用AM6526双核SoC，为Cortex-A53架构，作为本设备的控制与管理核心。Flash用于设备固件的存储和设备运行、配置参数和临时数据存储。DRAM为动态存储芯片，采用DDR3 SDRAM，容量为4GB，作为设备程序运行的空间和传输数据的临时存储区域。设备加电后，从Flash中启动自检固件，然后将操作系统装在到DRAM芯片中，设备开始正常运行。调试单元功能是用于设备固件和应用程序的在线调试，调试单元通过PCIE总线和外围接口模块5的JTAG调试接口相连，当连接调试线缆时，可实现在线调试功能。UART为通用串行接口，通信速率20kbps，与专网通信模组3相连，实现ARM控制器对专网通信模组的控制和数据传输。时钟电路通过晶振产生的原生时序信号，产生主控模块2各部件运行的时钟信号。时钟电路还用于系统的定时，实现Watchdog和其他需要精确时间的功能。PCIE总线，传输速率400Mbps，连接公网通信模组4和外围接口模块5，实现高速率数据传输。

专网通信模组3为FA717，工作频率470MHz，速率2kbps，射频发射功率较低，但有较高的接收灵敏度，而且支持LoRa协议。功能是连接电力LoRa专网。专网通信模块通过UART接口与主控模块2的ARM控制器连接，实现数据传输，并与机箱1外侧安装的专网天线31连接，实现LoRa无线射频信号的收发。专网天线31为470MHz专用天线。专网通信模块支持的LoRa机制虽然传输速率低，但部署成本低，覆盖范围广，在电力网络中可以作为备用通信通道或者在公网覆盖比较差的地区作为通信通道。

公网通信模组4采用工业级通信模组MH500031，支持多种公网通信模式，包括5GSUB6、LTE FDD、LTE TDD、UTMS、GSM，通信速率可以达到230Mbps，该模组尺寸较小，工作温度宽，支持通用USIM卡，通过标准PCIE接口和主控模块连接，在ARM芯片的管理下实现数据传输。公网通信模组与机箱外侧的公网天线32连接，在实施时，根据选用的运营商网络，可以选择全频段天线或者特定频率的天线。专网通信模组和公网通信模组通过无线通信链路将电力设备数据上传主站，并接收主站发送的控制指令信息。

参见图1，在本实施例中，外围接口模块5是一个独立的PCB板，通过PCIE总线和主控模块2连接，功能是为本设备提供状态指示、有线输入输出、连接外置存储和设备调试功能。外围接口模块包括RS-485接口、以太网口、USB接口、JTAG调试接口、GPIO接口。其中，RS-485串行接口，用于连接电力终端，实现本设备与电力终端的数据传输；以太网口，支持工业以太网连接，速率为10M/100Mbps自适应，对于需要高速率的电力业务需求，采用以太网口与本实用新型连接，通过以太网实现高速率通信；USB接口，和机箱的USB插口8连接，可以连接USB存储设备，实现本设备固件升级和数据备份。JTAG调试口，通过本模块与主控模块的调试单元连接，实现设备固件调试和烧写功能。GPIO接口，GPIO为输出接口，连接机箱的LED指示灯7，控制模块通过GPIO接口驱动外部LED指示灯提供终端状态指示功能，用于显示电力终端的数据传输状态，以及通信模组网络连接状态等。

电源模块6采用市电220V输入，为隔离电源；具有EMC防护功能，防护等级EMC4级；电源转换模块将AC 220V转换为DC 5V和DC3.3V，供内部模块使用。

本实用新型在电力无线通信架构中的实施如图2所示。

电力业务平台包含各类电力业务主站系统，不同区电力业务主站分别对各自电力业务终端上传的数据信息进行统计、查询、存储和分析，根据分析处理结果进行自动或人为发送控制命令至电力终端。

本实用新型通过通信模组与公网基站和专网基站通信，通信模组负责对无线信号进行调制解调、编解码，同时执行一系列的空中接口过程以建立与接入设备的连接。

本实用新型下行与电力终端相连，电力终端通过RS-485总线或者以太网接入本设备，如图2所示。在以太网连接方式下，如果只连接一个电力终端，则直接通过以太网线缆将电力终端和本实用新型连接即可。如果有多个电力终端，需要通过以太网交换机连接，本实用新型和所有电力终端都用以太网线缆接入以太网交换机。以太网连接适合于大数据量，低延迟电力业务，比如视频实时监控，电网实时调度等。

如果电力终端承载的电力业务数据量小，实时性要求不高，可以采用低成本的RS-485线缆和本设备连接，图2中只示意了树形的RS-485线缆连接方式，在实际使用中，也可以组成总线型连接。不管采用那种方式连接电力终端，本设备都可以为多个终端提供数据传输，从而大幅降低电力终端的接入成本。

电力终端的数据通过RS-485接口或以太网接口传入本设备的外围接口模块，然后通过PCIE总线传输到主控模块的DRAM中。主控模块的ARM芯片根据预设的数据传输模式，将数据通过PCIE总线送往公网通信模组或者通过UART送往专网通信模组，进而传输到电力业务平台。

专网通信模组或公网通信模组接收到的电力主站传输的数据通过UART或PCIE总线传输到主控模块的DRAM中。ARM芯片再将DRAM中的数据通过PCIE总线传递到外围接口模块，然后传输至RS-485接口或以太网接口所连接的电力终端。

在进行设备固件升级或者参数配置时，可以通过公网或者专网远程操作，也可以由运维人员通过本设备箱体正面的USB插口连接USB存储设备完成。远程操作情况下，由电力主站发送的新固件或新配置文件从专网通信模组或公网通信模组接收到Flash中，下次加电重启时，实现固件更新和应用新的配置文件。本地操作时，新固件和新配置文件从箱体的USB插口连接的USB存储设备通过外围接口模块的USB接口，传输到主控模块的Flash芯片中，下次设备重启时，实现固件和配置文件的更新。

现场运维人员可以通过机箱上的LED指示灯观察本设备的工作状态，并做出运维决策。

本实用新型的主要功能是为电力终端提供无线通信链路，实现主站和电力终端之间的控制和数据传输。由于无线链路传输状态受环境影响较大，为了提高传输的可靠性与稳定性，本实用新型设计了双无线模组，即专网通信模组3和公网通信模组4。公网通信模组4连接运营商网络，可以支持多种通信模式，包括EDGE、3G、4G和5G模式。专网通信模组3支持LoRa技术。两个通信模组在主控模块2的控制下可以同时工作，也可以轮替工作。本实用新型提高了电力终端通信的可靠性，降低了接入成本。

最后需要说明的是，上面实施例仅用以说明本实用新型技术方案而非限制，虽然参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的精神和相关范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种智能电网的多模无线通信设备，包括机箱(1)，其特征在于：所述机箱(1)内设有主控模块(2)、专网通信模组(3)、公网通信模组(4)、外围接口模块(5)、电源模块(6)，所述主控模块(2)分别与所述专网通信模组(3)、所述公网通信模组(4)、所述外围接口模块(5)、所述电源模块(6)连接，所述专网通信模组(3)与专网天线(31)连接，所述公网通信模组(4)与公网天线(41)连接，所述电源模块(6)分别与所述专网通信模组(3)、所述公网通信模组(4)、所述外围接口模块(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述主控模块(2)包括ARM芯片、UART、时钟电路、PCIE总线、Flash、DRAM和调试单元，所述ARM芯片分别与所述UART、所述时钟电路、所述PCIE总线、所述Flash、所述DRAM、所述调试单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述UART与所述专网通信模组(3)连接。

4.根据权利要求2所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述PCIE总线与所述公网通信模组(4)和所述外围接口模块(5)连接。

5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述外围接口模块(5)包括RS-485接口、以太网口、USB接口、JTAG调试接口、GPIO接口。

6.根据权利要求5所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述JTAG调试接口通过所述PCIE总线与所述调试单元连接。

7.根据权利要求5所述的一种智能电网的多模无线通信设备，其特征在于：所述机箱(1)的面板上设有LED指示灯(7)和USB插口(8)，所述GPIO接口与所述LED指示灯(7)连接，所述USB接口与所述USB插口(8)连接。

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