一种基于NB-IOT的低功耗通信系统的制作方法

本实用新型涉及充电桩领域，具体涉及一种基于NB-IOT的低功耗通信系统。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩是充电站的子设施，要对充电站的所有充电桩进行实时数据传输，才能保证充电站内的充电桩都在安全状态下工作，同时，某一充电桩出现问题，需要在第一时间内发现、处理，防止造成严重损失。现有的充电站中采用的通信方式有CAN总线类、光纤等进行通信，而上述通信方式的通信速度较慢以及功耗较高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有的充电站中采用的通信方式有CAN总线类、光纤等进行通信，而上述通信方式的通信速度较慢以及功耗较高，目的在于提供一种基于NB-IOT的低功耗通信系统，提高充电站内的充电桩的通信速度，同时降低通信的功耗。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于NB-IOT的低功耗通信系统，包括信息接收装置、NB-IOT模块和信息发送装置，所述信息接收装置包括控制器U11、光耦U12、光耦U13和CAN控制器U14、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2，其中，控制器U11采用TMS320LF2407，光耦U12和光耦U13均采用6N137，CAN控制器U14采用PCA2C250；所述电阻R1的一端连接控制器U11的72引脚，另一端连接光耦U12的3引脚；电阻R2的一端连接控制器U11的70引脚，另一端连接光耦U13的8引脚；电容C2的一端连接在电阻R2与控制器U11连接的线路上，另一端接地；光耦U13的5引脚连接在电容C2接地的一端；电阻R3的一端连接光耦U13的3引脚，另一端连接CAN控制器U14的4引脚；光耦U12的7引脚、8引脚以及光耦13的2引脚以及CAN控制器U14的3引脚共同连接5V电源；光耦U12的6引脚与CAN控制器U14的1引脚连接；电阻R5一端连接在光耦U12与CAN控制器U14连接的线路上，另一端连接5V电源；电容C1的一端连接光耦U12的5引脚，另一端连接5V电源；电阻R6一端连接CAN控制器U14的7引脚，另一端连接NB-IOT模块；电阻R7一端连接CAN控制器U14的6引脚，另一端连接NB-IOT模块；

信息发送装置包括控制器U21、独立CAN控制器U22、光耦U23、光耦U24、CAN控制器U25、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C5、电容C6，其中，控制器U21采用89C52，独立CAN控制器U22采用SJA1000，光耦U23和光耦U24均采用6N137，CAN控制器U25采用PCA82C250；控制器U21的32引脚至39引脚依次与独立CAN控制器U22的2、1、38、37、36、35、24、23引脚连接，控制器U21的21、17、16、30、12引脚依次与独立CAN控制器U22的4、5、6、3、16引脚连接；电阻R8的一端与独立CAN控制器U22的13引脚连接，另一端与光耦U23的3引脚连接；电阻R9的一端与独立CAN控制器U22的19引脚连接，另一端与光耦U23的2引脚连接；独立CAN控制器的19引脚与光耦U24的6引脚连接；电阻R8与光耦U23连接的节点、电阻R9与光耦U23连接的节点共同连接5V电源；电阻R10的一端连接独立CAN控制器U22的30引脚，另一端连接5V电源；电阻R11的一端连接在电阻R10与独立CAN控制器U22连接的线路上，另一端与独立CAN控制器U222的8、21、15引脚连接并共同接地；独立CAN控制器U22的11、22、18、12引脚共同连接的节点与光耦U24的8引脚连接；光耦U24的8引脚与7引脚连接；光耦U23的7、8引脚以及光耦U24的2引脚以及CAN控制器U25的3引脚共同连接5V电源；光耦U23的6引脚与CAN控制器U25的1引脚连接；电阻R13的一端连接在光耦U23与CAN控制器U25连接的线路上，另一端连接5V电源；电容C6一端连接光耦U23的5引脚，另一端连接5V电源；电阻R12的一端连接光耦U24的2引脚，另一端连接CAN控制器U25的4引脚；电阻R14的一端连接CAN控制器U25的7引脚，另一端连接NB-IOT模块；电阻R15的一端连接CAN控制器U25的6引脚，另一端连接NB-IOT模块。

本实用新型中，信息发送装置安装在充电桩中，一个充电桩安装一个信息发送装置，信息发送装置中控制器U21采用89C52，控制器U21可以连接各种信息采集的外围设备，例如传感器和继电器，继电器用于控制充电桩在充电过程中的自动调节、安全保护的作用，传感器包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、烟雾传感器中的一种或多种，传感器用于检测充电桩的运行状态，如果在电流、电压、温度、烟雾数据出现异常，微控制器会通过继电器对充电桩进行即时保护。与控制器U21连接的独立CAN控制器U22，独立CAN控制器U22的2、1、28-23引脚是多路地址/数据总线引脚，控制器U21采集到的信息通过独立CAN控制器U22进行传输。为了增加独立CAN控制器U22与光耦U23之间的驱动能力，设置电阻R8和电阻R9将电压上拉到5V。采用光耦U23和光耦U24进行信息传输，光耦合器一般由三部分组成，光的发射、光的接收以及信号放大，输入的电信号驱动发光二极管使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后进行输出，这就完成了电、光、电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用，由于光耦合器输入输出互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。使用电阻R10和电阻R11对电压进行分压，起到防止干扰的作用；电阻R13将光耦U23与CAN控制器U25之间的电压提升到5V从而实现提高驱动能力；为了防止光耦U24与CAN控制器U25之间的电流过大，设置电阻R12进行限流；在CAN控制器与NB-IOT模块之间设置电阻R14和电阻R15实现限流，防止电流过大。NB-IOT模块接收从信息发送装置发送的信息，通过无线传输至信息接收装置中，NB-IOT模块的特点是，采用无线通讯，支持海量的低吞吐量终端、低功耗低成本、室外大覆盖、室内穿透能力提升，这刚好满足了现有的大型充电站的需求。基于NB-IOT模块的信息的强大传输，可以对接多个信息发送装置发送的信息。大型充电站的充电桩数量多，如果通过有线通信方式，会导致前期安装时通信安装复杂，成本提高，中期使用维护时，充电桩地理位置固定，导致充电桩的临时位置改变或者维护等困难度增加，后期如果将废旧的充电桩淘汰安装新的充电桩时，不能方便的统一重新分配充电桩的位置，新旧充电桩没有集中一起，导致后期的维护难度增大，维护成本增高。充电站的充电桩数量大，产生的数据更是庞大，通过NB-IOT进行数据传输，能够有效减少或者避免使用中间转存设备，减少设备支出，提高数据的传输速度；采用无线传输，能够提高信息接收装置的灵活性；采用NB-IOT模块，能够通过一个NB-IOT模块对一个充电站或者几个充电站内部的充电桩的数据进行传输监控，有利于减少信息接收装置的数量，减少设备支出。信息接收装置中采用控制器U11实现数据处理，电阻R1将控制器U11与光耦U12之间的电压上拉到3.3V，电阻R5将电压上拉到5V，电阻R6和电阻R7以及电阻R3均起到限流作用。本实用新型通过信息接收装置、NB-IOT模块和信息发送装置对一个或多个充电站内部的充电桩的数据进行实时监控，有效的提高了充电桩的总体管理程度，减少了设备支出，实现了对充电桩更加完备的监管。

进一步的，信息接收装置还包括电阻R4、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2，电容C3与二极管D1并联，二极管D1的阳极接地，阴极连接在电阻R6与NB-IOT模块连接的一端；电容C4与二极管D2并联，二极管D2的阳极接地，阴极连接在电阻R7与NB-IOT模块连接的一端；电阻R4的一端连接CAN控制器U14的8引脚连接，另一端接地。

二极管D1和二极管D2的设置可以提高CAN控制器的信号抗干扰能力。

进一步的，信息发送装置还包括电阻R16、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4，电容C7与二极管D3并联，二极管D3的阳极接地，阴极连接在电阻R14与NB-IOT模块连接的一端；电容C8与二极管D4并联，二极管D4的阳极接地，阴极连接在电阻R15与NB-IOT模块连接的一端；电阻R16的一端连接CAN控制器U25的8引脚连接，另一端接地。

二极管D3和二极管D4的设置可以提高CAN控制器的信号抗干扰能力。

进一步的，NB-IOT模块采用RDA8910。

一个NB-IOT模块能够对接的终端数量为50000+，而一个充电站的充电桩数量可能是几个，也可能是几十个，而且在新能源汽车大力推广的时代，充电站的数量在逐年上升，同时充电站的规模也在逐年增大，一个充电站的充电桩可能会达到几百个，而如此多的充电桩的信息能够通过一个NB-IOT模块就能够完成，这就大大减少了充电站系统的复杂性，减少了设备支出，同时降低了系统出错或者瘫痪的概率。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型能够针对充充电桩数量大的电站，产生的数据庞大，通过NB-IOT进行数据传输，能够有效减少或者避免使用中间转存设备，减少设备支出，提高数据的传输速度；

2、本实用新型采用无线传输，能够提高信息接收装置的灵活性；采用NB-IOT模块，能够通过一个NB-IOT模块对一个充电站或者几个充电站内部的充电桩的数据进行传输监控，有利于减少信息接收装置的数量，减少设备支出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型信息接收装置电路图；

图2为本实用新型信息发送装置电路图；

图3为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图3所示，本实施例基于图3的原理框图进行设计，包括上位机、信息接收装置、NB-IOT模块以及信息发送装置，所述上位机、信息接收装置、NB-IOT模块以及信息发送装置依次连接；所述信息发送装置用于安装在充电桩上采集充电桩的信息；所述NB-IOT模块用于将信息发送装置采集到的信息传输至信息接收装置；信息接收装置用于接收NB-IOT模块发送的信息并上传至上位机；其中，

所述信息接收装置包括DSP地址数据控制总线、DSP处理器、第一CAN控制器、第一光耦隔离器、第一CAN收发器，所述DSP地址数据控制总线、DSP处理器、第一CAN控制器、第一光耦隔离器、第一CAN收发器依次连接，所述上位机与DSP地址数据控制总线连接；所述第一CAN收发器与NB-IOT模块连接；

所述信息发送装置包括CAN收发器、光耦隔离器、CAN控制器、继电器、微控制器、传感器，所述CAN收发器、光耦隔离器、CAN控制器、继电器、微控制器依次连接，所述继电器和传感器分别与微控制器连接，所述CAN收发器与NB-IOT模块连接。

具体电路如图1和图2所示，包括信息接收装置、NB-IOT模块和信息发送装置，所述信息接收装置包括控制器U11、光耦U12、光耦U13和CAN控制器U14、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、电容C2，其中，控制器U11采用TMS320LF2407，光耦U12和光耦U13均采用6N137，CAN控制器U14采用PCA2C250；所述电阻R1的一端连接控制器U11的72引脚，另一端连接光耦U12的3引脚；电阻R2的一端连接控制器U11的70引脚，另一端连接光耦U13的8引脚；电容C2的一端连接在电阻R2与控制器U11连接的线路上，另一端接地；光耦U13的5引脚连接在电容C2接地的一端；电阻R3的一端连接光耦U13的3引脚，另一端连接CAN控制器U14的4引脚；光耦U12的7引脚、8引脚以及光耦13的2引脚以及CAN控制器U14的3引脚共同连接5V电源；光耦U12的6引脚与CAN控制器U14的1引脚连接；电阻R5一端连接在光耦U12与CAN控制器U14连接的线路上，另一端连接5V电源；电容C1的一端连接光耦U12的5引脚，另一端连接5V电源；电阻R6一端连接CAN控制器U14的7引脚，另一端连接NB-IOT模块；电阻R7一端连接CAN控制器U14的6引脚，另一端连接NB-IOT模块；

信息发送装置包括控制器U21、独立CAN控制器U22、光耦U23、光耦U24、CAN控制器U25、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电容C5、电容C6，其中，控制器U21采用89C52，独立CAN控制器U22采用SJA1000，光耦U23和光耦U24均采用6N137，CAN控制器U25采用PCA82C250；控制器U21的32引脚至39引脚依次与独立CAN控制器U22的2、1、38、37、36、35、24、23引脚连接，控制器U21的21、17、16、30、12引脚依次与独立CAN控制器U22的4、5、6、3、16引脚连接；电阻R8的一端与独立CAN控制器U22的13引脚连接，另一端与光耦U23的3引脚连接；电阻R9的一端与独立CAN控制器U22的19引脚连接，另一端与光耦U23的2引脚连接；独立CAN控制器的19引脚与光耦U24的6引脚连接；电阻R8与光耦U23连接的节点、电阻R9与光耦U23连接的节点共同连接5V电源；电阻R10的一端连接独立CAN控制器U22的30引脚，另一端连接5V电源；电阻R11的一端连接在电阻R10与独立CAN控制器U22连接的线路上，另一端与独立CAN控制器U222的8、21、15引脚连接并共同接地；独立CAN控制器U22的11、22、18、12引脚共同连接的节点与光耦U24的8引脚连接；光耦U24的8引脚与7引脚连接；光耦U23的7、8引脚以及光耦U24的2引脚以及CAN控制器U25的3引脚共同连接5V电源；光耦U23的6引脚与CAN控制器U25的1引脚连接；电阻R13的一端连接在光耦U23与CAN控制器U25连接的线路上，另一端连接5V电源；电容C6一端连接光耦U23的5引脚，另一端连接5V电源；电阻R12的一端连接光耦U24的2引脚，另一端连接CAN控制器U25的4引脚；电阻R14的一端连接CAN控制器U25的7引脚，另一端连接NB-IOT模块；电阻R15的一端连接CAN控制器U25的6引脚，另一端连接NB-IOT模块。

信息接收装置还包括电阻R4、电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2，电容C3与二极管D1并联，二极管D1的阳极接地，阴极连接在电阻R6与NB-IOT模块连接的一端；电容C4与二极管D2并联，二极管D2的阳极接地，阴极连接在电阻R7与NB-IOT模块连接的一端；电阻R4的一端连接CAN控制器U14的8引脚连接，另一端接地。

信息发送装置还包括电阻R16、电容C7、电容C8、二极管D3、二极管D4，电容C7与二极管D3并联，二极管D3的阳极接地，阴极连接在电阻R14与NB-IOT模块连接的一端；电容C8与二极管D4并联，二极管D4的阳极接地，阴极连接在电阻R15与NB-IOT模块连接的一端；电阻R16的一端连接CAN控制器U25的8引脚连接，另一端接地。

NB-IOT模块采用RDA8910。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。