CN213750717U - 一种电能计量终端运维装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种电能计量终端运维装置，包括上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块和微处理器，锂电池充电模块连接系统电源模块，上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块分别连接微处理器，上行通信传输通道用于与协议命令发送设备的通讯连接，下行通信传输通道用于与用户要测试的智能电网设备连接。本实用新型应用电子集成技术和通道切换算法，将智能电网设备和协议命令发送设备的数据传输常用通道接口整合在该运维装置上，使其实现测试环境安全、测试标准统一、携带便捷、待机时间长和成本低等优点，适合推广。

Description

一种电能计量终端运维装置

技术领域

本实用新型涉及电能计量终端维护技术领域，具体涉及一种电能计量终端运维装置。

背景技术

随着智能电网的不断建设，电子电能表、采集终端、控制终端等智能设备越来越多的被应用在智能电网中，智能设备具有不同的数据传输通道和电气特性。这些数据传输通道主要负责电能量的数据采集，通道接口的好坏严重影响电能量数据的缺失，数据缺失和数据传输完整性严重影响电能计量自动化系统对客户结算、线损分析等功能等应用。

目前，各厂家均具有各自的智能电网设备(即电能表和终端)的数据抄读软件或者抄读硬件，但接口的完整性和软件的通用性较差，不具有多接口或者多协议模式。对于智能设备维护人员，在实际的智能设备故障维护和数据分析时，需要随身携带的测试软件和测试硬件种类繁多，在实际工作中常出现到现场后发现随身携带的工具无法完成本次设备维护和分析工作，工作效率大大降低。

实用新型内容

为了解决现有维护工具接口单一和通用性能差等缺陷，本实用新型专利应用电子集成技术和通道切换算法，将智能电网设备数据传输常用通道接口整合在一个装置上，提供一种通信接口集中、完整及切换的电能计量终端运维装置，具体方案如下：

一种电能计量终端运维装置，包括上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、锂电池充电模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块和微处理器，所述上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块分别连接微处理器，锂电池充电模块连接系统电源模块，所述上行通信传输通道分别用于与协议命令发送设备的通讯连接，所述下行通信传输通道分别用于与用户要测试的智能电网设备连接。

进一步地，所述上行通信传输通道包括USB转串口通道和无线蓝牙通道，所述USB转串口通道和无线蓝牙通道分别连接微处理器，所述协议命令发送设备为计算机、笔记本、手机、平板电脑或手持掌机。

进一步地，所述下行通信传输通道包括红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道，所述红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道均分别与微处理器连接，所述智能电网设备为遥控器、电子电能表、手持掌机、负控终端、配变终端、集中器或采集器。

进一步地，所述红外收发接口通道用于实现与具有红外接口的智能电网设备的半双工数据交互，所述RS485总线通道用于实现与具有两线制RS485接口的智能电网设备的半双工数据交互，所述RS232串口通道用于实现与具有三线制RS232接口的智能电网设备的半双工数据交互。

进一步地，所述锂电池电量监测模块用于监测锂电池电量，其采用电阻分压方式计算锂电池的电压值，并通过微处理器内的数模转换器监测锂电池电量。

进一步地，所述系统电源模块由电源切换电路和电源稳压电路组成，所述电源切换电路通过拨码开关连接电源稳压电路。

进一步地，所述工作状态指示灯模块主要由充电指示灯、电源指示灯、蓝牙状态指示灯、数据接收信号灯和数据发送指示灯组成，所述充电指示灯连接锂电池充电模块，电源指示灯连接系统电源模块，蓝牙状态指示灯连接无线蓝牙通道，数据接收信号灯分别连接上行通信传输通道和下行通信传输通道，数据发送指示灯分别连接上行通信传输通道和下行通信传输通道。

本实用新型的优点

本实用新型的电能计量终端运维装置，上行通信传输通道包括USB转串口通道和无线蓝牙通道，下行通信传输通道包括红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道，使运维装置集成了多种通信协议模式通道的协议命令发送设备和多种类型通道接口的智能电网设备进行测试，实现了各类数据半双工交互。该运维装置的测试环境安全、测试标准统一、测试种类多样、携带便捷、待机时间长和成本低等优点，能实现统一、便捷、安全和标准化，能提高设备维护人员维修工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型的无线蓝牙通道电路及引脚图。

图3为本实用新型的微处理器电路及引脚图。

图4为本实用新型的红外线收发通道的发送电路原理图。

图5为本实用新型的红外线收发通道的接收电路原理图。

图6为本实用新型的RS485通道的电路原理图及引脚图。

图7为本实用新型的RS232通道的电路原理图。

图8为本实用新型的锂电池电压检测模块电路图。

图9为本实用新型的锂电池充电模块电路图。

图10为本实用新型的系统电源模块电路图。

图11为图10的电源稳压电路提供系统电源模块电源的芯片电路图。

图12为图10的电源稳压电路提供外接设备电源的芯片电路图。

图13为本实用新型的状态指示灯模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地解释说明，需要注意的是，本具体实施例不用于限定对本实用新型专利权范围。

如图1至图13所示，本实施例提供的一种电能计量终端运维装置，包括上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、锂电池充电模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块和微处理器。

上行通信传输通道分别用于与协议命令发送设备的通讯连接，上行通信传输通道包括USB转串口通道和无线蓝牙通道，如图1所示，USB转串口通道的型号为CH340G，无线蓝牙通道为SPP蓝牙串口，具体选用JDY-31型号的蓝牙模块，该蓝牙模块是基于蓝牙3.0SPP设计，支持Windows系统、Linux系统和Android系统的数据透传，工作频段2.4GHz，调制方式GFSK,最大发射功率8db，接收灵敏度为-97dbm，工作电流8mA，最大发射距离30米，最大数据吞吐量为16KB/秒，内置PCB天线，支持用户通过AT命令修改设备名称、波特率等模块参数，为用户提供方便快捷的使用灵活性。蓝牙模块提供UART通讯接口与微处理器的STC15单片机的串口相连，实现了该运维装置的无线半双工蓝牙数据交互。

USB转串口通道和无线蓝牙通道分别连接微处理器，协议命令发送设备为计算机、笔记本、手机、平板电脑或手持掌机。

下行通信传输通道包括红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道，下行通信传输通道分别用于与用户要测试的智能电网设备连接。智能电网设备为遥控器、电子电能表、手持掌机、负控终端、配变终端、集中器或采集器。

红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道均分别与微处理器连接。

红外收发接口通道用于实现与具有红外接口的智能电网设备的半双工数据交互。红外收发通道使用的红外发射管的中心波长为940nm，其与微处理器的TTL串口相连，将TTL串口信号转换为无线红外信号，实现了与具有红外接口设备的半双工数据交互。具体的，如图4和图5所示，红外线收发通道发送电路原理：图中元件HW2为红外发射管，ZB_IRDA为38KHz的载波信号生成端子，为红外提供载波信号，TXD_IRDA为用户数据发送端，电阻R11为限流电阻，保护红外发射管。红外线收发通道接收电路原理：选用IRM3638T红外线接收头，实现频率为38KHz的红外信号接收，具有较强的抗干扰能力。

RS485总线通道用于实现与具有两线制RS485接口的智能电网设备的半双工数据交互。具体地，如图6所示，RS485总线通道型号为SP3485，RS485通道选用两线制的RS485差分信号传输技术，其与微处理器的TTL串口相连，将TTL串口信号转换为RS485差分信号，实现了与具有两线制RS485接口设备的半双工数据交互。图6中，RO表示接收器输出，RE表示接收器输出使能(低电平有效)，DE表示驱动器输出使能(高电平有效)，DI表示驱动器输入，A表示驱动器输出按接收器输入(同相)，B表示驱动器输出/接收器输入(反相)。

RS232串口通道用于实现与具有三线制RS232接口的智能电网设备的半双工数据交互。具体地，如图7所示，RS232串口通道型号为SP3232，RS232通道选用三线制的RS232串口通信传输技术，其与微处理器的TTL串口相连，将TTL串口信号转换为RS232串口信号，实现了与具有三线制RS232接口设备的半双工数据交互。

上述的无线蓝牙通道、红外收发通道、RS485总线通道和RS232串口通道分别与微处理器相连，均分别通过通信切换模式转换为微处理器直接处理的TTL串口信号，实现多通信传输通道信号的统一处理与调度。

锂电池电量监测模块用于监测锂电池电量，其采用电阻分压方式计算锂电池的电压值，并通过微处理机内的模数转换器ADC检测锂电池电量。具体地，如图8所示，本设计中的锂电池监测模块电路采用较为传统的物理电阻分压方式实现系统电源电压监测，锂电池电量监测模块电路由锂电池电压输入端、电阻R6、电阻R7、电容C25、电容C26和模数转换器ADC构成，锂电池电压输入端通过电容C25接地，电阻R6串联电阻R7，且并联在电容C25两端，模数转换器ADC电压输入端连接在电阻R6和电阻R7之间，电容C26一端连接模数转换器ADC，另一端连接电阻R7，电容C25和电容C26均为104电容。电阻R6和R7构成分压电路，电容C25和C26为滤波电容，提高电压曲线平稳度，而ADC_VDD则为电池电压监测采集端，通过VDD_ADC信号量输入信号处理模块的内部10位ADC采集通道IO，计算得到VDD电压值，最后根据锂电池的电压值与容量曲线关系来实现对锂电池电压进行监测。

锂电池充电模块连接系统电源模块。具体地，锂电池充电模块型号为南京拓微集成电路有限公司的TP4054，实现本运维装置的锂电池的充电、充电完成指示功能。TP4054芯片是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器控制芯片，其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4054成为便携式应用的理想选择。TP4054可以实现高达800mA的可编程充电电流，可以适合USB电源或适配器电源工作。由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4054将自动终止充电循环。当充电电压输入电压被拿掉时，TP4054自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。也可将TP4054置于停机模式，以而将供电电流降至45uA。TP4054的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和一个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚CHRG。具体地，如图9所示，元件J1使用USB接口，实现USB线的充电信号输入；J2为3.7V可充电锂电池输入插座，其充电电压为4.2V；发光二极管L1实现充电状态的指示(充电状态L1亮，充满状态L1灭)；电阻R7为充电电流编程电阻，本设计实现350毫安充电电路，所以选择2k的电阻；电阻R1为0.25欧姆电阻，其功能是降低充电芯片内部MOSFET两端的压降来减少IC的功耗，在热调节期间具有增加输送至电池的电流作用，通过该电阻将一部分功耗散掉。

系统电源模块由电源切换电路和电源稳压电路组成，电源切换电路采用P通道MOSFET管的工作原理实现的两路电源输入自动切换。电源切换电路通过拨码开关连接电源稳压电路，电源切换电路由锂电池、USB接口电源、电阻器、二极管和MOSFET管构成，锂电池电源输入端连接MOSFET管D端，USB接口电源端子连接MOSFET管G端，MOSFET管S端连接锂电池电源输出端，二极管D1连接在MOSFET管G端和S端之间,电阻R13一端连接二极管D1，另一端接地。MOSFET管型号为AO3401，二极管D1型号为SS24。VCC3端为该装置除处理器以外的其他芯片电路的工作电源，R13是为了实现P通道MOSFET管工作在栅极常态模式，其阻值为100K欧姆。具体地，其电源切换电路使用P通道MOSFET管实现，电路原理如图10所示，其中端子V_BAT(锂电池电源输入端)和U_5V(USB接口电源端子)为2路切换电源输入信号，当U_5V有电压时则MOSFET管为截止状态，电源信号通过二极管D1传输给VOUT端，当U_5V无电压时则MOSFET管由于电阻R13的控制，使其处于栅极常态模式，V_BAT信号通过MOSFET管传输给VOUT端。从而实现两路电源的切换，同时优先由充电电源进行供电。而拨码开关K1实现机械型的电源开断功能,拨码开关K1型号为SS-12D06。

电源稳压电路包括两个RT9193-33GB芯片，均分别用于提供微处理器的工作电源和外接设备的工作电源。具体的，电源稳压电路选用两个RT9193-33GB芯片，分别为系统提供两路3.3V工作电源。如图11和图12所示，VCC_MCU端为微处理器工作电源，VCC3端为该运维装置的外接设备提供工作电源。同时微处理器通过IO口控制PWR_CRL的电平状态实现VCC3端的电源输出状态，当PWR_CRL为低电平，则电源不输出，当PWR_CRL为高电平则正常输出3.3V电源。

如图13所示，工作状态指示灯模块主要由充电指示灯、电源指示灯L2、蓝牙状态指示灯L3、数据接收信号灯L4和数据发送指示灯L5组成，充电指示灯连接锂电池充电模块，电源指示灯连接系统电源模块，蓝牙状态指示灯L3连接无线蓝牙通道，数据接收信号灯L4分别连接上行通信传输通道和下行通信传输通道，数据发送指示灯L5分别连接上行通信传输通道、下行通信传输通道。

上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块分别连接微处理器。

如图2所示，微处理器选用宏晶科技的STC15W4K32S4型号处理器，其为抗干扰最强的STC15新系列8051处理器，其支持2.4V～5.5V宽电源电压,无须转换芯片可直接与PC机的USB接口进行通信；增强型8051单片机集成了上电复位电路与高精准R/C振荡器，给单片机芯片加上电源就可跑程序；可在线编程与在线仿真，一颗芯片既是目标芯片，又是仿真芯片；集成了大容量的程序存储器、数据存储器以及EEPROM，增加了定时器、串行口等基本功能部件，集成了A/D、PCA、比较器、专用PWM模块、SPI等高功能接口部件，大大简化单片机应用系统的外围电路，使单片机应用系统的设计更加简捷，系统性能更加高效、可靠。

工作原理：使用时，将用户要测试的智能电网设备连接红外收发接口通道、RS485总线通道或RS232串口通道，通过无线蓝牙通道或USB转串口通道与协议命令发送设备建立通信，通过命令发送设备向微处理器发送命令，微处理器接收命令后，通过通道切换模式将命令从用户所使用的红外收发接口通道、RS485总线通道或RS232串口通道发送给智能电网设备，智能电网设备收到命令后执行命令，将最后的应答命令通过原通道逆向返回给命令发送设备，从而完成一次半双工通信流程。基于该工作原理完成一系列命令任务。

Claims (7)

1.一种电能计量终端运维装置，其特征在于，包括上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、锂电池充电模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块和微处理器，所述上行通信传输通道、下行通信传输通道、锂电池电量监测模块、系统电源模块、工作状态指示灯模块分别连接微处理器，锂电池充电模块连接系统电源模块，所述上行通信传输通道分别用于与协议命令发送设备的通讯连接，所述下行通信传输通道分别用于与用户要测试的智能电网设备连接。

2.根据权利要求1所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述上行通信传输通道包括USB转串口通道和无线蓝牙通道，所述USB转串口通道和无线蓝牙通道分别连接微处理器，所述协议命令发送设备为计算机、笔记本、手机、平板电脑或手持掌机。

3.根据权利要求1所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述下行通信传输通道包括红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道，所述红外收发接口通道、RS485总线通道和RS232串口通道均分别与微处理器连接，所述智能电网设备为遥控器、电子电能表、手持掌机、负控终端、配变终端、集中器或采集器。

4.根据权利要求3所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述红外收发接口通道用于实现与具有红外接口的智能电网设备的半双工数据交互，所述RS485总线通道用于实现与具有两线制RS485接口的智能电网设备的半双工数据交互，所述RS232串口通道用于实现与具有三线制RS232接口的智能电网设备的半双工数据交互。

5.根据权利要求1所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述锂电池电量监测模块用于监测锂电池电量，其采用电阻分压方式计算锂电池的电压值，并通过微处理器内的数模转换器监测锂电池电量。

6.根据权利要求1所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述系统电源模块由电源切换电路和电源稳压电路组成，所述电源切换电路通过拨码开关连接电源稳压电路。

7.根据权利要求1所述的一种电能计量终端运维装置，其特征在于，所述工作状态指示灯模块主要由充电指示灯、电源指示灯、蓝牙状态指示灯、数据接收信号灯和数据发送指示灯组成，所述充电指示灯连接锂电池充电模块，电源指示灯连接系统电源模块，蓝牙状态指示灯连接无线蓝牙通道，数据接收信号灯分别连接上行通信传输通道和下行通信传输通道，数据发送指示灯分别连接上行通信传输通道和下行通信传输通道。

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