专利名称：基于epon的电能表光纤通信模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤通信模块，特别涉及一种基于EPON的电能表光纤通信模块。
背景技术：
目前，现有的基于EPON的电能表光纤通信模块包括EPON协议控制器模块(内置MCU控制器和时钟模块)、光电隔离模块、信号转换模块、存储单元、电源模块、电平转换模块。电平转换模块通过串口与EPON协议控制器模块相连，同时通过串口与智能电表相连，该控制模块通过UART 口与光电隔离模块相连，该光电隔离模块再通过串口与信号转换模块相连，信号转换模块通过GPIO 口与EPON协议控制器模块相连，同时将12V电源信号传至电源模块，电源模块为主控芯片供电。这种方案只有一路UART与电能表相连，通信方式单一，一旦发生故障，对整个光电通信网络造成极大影响。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种高可靠性的基于EPON的电能表光纤通信模块。本实用新型提供的这种基于EPON的电能表光纤通信模块，包括MCU主控制器、光电转换与控制模块、存储单元、电源模块、时钟模块、电源监测模块、DBG模块、I2C转UART模块和电平转换模块，电源监测模块用于MCU复位和低电压报警，DBG调试模块通过串口与MCU主控制器相连，用于提供调试接口，I2C转UART模块通过I2C总线与MCU主控制器相连，用于串口扩展，电平转换模块通过串口与12C转UART模块相连，用于电平转换，所述存储单元包括Flash模块和PSRAM模块。所述MCU主控制器采用Cortina公司的第二代高性能以太网无源光网络交换芯片，其型号为CS8016E。所 述I2C转UART模块采用公司的I2C/SPI转UART芯片，其型号为XR20M1172。本实用新型与主站之间采用EPON技术组网，并在以太网帧上封装376.1协议，上下行带宽均为1. 25Gbps，最长传输距离20km ;而与电能表之间采用RS485总线组网，并封装645协议，提高了数据传输的可靠性，延长了数据的有效传输距离，提高其上行链路的链路利用率。本实用新型采用EPON技术替代无线通信或电力载波通信方式，其稳定性、可靠性、实时性均有大幅地提高。由于传输介质为无源光纤，其信道容量更大，设备维护成本更低，组网更简单，更符合智能电网发展的需求。
图1是本实用新型的结构框图。图2是本实用新型的光电转换与控制模块电路图。图3是本实用新型的I2C转UART模块电路图。图4是本实用新型的电平转换模块电路图。[0011]图5是本实用新型的电源监测模块电路图。图6是本实用新型的一种具体实施方式
图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括光电转换与控制模块、存储单元、电源模块、MCU主控制器、电源监测模块、时钟模块、DBG模块、I2C转UART模块和电平转换模块，电源监测模块用于MCU复位和低电压报警，时钟模块用于为主控芯片提供时钟信号，DBG调试模块通过串口与MCU主控制器相连，用于提供调试接口，I2C转UART模块通过I2C总线与MCU主控制器相连，用于串口扩展，电平转换模块通过串口与I2C转UART模块相连，用于电平转换，所述存储单元包括Flash模块和PSRAM模块。MCU控制器模块是系统核心控制部件，是实现系统功能的关键。本系统采用的是Cortina公司的第二代高性能以太网无源光网络(EPON)交换芯片CS8016E。本实用新型所用的MCU主控制器是一个高密度的ONU解决方案，完全兼容IEEE802. 3ah规约，设有片上帧缓存用来存储数据包，采用优先级队列上报机制来支持动态带宽分配算法，在上行链路和下行链路采用前向纠错来增加激光器的光功率预算，增加光的发送距离。CS8016E是一个功能丰富且性价比很高的终端器件，采用256脚的BGA封装，它集成了一个Gigabit以太网口、一个GEPON 口、一个快速以太网管理口和一个内置的ARM9内核，内核总线上挂有多个外设用以功能扩展，有EPON接口、FLASH/SRAM接口、UART接口、I2C接口、SPI借口、LED接口、GPIO接口等。该器件完全可以胜任数据包分类、交换、流量监管、队列管理及调度等功能。MCU控制器模块是本实用新型的核心控制模块，其功能主要有两大方面一、完成EPON系统ONU端的网络管理功能、光模块的收发控制，这两个功能必须建立在IEEE802. 3ah标准之上。二、在其上运行嵌入式实时 操作系统eCOS，以满足ONU模块众多的功能需求以及实时性的要求，完成国网376.1协议与645协议的转换，以实现主站与智能电能表之间的通 目。如图2所示，光电转换与控制模块主要功能是实现光电/电光信号的变换，包括光功率控制、调制发送、信号探测、IV转换以及限幅放大判决再生功能，此外还有防伪信息查询、τχ-disable等功能。该模块与主控芯片采用SerDes接口通信。其两对差分信号线，固定传输速率为1. 25Gbps，具备远距离传输功能(1000BASE-PX10规格可以传输10km，1000BASE-PX20规格可以传输20km);采用单纤双向，上下行方向使用不同波长(I 310nm / I 490 nm)的光源，实现全双工的工作方式。如图3所示，本实用新型的I2C转UART模块用于串口扩展与电平转换。本设计采用了 Exar Corporation公司的I2C/SPI转UART芯片，其型号为XR20M1172。这是一个高性能的双通道UART转换芯片，内置64字节的发送和接收FIFO缓存，可选择I2C或SPI从接口。其供电电压为1. 62^3. 63V，发送和接收FIFO缓存有16个可选择的触发阈值，自动硬件握手，还有完整的modem接口。可编程4倍或8倍采样率，当芯片供电为3. 3V时，波特率最高可达16Mbps，完全可以满足本模块的通信需求。该芯片还需要外接无源晶振，用以提供系统时钟给UART的波特率产生模块。当使用典型的14. 7456Mhz晶振时，通过软件配置，最高可得到3. 68Mbps的波特率。[0019]如图4所示为电平转换模块，其用于通信模块与智能电能表的电平兼容。本实用新型采用的电平都是3. 3V电平，而智能电能表采用的是5V电平。因此，为了使本实用新型能与智能电能表正常通信，必须在其连接端进行3. 3V到5V电平的转换。本实用新型采用MMBT2907ALT1型号的PNP三极管对TXA/TXB信号进行升压操作。当TX信号为I (3. 3V)时，PNP管截止,输出信号为I (5V),反之亦然。对于RX信号，输入信号为5V,只需一个分压电路，即可产生3. 3V的输出。如图5所示为电源监测模块。本实用新型采用专用的微处理器电源监控芯片，以提高系统的可靠性，电源监控芯片需要完成上电时为处理器复位、低电压报警以及电压恢复正常时重新复位芯片等功能。本实用新型采用了 Pericom公司的专业电源监控芯片，其型号为PT7A7514WEX。该芯片在系统上电时为微处理器系统输出一个约200ms的复位信号，当系统电源电压低于9. 2V时，将引起一个处理器中断，处理器内软件将该中断识别为低电压预警，并进行相应的处理。 如图6所示，光纤电表通信模块提供两路UART 口与基表进行连接，其中一路UART口直接与基表的微控制器进行连接，可以直接与基表的微控制器进行通信；另一路UART 口直接连接到基表上另一路的UART转RS485电路，然后通过RS485总线与基表和下挂表进行通信。其中RS485_RE/DE为自定义引脚，与GPIO 口相连，是485收发控制信号。高电平为485接收状态，低电平为485发送状态。 本实用新型完全符合IEEE802. 3ah_2004标准，可以与任何与该协议兼容的OLT互连。本实用新型对智能电能表有两路UART 口，利用表端的RS485转换电路实现本地电表的组网。·
权利要求1.一种基于EPON的电能表光纤通信模块，包括MCU主控制器、光电转换与控制模块、存储单元、电源模块、时钟模块，其特征在于，还包括电源监测模块、DBG模块、I2C转UART模块和电平转换模块，电源监测模块用于MCU复位和低电压报警，DBG调试模块通过串口与MCU主控制器相连，用于提供调试接口，I2C转UART模块通过I2C总线与MCU主控制器相连，用于串口扩展，电平转换模块通过串口与I2C转UART模块相连，用于电平转换，所述存储单元包括Flash模块和PSRAM模块。
2.根据权利要求1所述的基于EPON的电能表光纤通信模块，其特征在于，所述MCU主控制器采用Cortina公司的第二代高性能以太网无源光网络交换芯片，其型号为CS8016E。
3.根据权利要求1所述的基于EPON的电能表光纤通信模块，其特征在于，所述I2C转UART模块采用公司的I2C/SPI转UART芯片，其型号为XR20M1172。
专利摘要本实用新型公开了一种基于EPON的电能表光纤通信模块，包括光电转换与控制模块、存储单元、电源模块、MCU主控制器、电源监测模块、时钟模块、DBG模块、I2C转UART模块和电平转换模块，电源监测模块用于MCU复位和低电压报警，时钟模块用于为主控芯片提供时钟信号，DBG调试模块通过串口用于提供调试接口，I2C转UART模块用于串口扩展，电平转换模块通过串口用于电平转换。本实用新型采用EPON技术替代无线通信或电力载波通信方式，其稳定性、可靠性、实时性均有大幅地提高。由于传输介质为无源光纤，其信道容量更大，设备维护成本更低，组网更简单，更符合智能电网发展的需求。
文档编号H04B10/25GK202906911SQ20122063799
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者何昭晖, 李先怀, 童嵘 申请人:威胜集团有限公司