一种防窃电智能电表无线通讯模块的制作方法

本实用新型涉及电力传输领域，具体的涉及一种防窃电智能电表无线通讯模块。

背景技术：

随着科技和社会的进步，智能电网随之兴起，与之对应的AMR/AMI系统对智能电表的通讯方式提出了更高的要求，需要利用不同的通讯方式建立智能电网集抄系统，达到更加经济有效的管理智能电网的目的。与此同时，智能电表的通讯方式也在进步，针对不同环境需要利用不同通讯方式实现数据的抄读上报。最初的红外抄读不利于一次性抄读数量多，距离远，数据量大的需求，也不利于AMR系统的建立；最近的PLC载波技术不适用于电网质量低，窃电事件多发，环境复杂的地区。而无线通讯方式能够很好适用到电网质量低、窃电事件多发、环境复杂的地区，还省去了PLC方式的复杂布线工作，可以一次性远距离抄读整个网络的电表数据。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种防窃电智能电表无线通讯模块，其能实现无线通讯方式，提高电表数据抄读效率，便于智能电网AMR系统的建立和管理。

2.技术方案

为解决上述问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种防窃电智能电表无线通讯模块，以一块内置于电表内的PCB为载体，所述无线通讯模块包括如下部分：

射频处理单元，采用了无线射频芯片CC13XX，用于获取电表的数据信息，处理成高频电流后再输出；

滤波电路，用于接入射频处理单元处理后的高频电流，消除干扰，突出866-868MHz频段的高频电流并输出；

射频前端电路，采用了CC1190射频前端射频增距器，用于接入滤波电路输出的高频电流，进行功率放大后再输出；

射频天线电路，用于接入射频前端电路处理后的高频电流，经过天线转换为空间电磁波并发射出去；

外围接口电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于将无线射频芯片CC13XX上部分用到的引脚引出，其中一路串口与电能表端的串口相对接，用于将电表的数据信息传输给射频处理单元；

电源电路，用于给本模块供电，并控制用电器件的电源连通与否；

复位电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于将无线射频芯片CC13XX内的数据刷新为默认数据；

晶振电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于给无线射频芯片CC13XX接入时钟源。

进一步地，所述电源电路中设有滤波电容。能对电源电路进行滤波处理，使其传输的电压较为稳定。

进一步地，所述无线射频芯片CC13XX采用无线射频芯片CC1310。

进一步地，所述滤波电路的输入端连接于无线射频芯片CC13XX的差分RF接口。

进一步地，所述滤波电路中包括不平衡变压器和滤波器，所述滤波器采用EPCOS的B3725。

进一步地，所述外围接口电路中还有外接串口作为预留的用于扩展功能的IO口。能实现更多的功能，提升应用价值。

进一步地，所述PCB的规格为45×23mm。规格较小，占用空间较少，便于应用。

3.有益效果

本实用新型包括电源电路、复位电路、晶振电路、射频处理单元、滤波电路、射频前端电路、射频天线电路及外围接口电路，其中射频处理单元采用了用于866-868MHz频段的无线射频芯片CC1310，能实现无线通讯方式，提高电表数据抄读效率，便于智能电网AMR系统的建立和管理。采用无线射频芯片CC1310和CC1190射频前端射频增距器组合应用的方案，可实现高达14dB的链路预算，客户无需中继器或路由器即可实现组网通讯，便于应用普及。

附图说明

图1为本实用新型的设计框图；

图2为本实用新型的完整的原理图；

图3为电源电路图；

图4为复位电路和晶振电路图；

图5为滤波电路图；

图6为射频前端电路图；

图7为外部天线匹配电路图；

图8为外围接口电路图；

图9为PCB的顶层丝印图；

图10为顶层PCB图；

图11为底层PCB图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例

如图1及图2所示的一种防窃电智能电表无线通讯模块，以一块内置于电表内的PCB为载体，所述无线通讯模块包括如下部分：

射频处理单元，采用了无线射频芯片CC13XX（在本实施例中，采用CC1310），是通讯模块的微控制单元（MCU），用于获取电表的数据信息，处理成高频电流后再输出；

滤波电路，用于接入射频处理单元处理后的高频电流，消除干扰，突出866-868MHz频段的高频电流并输出；

射频前端电路，采用了CC1190射频前端射频增距器，用于接入滤波电路输出的高频电流，进行功率放大后再输出；

射频天线电路，用于接入射频前端电路处理后的高频电流，经过天线转换为空间电磁波并发射出去；

外围接口电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于将无线射频芯片CC13XX上部分用到的引脚引出，其中一路串口与电能表端的串口相对接，用于将电表数据信息传输给射频处理单元；

电源电路，用于给本模块供电，并控制用电器件的电源连通与否；

复位电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于将无线射频芯片CC13XX内的数据刷新为默认数据；

晶振电路，连接在无线射频芯片CC13XX上，用于给无线射频芯片CC13XX接入时钟源。

具体地（结合图2）：

（1）电源电路：如图3所示，共有三个电路图，其中由上至下第一个为无线射频芯片CC1310的电源开关电路，第二个电路图为供电电路，第一个为CC1190射频前端射频增距器的电源开关电路，对于电源电路1最好是做好滤波处理和静电释放（ESD）保护，所有滤波电容尽量放到靠近电源引脚处，其中VDD_EB供给CC1310和CC1190，VDD_EB由表端输出3.3V给到模块供电。DCDC_SW是内部电源电路输出，是由MCU的内部DCDC输出，并给到MCU PIN45和PIN48的VDDR。

（2）复位电路和晶振电路：如图4所示，共有三个电路图，其中由左向右第一个图为复位电路2，其由阻容电路组成；晶振电路3包括高速时钟24M晶振和低速32.768k晶振电路，由左向右第二个图为高速时钟24M晶振电路图，由左向右第三个图为低速32.768k晶振电路图，可以预留外部匹配电容，32.768k晶振一般不用，可以由内部配置阻容电路产生。

（3）RF无线MCU电路：无线射频芯片CC1310是一款TI公司的低于1GHz的超低功耗无线MCU，可以用于433M\868M\915M等多个频段（在本实用新型中专用于866-868MHz）。可编程输出功率高达+14dB,带有单端或者差分的RF接口，本实用新型中用到的就是差分RF接口，高度集成的单片解决方案，其整合了一套完整的RF系统及一个片上的DC-DC转换器CC1310电源和时钟管理以及无线系统需要采用特定配置并有软件处理才能正确运行。

（4）滤波电路：如图5所示，从CC1310的RF引脚到不平衡变压器（balun）和滤波器（SAW filter），采用差分方式输入输出，如果天线是单端的，用balun来进行单端到差分（非平衡-平衡）的转换，和天线匹配，如果两者不匹配会产生驻波（输出信号没有经过天线发射出去而返回到了发射单元），影响输出功率，严重失配时有可能损坏发射单元。除了以上的阻抗匹配电路，还使用到了滤波器，本实用新型中滤波器用的是EPCOS或者TDK的，滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，其功能就是得到一个特定频率或者消除一个特定频率。滤波器的主要作用就是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。本实施例中用到的滤波器是EPCOS的B3725（B39871B3725U410），其中心频率是869MHz。

（5）射频前端电路：如图6所示，在射频天线匹配电路前端使用了功率放大电路，用的是TI公司的CC1190射频前端射频增距器，充分满足自动抄表AMR系统的需求，该单芯片集成功率放大器PA,低噪声放大器LNA,开关以及RF匹配功能，无需昂贵的分立式元件，不但可显著简化设计布局，缩短测试时间，提高射频（RF）性能，而且还可大幅缩减整体板级空间。CC1310和CC1190 组合的方案和相关程序配置便可实现高达14 dB的链路预算，客户无需中继器或者路由器便可实现组网通讯。

（6）射频天线电路：如图7所示，从射频前端放大电路出来经过balun后就是外部天线的一些滤波电路和50Ω天线阻抗匹配电路（2阶滤波+π型滤波），天线兼容了在板的PCB天线（A1）和外接的IPEX座(ANT2)，用R11和C16来选择，L15为预留器件。

（7）外围接口电路：如图8所示，外围接口电路8主要是将CC1310的部分用到的引脚引出，便于二次开发。其中一路串口实现与电能表端的串口相对接，实现模块与电表之前的数据传输，间接实现电表与AMR系统中的传动控制单元（DCU）之间的通讯。同时这些外围接口电路8需要做好ESD处理，特别是高频静电干扰，很可能通过接口电路中的TX1和RX1引脚使模块的MCU损坏，所以需要加上Z1，Z2稳压管。J2是预留出来用来扩展功能用的IO口，实际上布板时没有加上去，CASE1是屏蔽罩。

上述各功能电路的硬件集中于一块45×23mm大小的PCB上，PCB设计考虑EMI等测试项目，用4层板设计，其中在设计PCB时，射频电路之间、电源走线和布局需要格外注意，特别是电感方向和电源走线部分，射频走线不要折线，减少射频功率的流失，电源走线部分不要环路，电源处滤波电容每个接地脚都需要过孔到地。完成的PCB如图9、图10及图11所示。

所述PCB内置于智能电表中，利用866-868MHz频段配合软件程序，有效实现电表与模块之间（直接的），电表与AMR/AMI系统之间（间接的）的数据互通。

由上述内容可知，本实用新型能实现无线通讯方式，提高电表数据抄读效率，便于智能电网AMR系统的建立和管理。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求范围内。