三相智能电能表的无线通信采集装置及通信采集方法与流程

本发明具体涉及一种三相智能电表的无线通信采集装置及通信采集方法。

背景技术：

随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生产和生活中不可或缺的二次能源之一，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。智能电能表作为电力系统中计量和传输电能数据的最重要部件之一，其电能传输的方式和可靠性就显得尤为重要。

目前，三相智能电能表的上行通信主要有两种通信方式，一种为无线通信方式，另外一种为电力线载波通信方式，两种通信方式都是采用外置模块化设计，均通过插座和插针与三相智能电能表连接，采用无线通信方式的外置模块统称为无线通信采集模块。

无线通信采集模块与主站的上行通信目前最普遍的是采用2ggprs通信方式，少量采用cdma通信方式。目前常用的2g无线通信采集装置的功能模块图如图1所示。2g通信方式可以满足基本的用电信息采集系统远程通信功能。但是，由于2g模块的通信速率较低，无法满足大文件远程升级和大数据实时传输的需求。

另外，原有的2g通信方式，要么只支持中国移动和联通，要么只支持中国电信，兼容扩展性不强，在某些场合，由于某家网络覆盖不佳或者2g容量饱和问题，导致2g通信模块掉线频繁，如果需要更换网络覆盖好或者容量充足的运营商，必须更换整个无线通信采集模块，造成了现场使用的不便。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种通信速率快、通信稳定可靠的三相智能电表的无线通信采集装置。

本发明的目的之二在于提供所述三相智能电表的无线通信采集装置的通信采集方法。

本发明提供的这种三相智能电表的无线通信采集装置，包括电源模块、无线通信接口模块、控制器模块、红外通信模块和usb接口模块，还包括4g无线通信模块；电源模块从三相智能电能表获取电能并为所述无线通信采集装置供电；无线通信接口模块与三相智能电能表连接并获取三相智能电能表的运行数据和计量数据；红外通信模块用于无线通信采集装置的参数设置和读取；usb接口模块用于无线通信采集装置的软件升级；无线通信接口模块将获取的数据传输给控制器模块，再由控制器模块通过4g无线通信模块上传至主站。

所述的4g无线通信模块包括4g模块，和与4g模块连接的uart/串口电平转换电路、开关机控制电路、sim卡接口电路和天线接口和天线；uart/串口电平转换电路用于在控制器模块和4g模块之间进行通信电平的转换；开关机控制电路用于接收控制器模块下发的开关机控制信号并传输给4g模块；sim卡接口电路用于读取sim的工作信息并传输给4g模块；4g模块将获取的控制器模块的数据通过天线接口和天线以4g通信的方式上传给主站，或者接收主站下发的数据同传输给控制器模块。

所述的4g模块为型号为n710的4g通信模块。

所述的三相智能电表的无线通信采集装置还包括存储单元；存储单元与控制器模块连接，用于存储三相智能电表无线通信采集装置的工作参数以及采集的电能量等数据。

所述的三相智能电表的无线通信采集装置还包括rs232接口电路；rs232接口电路与控制器模块连接，用于外部通过rs232接口电路与控制器模块连接并通信，完成三相智能电表的无线通信采集装置的系统维护。

所述的控制器模块为由型号为lpc1765的控制器构成的控制器电路组成。

所述的电源模块包括电池、电池管理单元、12v/5v电源电路、5v/3.3v电源电路和5v/4v电源电路；三相智能电能表输出12v电源通过电池管理单元对电池充电，电池管理单元用于对无线通信模块的电池进行管理；三相智能电能表输出的12v电源还通过12v/5v电源电路转换为两路5v电源，一路5v电源通过5v/3.3v电源电路转换为3.3v电源并为控制器模块供电，另一路5v电源则通过5v/4v电源电路转换为4v电源并为4g无线通信模块供电。

所述的三相智能电表的无线通信采集装置与三相智能表的连接为通过2xp6插针连接。

本发明还提供了所述三相智能电能表的无线通信采集装置的通信采集方法，包括如下步骤：

s1.三相智能电能表的无线通信采集装置上电自检并自动拨号登录主站；

s2.登录主站后，三相智能电能表的无线通信采集装置实时接收主站下发的控制指令；

s3.三相智能电能表的无线通信采集装置将接收的主站控制指令通过无线通信接口模块下发三相智能电能表；

s4.三相智能电能表的无线通信采集装置通过无线通信接口模块获取三相智能电能表的工作参数和计量数据；

s5.三相智能电能表的无线通信采集装置将获取的工作参数和计量数据通过4g无线通信模块上传主站。

本发明提供的这种三相智能电表的无线通信采集装置和通信采集方法，通过无线通信接口模块与三相智能电能表连接并获取数据，并通过4g无线通信模块与主站连接，将数据上传主站或者接收主站下发的控制指令，因此本发明的三相智能电表的无线通信采集装置通信速率更高，通信速度更快，而且通信可靠性更好，稳定性更高；此外，本发明的三相智能电表的无线通信采集装置功耗低，电路简单可靠。

附图说明

图1为现有的三相智能电能表的无线通信采集装置的功能模块图。

图2为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的功能模块图。

图3为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的电源模块的功能模块图。

图4为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的控制器模块的电路原理图一。

图5为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的控制器模块的电路原理图二。

图6为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的存储单元的电路原理图。

图7为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的功能模块图。

图8为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的4g模块的电路原理图。

图9为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的uart/串口电平转换电路的电路原理图一。

图10为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的uart/串口电平转换电路的电路原理图二。

图11为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的sim卡接口电路的电路原理图。

图12为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的开关机控制电路的电路原理图。

图13为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的无线通信接口模块的电路原理图。

图14为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的通信采集方法的方法流程图。

具体实施方式

如图2所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的功能模块图：本发明提供的这种三相智能电表的无线通信采集装置，包括电源模块、无线通信接口模块、控制器模块、红外通信模块、usb接口模块、4g无线通信模块、存储单元和rs232接口电路；电源模块从三相智能电能表获取电能并为所述无线通信采集装置供电；无线通信接口模块与三相智能电能表连接并获取三相智能电能表的运行数据和计量数据；红外通信模块用于无线通信采集装置的参数设置和读取；usb接口模块用于无线通信采集装置的软件升级；无线通信接口模块将获取的数据传输给控制器模块，再由控制器模块通过4g无线通信模块上传至主站；存储单元与控制器模块连接，用于存储三相智能电表无线通信采集装置的工作参数以及采集的电能量等数据；rs232接口电路与控制器模块连接，用于外部通过rs232接口电路与控制器模块连接并通信，完成三相智能电表的无线通信采集装置的系统维护。

如图3所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的电源模块的功能模块图：电源模块包括电池、电池管理单元、12v/5v电源电路、5v/3.3v电源电路和5v/4v电源电路；三相智能电能表输出12v电源通过电池管理单元对电池充电，电池管理单元用于对无线通信模块的电池进行管理；三相智能电能表输出的12v电源还通过12v/5v电源电路（采用lv13603b芯片构成的电路）转换为两路5v电源，一路5v电源通过5v/3.3v电源电路（采用lp3981芯片构成的电路）转换为3.3v电源并为控制器模块供电，另一路5v电源则通过5v/4v电源电路（采用lp38501芯片构成的电路）转换为4v电源并为4g无线通信模块供电。

如图4所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的控制器模块的电路原理图一；如图5所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的控制器模块的电路原理图二，两个一同构成了本发明提供的三相智能电表的无线通信采集装置的控制器模块的电路原理图：控制模块采用型号为lpc1765的控制器芯片构成的控制器电路；芯片的第18脚和第16脚连接第一晶振电路，第22脚和第23脚连接第二晶振电路，芯片的28脚为电源引脚，直接连接3.3v电源，并同时通过了若干组滤波电容接地；芯片的78脚连接存储器单元并为其提供时钟信号，芯片的77脚连接存储器单元并作为数据输入引脚，芯片的20引脚连接存储器单元作为存储器保护引脚，并输出存储器保护信号；芯片的82脚和85脚为uart通信接口，通过uart/串口电平转换电路连接4g模块，从而将数据交给4g模块进行无线发射，或者从4g模块获取数据；芯片的89引脚为4g无线通信模块的开关机控制电路的输入引脚信号，其输出一路控制信号对所述4g无线通信模块进行开关机操作，从而在不需要通信时关闭4g无线通信模块，降低功耗；芯片的48和49号引脚为串口通信引脚，其通过无线通信接口模块连接三相智能电能表并获取三相智能电能表的数据，或者给三相智能电能表下发指令。

如图6所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的存储单元的电路原理图：控制器模块通过spi接口与存储器连接，存储器采用spiflash，型号为w25q64的存储器，存储容量为8mb，存储容量还可以pin对pin兼容扩展为32mb和64mb；存储器芯片的1脚连接电源，2脚和5脚为信号输入/输出引脚，连接控制器模块，芯片的3脚为保护信号输入引脚，同样连接控制器模块，芯片的4脚接地，芯片的6脚与控制器模块连接并获取时钟信号芯片的7脚和8脚则均直接与电源连接。

如图7所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的功能模块图：4g无线通信模块包括4g模块，和与4g模块连接的uart/串口电平转换电路、开关机控制电路、sim卡接口电路和天线接口和天线；uart/串口电平转换电路用于在控制器模块和4g模块之间进行通信电平的转换；开关机控制电路用于接收控制器模块下发的开关机控制信号并传输给4g模块；sim卡接口电路用于读取sim的工作信息并传输给4g模块；4g模块将获取的控制器模块的数据通过天线接口和天线以4g通信的方式上传给主站，或者接收主站下发的数据同传输给控制器模块。

如图8所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的4g模块的电路原理图：4g模块使用型号为n710的通信模块，天线接口通过天线rf_ant连接线，与位号为u2的n710通信模块的57脚ant_main管脚连接，天线接口u1采用sma天线头；芯片的22~25号引脚为sim卡连接引脚，均连接至sim卡接口电路，获取sim卡的数据信息。

如图9和图10所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的uart/串口电平转换电路的电路原理图：图中的rxd3和txd3为控制器模块的uart通信接口，连接控制器模块；图中的brxd2和btxd2为4g模块的串口通信接口；brxd2信号通过一路三极管电路进行电平转换，而btxd2则通过上拉电阻和二极管电路进行电平转换。由于控制器模块的串口电压为3.3v电平，而n7104g模块的串口电平为1.8v电平，因此为保证串口正常通信，需要做电平转换电路，n710通信模块串口电平转换电路分为发送电路和接收电路，发送电路由一个三极管和两个电阻组成，三极管采用型号为mmbt4401三极管，两个电阻分别采用10k电阻；接收电阻由一个二极管和一个电阻组成，电阻阻值为4.7k，二极管型号为lmbr140t1g的肖特基二极管。

如图11所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的sim卡接口电路的电路原理图：图中的sim-6为sim卡插座，读取sim卡信号后，通过静电保护管（型号为esdalc6v1w5）进行静电保护，并通过电容电容（c12、c13和c15）滤波后，输出4路信号到4g模块。

图12为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的4g通信模块的开关机控制电路的电路原理图：开关机控制电路用于微控制器控制4g通信模块的开机和关机，主要由1个三极管、两个电阻和一个电容组成，三极管使用npn三极管，型号为mmbt4401，两个电阻阻值分别为10k和1k,电容容值为0.01uf；当控制器模块需要将4g模块关机时，其改变output引脚的信号，即可该表on_off引脚的信号，从而使得4g模块关机或者开机。

如图13所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的无线通信接口模块的电路原理图：所述的三相智能电表的无线通信采集装置通过无线通信接口模块与三相智能表通信，通信方式采用uart串口通信，无线通信模块接口电路主要由2xp6插针，tvs管，若干三极管以及电阻电容组成，实际电路4g无线通信采集模块通过uart2串口与三相智能表通信。

如图14所示为本发明的三相智能电表的无线通信采集装置的通信采集方法的方法流程图：所述三相智能电能表的无线通信采集装置的通信采集方法，包括如下步骤：

s1.三相智能电能表的无线通信采集装置上电自检并自动拨号登录主站；

s2.登录主站后，三相智能电能表的无线通信采集装置实时接收主站下发的控制指令；

s3.三相智能电能表的无线通信采集装置将接收的主站控制指令通过无线通信接口模块下发三相智能电能表；

s4.三相智能电能表的无线通信采集装置通过无线通信接口模块获取三相智能电能表的工作参数和计量数据；

s5.三相智能电能表的无线通信采集装置将获取的工作参数和计量数据通过4g无线通信模块上传主站。