一种用于电力仪表中的LoRa无线通讯模块的制作方法

本实用新型涉及的是一种无线通讯模块。

背景技术：

现有电力仪表的通讯技术普遍采用的是传统的有线RS485通讯技术。RS485最大的通信距离约为1200m，最大传输速率为10Mbps，一般最大支持32个节点，能够满足常规的应用场合。RS485 通讯总线标准及接口技术已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。但是，电力仪表中传统的RS485通讯技术在应用的过程中存在着如下缺陷：布线施工困难，尤其是在旧楼改造项目中，耗时耗力，影响工程项目的施工和调试进度；大规模节点的情况下，通讯线路繁多，影响美观；后期维护成本高，出现异常问题时，难于排查和调试。

现有电力仪表的通讯技术除了传统的有线RS485通讯技术外，还包括ZigBee无线通讯技术。将ZigBee无线通讯技术应用于一些短距离的无线网络的组网，例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线抄表网络，适用于企业内部能耗监测及管理系统。ZigBee技术是一种近距离双向无线通讯技术，主要用于距离短且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。将ZigBee通讯技术用于电力仪表中存在着如下的缺陷：1）传输距离短，室内有效传输距离为10米；2）穿墙能力差，受障碍物阻挡影响比较大，对各种社区环境的适应性较差；3）远距离通讯时，需要增加中继节点，导致成本大幅增加，以及后期维护困难。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本实用新型提供一种能够长距离、适应性强、低成本的LoRa无线通讯模块。其被设计成一种外接扩展模块，以实现RS485有线通讯与LoRa无线通讯之间的转换,其中LoRa无线通讯是美国Semtech公司发布的一种基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称LoRa）。在原有RS485有线通讯的电力仪表上，无需任何修改，只需要外接此扩展模块，即可实现LoRa无线通讯。解决了RS485有线通讯现场布线施工困难的问题。

该用于电力仪表中的LoRa无线通讯模块包括依次顺序连接的LoRa无线通讯部分，MCU主控部分以及RS485有线通讯部分，其中LoRa无线通讯部分包括LoRa通讯模块以及与其连接的天线匹配电路和磁珠，RS485有线通讯部分包括RS485转换芯片，以及与其连接的光耦，上、下拉电阻，正温度系数热敏电阻和瞬态抑制二极管。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是根据本实用新型的LoRa无线通讯模块的结构图；

图2是根据本实用新型的LoRa无线通讯模块中LoRa无线通讯部分的电路图；

图3是根据本实用新型的LoRa无线通讯模块中MCU主控部分的电路图；

图4是根据本实用新型的LoRa无线通讯模块中RS485有线通讯部分的电路图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

本申请提出的LoRa无线通讯模块主要由图1所示的三部分组成，包括LoRa无线通讯部分，MCU主控部分以及RS485有线通讯部分，以实现RS485有线通讯与LoRa无线通讯之间的转换功能。

下面对三个组成部分进行详细说明：

图2为LoRa无线通讯部分的电路。ANT1为IPEX接口，用于连接外置天线，天线的规格可以根据现场实际场合以及客户的需求进行选择。电容C9、电容C10、电容C13构成了天线匹配电路，当选用的天线为50Ω时，C9、C13不需要焊接，C10电容选用220pF的电容，其在433-470Mhz上等效于一个短路器件；当天线不是50Ω时，需要使用网络分析仪测量阻抗再确定C9、C10、C13的取值。U3为LoRa通讯模块，与MCU通过SPI接口（如原理图1中的RF_SCK、RF_MISO、RF_MOSI、RF_SEL）进行通讯，然后通过调制技术将数据以无线的方式传输。RF_RST为复位控制引脚，连接到MCU的普通I/O引脚，当出现异常情况时，对LoRa通讯模块进行复位。LoRa通讯模块的电源由VCC提供，这里VCC为3.3V的直流电源，提供的电流需大于200mA。L1为磁珠，用于滤除高频信号的干扰，提高系统的稳定性。

图3为MCU主控部分，为RS485-LoRa通讯转换电路。U1为主控芯片，用于实现RS485-LoRa之间的通讯转换。RF_SCK、RF_MISO、RF_MOSI、RF_SEL、RF_RST连接到LoRa通讯模块，用于实现SPI通讯，以及复位控制功能。RX2，TX2分别为数据接收、发送引脚，连接到RS485通讯电路部分。

图4为RS485有线通讯部分的电路： RX2，TX2分别为数据接收、发送引脚，连接到MCU的UART口。U2、U5为光耦，用于将MCU与RS485之间进行隔离，消除共模干扰，该光耦为低速光耦，实际使用中能满足波特率为19200的通讯速率。U4为RS485转换芯片，型号为SN75176BDR，该芯片最大的标称节点数为32个，实际使用中，同一回路一般只接20个节点。R7、R11分别为上、下拉电阻，用于将信号嵌为到确定电平，提高总线的抗电磁干扰能力。R8、R9为PTC(正温度系数)热敏电阻，用于防止强电误接入时造成元器件的损坏。D1、D2为TVS管（瞬态抑制二极管），用于防止浪涌的干扰。RS485A+、RS485B-为对外接口。

本实用新型解决了传统有线RS485通讯技术布线困难、施工费时耗力的问题，以及解决了ZigBee无线通讯传输距离短、穿墙能力差，适应性差的问题。与传统有线RS485灵活结合使用，能够适应绝大部分现场环境。