CN221081310U - 一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，属于低压电力线载波通信技术领域，包括主控MCU、PMU电源、DC‑DC电源、过零识别模组、载波发送模组、载波接收模组、载波耦合模组、RS485收发模组、断路器控制反馈模组、弱电接口、射频收发模组、指示灯模组、晶振模组；本通信模块让插在智能物联网表中的智能物联网本地通信模块新增RS485通信功能和断路器控制功能，协助让智能物联网表在面对无蓝牙通信的断路器和采集器时，能通过智能物联网本地通信模块外接导线的方式完成对应费控功能和表数据的采集上报功能。

Description

一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块

技术领域

本实用新型主要涉及低压电力线载波通信技术领域，具体涉及一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块。

背景技术

现有智能物联网表取消了辅助端子排，RS485通信及断路器控制均用蓝牙通信替代。但现场可能遇到已安装、运行不带蓝牙通信功能的断路器，此时智能物联网表无法使用费控功能；当智能物联网表安装到老的窄带台区、微功率无线台区时，对端通信设备(采集器)同样不带蓝牙通信功能，只支持RS485通信，此时智能物联网表数据不能完成采集和上报。

实用新型内容

本实用新型主要提供了一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块用以解决上述背景技术中提出的技术问题。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，包括主控MCU、PMU电源、DC-DC电源、过零识别模组、载波发送模组、载波接收模组、载波耦合模组、RS485收发模组、断路器控制反馈模组、弱电接口、射频收发模组、指示灯模组、晶振模组；

所述PMU电源与DC-DC电源、弱电接口电性连接，所述载波耦合模组与、载波发送模组和载波接收模组电性连接，所述DC-DC电源、过零识别模组、载波发送模组、载波接收模组、RS485收发模组、断路器控制反馈模组、弱电接口、射频收发模组、指示灯模组、晶振模组均与主控MCU实现电性连接。

进一步的，所述主控MCU为TC9203载波专用芯片。

进一步的，所述晶振模组为中心频率25MHz的无源晶振，匹配电容为两个18p电容串联，常温频偏小于10ppm。

进一步的，所述载波发送模组为功率放大器。

进一步的，所述载波接收模组为分立电感和电容搭构件的差分6阶巴特沃斯带通滤波器电路。

进一步的，所述RS485收发模组由RS485电路和485端子组成。

进一步的，所述断路器控制反馈模组由断路器控制及反馈电路和费控端子所组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

针对现有智能物联网表在面对复杂多变的现场环境时，可能会出现与采集器通信失效和费控功能失效的问题；本通信模块让插在智能物联网表中的智能物联网本地通信模块新增RS485通信功能和断路器控制功能，协助让智能物联网表在面对无蓝牙通信的断路器和采集器时，能通过智能物联网本地通信模块外接导线的方式完成对应费控功能和表数据的采集上报功能；

其一，解决了智能物联网表在面对不支持蓝牙通信的老旧台区，而丢失费控功能以及RS485通信功能的问题，增强其面对各种复杂应用环境的适应性；

其二，由于是在智能物联网本地通信模块上增加RS485通信功能和断路器控制功能，现场安装极其方便快捷，只需通过插拔的方式更换智能物联网表中的智能物联网本地通信模块即可，不需要重新拆线断电更换电表，这也大大节省了安装成本。

以下将结合附图与具体的实施例对本实用新型进行详细的解释说明。

附图说明

图1为本实用新型的智能物联网本地通信模块电路架构图；

图2为本实用新型的智能物联网表通信网络图。

图中：1、主控MCU；2、PMU电源；3、DC-DC电源；4、过零识别模组；5、载波发送模组；6、载波接收模组；7、载波耦合模组；8、RS485收发模组；81、RS485电路；82、485端子；9、断路器控制反馈模组；91、断路器控制及反馈电路；92、费控端子；10、弱电接口；11、射频收发模组；12、指示灯模组；13、晶振模组。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请着重参照附图1-2，一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，包括主控MCU1、PMU电源2、DC-DC电源3、过零识别模组4、载波发送模组5、载波接收模组6、载波耦合模组7、RS485收发模组8、断路器控制反馈模组9、弱电接口10、射频收发模组11、指示灯模组12、晶振模组13；

所述PMU电源2与DC-DC电源3、弱电接口10电性连接，所述载波耦合模组7与、载波发送模组5和载波接收模组6电性连接，所述DC-DC电源3、过零识别模组4、载波发送模组5、载波接收模组6、RS485收发模组8、断路器控制反馈模组9、弱电接口10、射频收发模组11、指示灯模组12、晶振模组13均与主控MCU1实现电性连接。

请参照附图2，在本实施例中，需要说明的是，智能物联网表和智能物联网本地通信模块所有数据均可以通过串口通信完成交互，当智能物联网表计量出用户欠费时，智能物联网表把跳闸指令发送给智能物联网本地通信模块，物联网表本地通信模块通过费控端子92的C端口输出跳闸控制指令使得断路器跳闸，断路器确认跳闸后，其反馈信号通过费控端子92的F端口返回给智能物联网本地通信模块，再返回给智能物联网表；在必须和采集器交互的现场，智能物联网表通过智能物联网本地通信模块的485端子82和采集器的485接口连接，实现信息的采集和上报；同时智能物联网本地通信模块的载波通信和无线通信均是和其上行路由或者中继节点进行数据交换；

通过插拔的方式把智能物联表的模块更换为内置485通信和断路器控制的智能物联网本地通信模块，两根转接线接在断路器和费控端子92之间，另外两根转接线接在采集器和485端子82之间；

请参照附图1，在本实施例中，需要说明的是，PMU电源2为电源管理单元，内部主要分为Buck电路部分、LDO部分、Boost电路部分三个部分，其中Buck电路部分负责把智能物联表提供的12V转换为3.3V，给智能物联网本地通信模块提供3.3V电源；LDO部分恒流出输出，给超级电容充电；Boost电路部分负责在智能物联表12V消失时，把超级电容的2.5V升压为12V给智能物联网本地通信模块提供短时的供电；

DC-DC电源3为通过Buck降压芯片，能够高效的把3.3V降压为1.0V给主控MCU1供电；

弱电接口10主要通信方式为UART串口通信，通信速率为9600bps，防护设计采用标准的RC防护电路，为智能物联网本地通信模块和智能物联表的串口信息交互接口，通过排针和排母连接；

射频收发模组11的无线通信频段为470-510MHz，主控MCU1内部集成射频收发机，通过主控MCU1外围射频收发模组11实现无线信号的接收和发送；接收机为差分输入，需要通过巴伦电路实现单端转差分，以及阻抗变换；发射机为单端输出，直接接入射频收发开关；通过IO控制射频收发开关，实现收发机分时复用一套天线，射频开关信号端口需要匹配隔直电容；另外，发射信号进入天线前，需要经过一级低通滤波器，实现对EMI的抑制，以满足无线委相关射频辐射要求；对于天线外接的产品，需要在馈线处增加一个TVS防护器件，抑制ESD干扰；

指示灯模组12可通过红色和绿色小灯的不同状态组合可以确认智能物联网本地通信模块的工作状态；

过零识别模组4通过利用达林顿管响应速度快和放大倍数大的特点，当市电的火线电压刚好高于零线电压时，工频交流市电处于过零点附近，达林顿管迅速导通，同时导致光耦的初级侧导通，对应的光耦次级侧会提供给主控MCU1一个可识别的电平转换信号，完成工频交流市电过零信号的检测，检测偏差≤1.2ms；

载波耦合模组7可将电力线上的高频载波信号通过变压器耦合到变压器的次级侧，实现高频电力线载波信号无损传输的同时，隔离掉工频交流市电，由于该模组直连在频交流市电火线和零线之间，则变压器初级侧需要增加安规电容和TSS防护器件来防止电线上的大能量干扰耦合到变压器次级侧，变压器选用1:1变压器，减小电力线载波信号衰减。

具体的，请着重参照附图1，所述主控MCU1为TC9203载波专用芯片；

在本实施例中，需要说明的是，TC9203是一款高度集成的MCU，可为智能电网应用提供单一封装解决方案。它是一个完整的SoC，提供电力线通信和射频通信；它集成了片上模拟前端电力线通信和片上电源管理单元，该SoC将存储器和射频收发器进行系统级封装。

进一步的，所述晶振模组13为中心频率25MHz的无源晶振，匹配电容为两个18p电容串联，常温频偏小于10ppm；

在本实施例中，需要说明的是，该外部无源晶振会产生稳定的25MHz时钟信号，用于主控MCU1内部各个模块的同步操作，为外设提供时钟基准源、以及频率调制和解调等功能。

进一步的，所述载波发送模组5为功率放大器；

在本实施例中，需要说明的是，功率放大器能够为负载提供频带为0.7MHz～12MHz的高幅值、大功率的宽带载波信号。由于载波信号是一个0.7MHz-12MHz宽带信号，要求PA对不同频率放大倍数一致，故选用电流反馈型运放，开环增益Z(S)互阻抗一定，闭环增益不受频率影响，其有着高的压摆率和高的耐压。

进一步的，所述载波接收模组6为分立电感和电容搭构件的差分6阶巴特沃斯带通滤波器电路；

在本实施例中，需要说明的是，该带通滤波器的结构为先高通滤波器再低通滤波器，输入阻抗50Ω，输出阻抗390Ω；该模组进行电力线载波信号的频段选择，将电力线载波信号频段限制在0.7MHz-12MHz供主控MCU1的ADC采样使用；具体可表现为载波接收模组6通过带通滤波器允许电力线载波频段内(0.7MHz-12MHz)的信号衰减很小，而将带外的信号衰减很大

进一步的，所述RS485收发模组8由RS485电路81和485端子82组成；

在本实施例中，需要说明的是，RS485电路81通过RS485芯片实现UART串口信号和RS-485差分信号的相互转换，通信速率9600bps，半双工通信网络，总线上最多可以有32个收发器，RS-485差分信号通过485端子82的A和B端口接出。

进一步的，所述断路器控制反馈模组9由断路器控制及反馈电路91和费控端子92所组成；

在本实施例中，需要说明的是，断路器控制及反馈电路91为主控MCU1控制电磁继电器的通断，输出相应的工频控制信号来控制断路器的开/合闸，断路器的开/合闸状态又通过断路器反馈部分，把工频反馈信号转换为主控MCU1能识别的高低电平信号，传给主控MCU1；工频控制信号和工频反馈信号通过费控端子92的C和F端口接出；

工频控制信号的非激励态输出电压应为工频交流市电的90％至100％，激励态输出电压应为工频交流市电的0％至25％；当控制信号处于非激励态时，断路器合闸，允许用户用电；当控制信号处于激励态时，断路器跳闸，中断用户供电。

上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，包括主控MCU(1)、PMU电源(2)、DC-DC电源(3)、过零识别模组(4)、载波发送模组(5)、载波接收模组(6)、载波耦合模组(7)、RS485收发模组(8)、断路器控制反馈模组(9)、弱电接口(10)、射频收发模组(11)、指示灯模组(12)、晶振模组(13)；

所述PMU电源(2)与DC-DC电源(3)、弱电接口(10)电性连接，所述载波耦合模组(7)与、载波发送模组(5)和载波接收模组(6)电性连接，所述DC-DC电源(3)、过零识别模组(4)、载波发送模组(5)、载波接收模组(6)、RS485收发模组(8)、断路器控制反馈模组(9)、弱电接口(10)、射频收发模组(11)、指示灯模组(12)、晶振模组(13)均与主控MCU(1)实现电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述主控MCU(1)为TC9203载波专用芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述晶振模组(13)为中心频率25MHz的无源晶振，匹配电容为两个18p电容串联，常温频偏小于10ppm。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述载波发送模组(5)为功率放大器。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述载波接收模组(6)为分立电感和电容搭构件的差分6阶巴特沃斯带通滤波器电路。

6.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述RS485收发模组(8)由RS485电路(81)和485端子(82)组成。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力线载波通信的智能物联网本地通信模块，其特征在于，所述断路器控制反馈模组(9)由断路器控制及反馈电路(91)和费控端子(92)所组成。