CN216751754U - 低功耗输变电模组 - Google Patents

Abstract

低功耗输变电模组，涉及物联网通信技术领域，包括pcb基板、MCU芯片、射频天线、UART串口和管脚组件，所述MCU芯片、UART串口和管脚组件分别集成在pcb基板上，所述管脚组件与MCU芯片通信电连接，所述射频天线通过UART串口与MCU芯片通信电连接。还有LoRa1268模块，所述UART串口通过LoRa1268模块与MCU芯片通信电连接。本实用新型能提供低功耗输变电模组，结构设计合理，集成度高，功耗低，集成最新一代高性能工业级LoRa芯片SX1268及华大半导体MCU，可快速开发满足输变电协议标准的LoRa终端及传感器。在电力应用中使用该模块能够大大减少产品开发的时间。

Description

低功耗输变电模组

技术领域

本申请涉及涉及物联网通信技术领域，尤其是涉及低功耗输变电模组。

背景技术

在自动抄表、水、电计量，家庭和楼宇自动化，工业监控、电力、无线报警和安全系统等物联网应用领域都会用到需要无线发射接收的功能，这样就需要在智能电表、智能水表等电器件中用到输变电模组以完成数据的无线射频传播。

近年来，随着射频识别的技术进步，无线射频识别RFID装置已被广泛地应用。除了应用作为商品的防盗标签以外，无线射频识别装置优点是作为非接触式(感应式)晶片卡(IC卡)应用。由于非接触式晶片卡是借由其无线射频识别装置与外界资讯系统的读取器以无线方式来进行资料交换，所以卡片本身不会接触读取器而造成磨损，亦无卫生问题。

然而，目前遇到的困难是如何将无线射频识别装置进行高度集成化，在提高数据传输可靠性的基础上，尽量降低整个无线数据收发的模块的耗电量，从而优化应用环境，获得更好的市场应用前景。

目前现有的无线射频数据收发模块的布局不合理导致封装尺寸过大，进而导致功耗大，不利于市场推广。

实用新型内容

为了解决目前现有的无线射频数据收发模块的布局不合理导致封装尺寸过大，进而导致功耗大，不利于市场推广的问题，本申请提供低功耗输变电模组。采用如下的技术方案：

低功耗输变电模组，包括pcb基板、MCU芯片、射频天线、UART串口和管脚组件，所述MCU芯片、UART串口和管脚组件分别集成在pcb基板上，所述管脚组件与MCU芯片通信电连接，所述射频天线通过UART串口与MCU芯片通信电连接。

通过上述技术方案，射频天线通过UART串口与MCU芯片通信电连接，由于UART串口可MCU芯片直接相连，无需串接电阻，可实现低功耗的数据传输。

可选的，还有LoRa1268模块，所述UART串口通过LoRa1268模块与MCU芯片通信电连接。

通过上述技术方案，LoRa1268模块采用了Semtech公司的SX1268器件，超低接收电流和休眠电流,-148dBm的灵敏度。内置64KHz 晶振，在低功耗的情况下可以定时唤醒单片机。LoRa1268模块的天线开关由芯片内部集成控制，节约了外部MCU的资源。小巧的体积搭配22dBm(160mw)的输出功率，在物联网和电池供电的应用场景有极大的优势。

可选的，所述管脚组件包括电源输入管脚、三个电源接地管脚、秒脉冲输出口管脚、发送状态指示管脚、接收状态指示管脚、模块数据接收管脚、模块数据发送管脚、用于调试升级的数据管脚、用于调试升级的时钟管脚、时钟信号管脚、数据信号管脚、模组唤醒管脚、外部主控唤醒管脚和复位管脚，所述电源输入管脚、三个电源接地管脚、秒脉冲输出口管脚、发送状态指示管脚、接收状态指示管脚、模块数据接收管脚、模块数据发送管脚、用于调试升级的数据管脚、用于调试升级的时钟管脚、时钟信号管脚、数据信号管脚、模组唤醒管脚、外部主控唤醒管脚和复位管脚分别与MCU芯片通信电连接。

通过上述技术方案，管脚组件可以作为一个SMD元件来使用，方便集成到产品之中，集成度高，大大降低功耗，且无需射频设计经验即可设计使用。

可选的，所述管脚组件还有ANT天线接口，所述射频天线依次通过ANT天线接口、UART串口和LoRa1268模块与MCU芯片通信电连接。

通过上述技术方案，天线是设计的关键部分，尤其是在弱场环境下。天线的选择和合理的摆放对收发信号的性能有很大的影响。低功耗变电模组仅支持邮票孔天线接口方式，天线端口匹配阻抗为50Ω。

在设计时应该用50Ω特征阻抗的走线来连接模块，走线尽量短且走直线，在需要转弯时不要走锐角、直角， 可以走圆弧线，圆弧半径不小于3倍线宽。同时建议预留π型匹配，π型匹配电路元件应尽量靠近天线放置，以便后期天线匹配射频线路应远离电源，时钟信号等可能会产生干扰的信号源，射频信号下面的平面层必须是完整的接地平面，形成微带线结构。

预留的π型匹配电路中，电容C1选用100pF电容即可，其在433-470Mhz 上等效于一个短路器件，C2和C3不需焊接，如果天线不匹配，则需要使用网络分析仪测量阻抗再确定C1、C2、C3的取值。ANT天线接口16引脚到天线端的走线路径要尽可能短，同时按照50Ω阻抗进行约束，同时采用弧形方式走线。天线切不可安装于金属壳体内部，将导致传输距离极大削弱调试。

可选的，所述管脚组件采用邮票孔封装。

通过上述技术方案，管脚组件采用邮票孔封装，可以作为一个SMD元件来使用，方便集成到产品之中，而无需射频设计经验。

可选的，所述MCU芯片是HC32L190FCUA-QFN32TR半导体MCU。

通过上述技术方案，集成最新一代高性能工业级LoRa芯片SX1268及华大HC32L190FCUA-QFN32TR半导体MCU，可快速开发满足输变电协议标准的LoRa终端及传感器。在电力应用中使用该模块能够大大减少产品开发的时间。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

本实用新型能提供低功耗输变电模组，结构设计合理，集成度高，功耗低，集成最新一代高性能工业级LoRa芯片SX1268及华大半导体MCU，可快速开发满足输变电协议标准的LoRa终端及传感器。在电力应用中使用该模块能够大大减少产品开发的时间，具有很好的推广应用价值。

附图说明

图1是本实用新型电气原理示意图；

图2是本实用新型管脚组件电气原理示意图；

图3是本实用新型ANT天线接口电气原理示意图；

附图标记说明：1、pcb基板；2、MCU芯片；3、射频天线；4、电源输入管脚；5、三个电源接地管脚；6、秒脉冲输出口管脚；7、发送状态指示管脚；8、接收状态指示管脚；9、模块数据接收管脚；10、模块数据发送管脚；11、数据管脚；12、时钟管脚；20、时钟信号管脚；21、数据信号管脚；13、模组唤醒管脚；14、外部主控唤醒管脚；15复位管脚；16、ANT天线接口；17、UART串口；18、LoRa1268模块。

具体实施方式

以下结合附图1-附图3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开低功耗输变电模组。

参照图1-图3，低功耗输变电模组，包括pcb基板1、MCU芯片2、射频天线3、UART串口17和管脚组件，MCU芯片2、UART串口17和管脚组件分别集成在pcb基板1上，管脚组件与MCU芯片2通信电连接，射频天线3通过UART串口17与MCU芯片2通信电连接。

射频天线3通过UART串口17与MCU芯片2通信电连接，由于UART串口17可MCU芯片2直接相连，无需串接电阻，可实现低功耗的数据传输。

还有LoRa1268模块18，UART串口17通过LoRa1268模块18与MCU芯片2通信电连接。

LoRa1268模块18采用了Semtech公司的SX1268器件，超低接收电流和休眠电流,-148dBm的灵敏度。内置64KHz 晶振，在低功耗的情况下可以定时唤醒单片机。LoRa1268模块18的天线开关由芯片内部集成控制，节约了外部MCU的资源。小巧的体积搭配22dBm(160mw)的输出功率，在物联网和电池供电的应用场景有极大的优势。

管脚组件包括电源输入管脚4、三个电源接地管脚5、秒脉冲输出口管脚6、发送状态指示管脚7、接收状态指示管脚8、模块数据接收管脚9、模块数据发送管脚10、用于调试升级的数据管脚11、用于调试升级的时钟管脚12、时钟信号管脚20、数据信号管脚21、模组唤醒管脚13、外部主控唤醒管脚14和复位管脚15，电源输入管脚4、三个电源接地管脚5、秒脉冲输出口管脚6、发送状态指示管脚7、接收状态指示管脚8、模块数据接收管脚9、模块数据发送管脚10、用于调试升级的数据管脚11、用于调试升级的时钟管脚12、时钟信号管脚20、数据信号管脚21、模组唤醒管脚13、外部主控唤醒管脚14和复位管脚15分别与MCU芯片2通信电连接。

管脚组件可以作为一个SMD元件来使用，方便集成到产品之中，集成度高，大大降低功耗，且无需射频设计经验即可设计使用。

管脚组件还有ANT天线接口16，射频天线3依次通过ANT天线接口16、UART串口17和LoRa1268模块18与MCU芯片2通信电连接。

天线是设计的关键部分，尤其是在弱场环境下。天线的选择和合理的摆放对收发信号的性能有很大的影响。低功耗变电模组仅支持邮票孔天线接口方式，天线端口匹配阻抗为50Ω。

在设计时应该用50Ω特征阻抗的走线来连接模块，走线尽量短且走直线，在需要转弯时不要走锐角、直角， 可以走圆弧线，圆弧半径不小于3倍线宽。同时建议预留π型匹配，π型匹配电路元件应尽量靠近天线放置，以便后期天线匹配射频线路应远离电源，时钟信号等可能会产生干扰的信号源，射频信号下面的平面层必须是完整的接地平面，形成微带线结构。

预留的π型匹配电路中，电容C1选用100pF电容即可，其在433-470Mhz 上等效于一个短路器件，C2和C3不需焊接，如果天线不匹配，则需要使用网络分析仪测量阻抗再确定C1、C2、C3的取值。ANT天线接口16引脚到天线端的走线路径要尽可能短，同时按照50Ω阻抗进行约束，同时采用弧形方式走线。天线切不可安装于金属壳体内部，将导致传输距离极大削弱调试。

管脚组件采用邮票孔封装。

管脚组件采用邮票孔封装，可以作为一个SMD元件来使用，方便集成到产品之中，而无需射频设计经验。

MCU芯片2是HC32L190FCUA-QFN32TR半导体MCU。

集成最新一代高性能工业级LoRa芯片SX1268及华大HC32L190FCUA-QFN32TR半导体MCU，可快速开发满足输变电协议标准的LoRa终端及传感器。在电力应用中使用该模块能够大大减少产品开发的时间。

本申请实施例低功耗输变电模组的实施原理为：

在具体的物联网应用场景下，先将管脚组件的电源输入管脚4、三个电源接地管脚5连接应用场景下的电源接口模块数据接收管脚9对接数据来源接口，比如智能电表的数据输出接口，这样就能从智能电表采集需要发送的数据；

需要发送数据时：接收到的数据先通过MCU芯片2处理压缩后，再依次通过LoRa1268模块18、UART串口17处理后，最终通过射频天线3向外发送；

需要接收信号时：射频天线3接收的数据依次通过UART串口17、LoRa1268模块18处理后传输给MCU芯片2，MCU芯片2将数据经过处理后通过管脚组件的模块数据发送管脚10发送给接收端，完成数据的接收。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.低功耗输变电模组，其特征在于：包括pcb基板(1）、MCU芯片(2)、射频天线(3)、UART串口(17)、LoRa1268模块(18)和管脚组件，所述MCU芯片(2)、UART串口(17)和管脚组件分别集成在pcb基板(1)上，所述管脚组件与MCU芯片(2)通信电连接，所述射频天线(3)通过UART串口(17)与MCU芯片(2)通信电连接，所述UART串口(17)通过LoRa1268模块(18)与MCU芯片(2)通信电连接。

2.据权利要求1所述的低功耗输变电模组，其特征在于：所述管脚组件包括电源输入管脚(4)、三个电源接地管脚(5)、秒脉冲输出口管脚(6)、发送状态指示管脚(7)、接收状态指示管脚(8)、模块数据接收管脚(9)、模块数据发送管脚(10)、用于调试升级的数据管脚(11)、用于调试升级的时钟管脚(12)、时钟信号管脚(20)、数据信号管脚(21)、模组唤醒管脚(13)、外部主控唤醒管脚(14)和复位管脚(15)，所述电源输入管脚(4)、三个电源接地管脚(5)、秒脉冲输出口管脚(6)、发送状态指示管脚(7)、接收状态指示管脚(8)、模块数据接收管脚(9)、模块数据发送管脚(10)、用于调试升级的数据管脚(11)、用于调试升级的时钟管脚(12)、时钟信号管脚(20)、数据信号管脚(21)、模组唤醒管脚(13)、外部主控唤醒管脚(14)和复位管脚(15)分别与MCU芯片(2)通信电连接。

3.根据权利要求2所述的低功耗输变电模组，其特征在于：所述管脚组件还有ANT天线接口(16)，所述射频天线(3)依次通过ANT天线接口(16)、UART串口(17)和LoRa1268模块(18)与MCU芯片(2)通信电连接。

4.根据权利要求2所述的低功耗输变电模组，其特征在于：所述管脚组件采用邮票孔封装。

5.根据权利要求1所述的低功耗输变电模组，其特征在于：所述MCU芯片(2)是HC32L190FCUA-QFN32TR半导体MCU。

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