一种电表数据采集网关的制作方法

本实用新型涉及通信设备技术领域，特别涉及一种电表数据采集网关。

背景技术：

lora网关也称为lora基站，是一款利用lora无线调制技术实现远距离数据传输的网关设备。市面上现有的电表数据采集网关大多采用lora模块或者2g模块传输数据；其中使用lora模块传输数据的电表数据采集网关，由于随着lora设备和网络部署的增多，其相互之间会出现一定的频谱干扰，会产生信号不稳定的问题；其中使用2g模块传输数据的电表数据采集网关，2g模块也存在信号不稳定，容易掉线的问题，并且使用2g模块传输数据的有些电表数据采集网关只是针对性的采集电表数据，不能对电表的所有数据进行全面采集，存在数据遗漏的问题；同时，现有采用lora模块或者2g模块传输数据的电表数据采集网关，在现场对电表数据进行采集时，安装复杂，需要在现场对设备进行很多设置，设备才能正常使用。

公开号为“cn208506126u”的专利文件公开了一种智能电表，包括电源模块、电量采集模块、数据处理模块、lora通讯模块，所述电量采集模块与数据处理模块连接，所述数据处理模块与lora通讯模块连接，所述lora通讯模块通过lora基站与运维平台连接，所述电源模块分别与数据处理模块、lora通讯模块连接；该专利采用lora技术进行通讯，将数据上传至运维平台，通讯可靠、抗电磁干扰能力强；采用的数据采集模块实现电表数据采集，使得准确度高、性能稳定；可以通过运维平台或智能终端获取监控、抄表数据，方便简单的实现远程监控和抄表；提供的显示模块可以用于本地显示，方便本地查看。该专利文件依然存在数据采集时信号不稳定和网关安装复杂的问题。

因此，现有采用lora模块或者2g模块传输数据的电表数据采集网关，存在信号不稳定、容易掉线和安装复杂的问题。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有采用lora模块或者2g模块传输数据的电表数据采集网关所存在的上述技术问题，提供了一种信号稳定、不容易掉线和安装简单的电表数据采集网关。

本实用新型的技术方案：一种电表数据采集网关，包括底板，所述底板上分别设有内嵌dlt协议的单片机、电源模块、rs485通信电路模块、rs232通信电路模块、4g模块、网线接口和天线座，所述单片机分别与电源模块、rs485通信电路模块、rs232通信电路模块、4g模块、网线接口和天线座电连接；所述单片机通过4g模块和/或网线接口与外部的服务器连接。本实用新型采用内嵌dlt协议的单片机，单片机具有较高的性能，使得单片机对电表的数据采集也更为高效；本实用新型中使用了4g模块来替换现有技术中的lora模块和2g模块，保证了网关在传输数据时的稳定，提高了网关的运行稳定性，使得网络连接流程得以优化，即使在网关掉线以后也会迅速上线，优化数据格式，优化数据差错机制；本实用新型在现场使用时，不需要在现场进行网关设置，只需要将网关设备号和需要采集的电表号统一上传至服务器就可以了，服务器会对网关进行自行设置，使得网关的现场安装流程得以优化，具有了现场使用时安装简单的特点。

作为优选，所述底板上还设有led指示灯和sim卡卡槽，所述单片机分别与led指示灯和sim卡卡槽电连接。其中led指示灯包括电源指示灯、rs485/rs232数据接收指示灯和rs485/rs232数据发送指示灯；sim卡卡槽为抽屉式sim卡卡槽或贴片式sim卡卡槽。抽屉式sim卡卡槽和贴片式sim卡卡槽，两种卡槽不可共存。sim卡卡槽的设置使得网关具有了机卡绑定功能，不可以随意更换安装网关，否则当检测到与绑定的网关不一致时，立即停机，且sim卡卡号作为网关的唯一id号。

作为优选，所述4g模块通过天线阻抗匹配电路与天线座连接；所述天线阻抗匹配电路包括电容c11、电阻r10和电容c15；所述电阻r10的一端与4g模块的芯片连接，所述电阻r10的另一端与天线座连接；所述电容c11的一端与电阻r10和4g模块芯片之间的第二十二节点连接，所述电容c15的一端与电阻r10和天线座之间的第二十三节点连接，所述电容c15的另一端与电容c11的另一端连接后接地。通过设置天线阻抗匹配电路来提升4g模块对信号接收和发送的稳定性，也保证了网关接收到信号的强度，从而保证了网关在传输数据时的稳定。

作为优选，所述rs485通信电路模块包括rs485通信芯片u3、电容c5、电阻r7、电阻r9、电阻r8、第二tvs二极管d2、第三tvs二极管d3和第八tvs二极管d8；所述rs485通信芯片u3与第二tvs二极管d2一端连接，所述第二tvs二极管d2另一端与第八tvs二极管d8的一端连接，所述第二tvs二极管d2与第八tvs二极管d8连接后接地，所述第八tvs二极管d8的另一端与rs485通信芯片u3连接；所述第三tvs二极管d3的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第一节点连接，所述第三tvs二极管d3的另一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第二节点连接；所述电阻r8的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第三节点连接，所述第三节点相比于第一节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r8的另一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第四节点连接，所述第四节点相比于第二节点靠近于rs485通信芯片u3；所述电阻r7的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第五节点连接，所述第五节点相比于第三节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r7的另一端与rs485通信芯片u3连接，所述电阻r7的另一端与电源模块连接；所述电容c5的一端与电阻r7和rs485通信芯片u3之间的第六节点连接，所述电容c5的另一端接地；所述电阻r9的一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第七节点连接，所述第七节点相比于第四节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r9的另一端接地；所述rs485通信芯片u3与led指示灯连接；所述rs485通信芯片u3上连接有rs485通信接口，所述rs485通信接口设置在底板上。通过在rs485通信电路模块中设置第二tvs二极管d2、第三tvs二极管d3和第八tvs二极管d8，来使得rs485通信电路模块能承受更大的浪涌冲击，从而保证通信的稳定性和安全性。

作为优选，所述rs232通信电路模块包括rs232通信芯片u6、第九tvs二极管d9和第十tvs二极管d10；所述第九tvs二极管d9一端与rs232通信芯片u6的数据发送端连接，所述第十tvs二极管d10一端与rs232通信芯片u6的数据接收端连接，所述第十tvs二极管d10的另一端与第九tvs二极管d9的另一端连接后接地；所述rs232通信芯片u6与电源模块连接；所述rs232通信芯片u6上连接有rs232通信接口，所述rs232通信接口设置在底板上。通过在rs232通信电路模块中设置第九tvs二极管d9和第十tvs二极管d10，来使得rs232通信电路模块能承受更大的浪涌冲击，从而保证通信的稳定性和安全性。

作为优选，所述电源模块包括电源接头、防反二极管d1、电解电容c1、电容c16、电阻r2、电源总电压芯片u2、电容c22、电感l1、电阻r55、电阻r1、电容c25；所述电源总电压芯片u2与电感l1的一端连接，所述电感l1的另一端分别连接有电压转换模块；所述电源总电压芯片u2与电容c22的一端连接，所述电容c22的另一端与电感l1和电源总电压芯片u2之间的第八节点连接；所述电源总电压芯片u2与电阻r55的一端连接，所述电阻r55的另一端与电感l1和电压转换模块之间的第九节点连接，所述电阻r55的另一端与电容c25的一端连接，所述电容c25的另一端与电源总电压芯片u2连接后接地；所述电阻r1的一端与电阻r55和电源总电压芯片u2之间的第十节点连接，所述电阻r1的另一端与电容c25的另一端连接；所述电源总电压芯片u2与防反二极管d1的负极连接，所述防反二极管d1的正极与电源接头连接；所述电解电容c1的正极端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十一节点连接，所述电容c16的一端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十二节点连接，所述第十二节点相比于第十一节点靠近于防反二极管d1，所述电容c16的另一端与电解电容c1的负极端连接后接地；所述电阻r2的一端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十三节点连接，所述第十三节点相比于第十二节点靠近于电源总电压芯片u2，所述电阻r2的另一端与电源总电压芯片u2连接。电源模块用于对网关内的整个电路提供5v的稳定电压；防反二极管d1能够保证整个电源模块的安全性能，能够有效的放置电路中电流的反冲。

作为优选，所述电压转换模块包括第一5v转3.3v电压模块、第二5v转3.3v电压模块和5v转3.8v电压模块；所述第一5v转3.3v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第一5v转3.3v电压模块的电压输出端分别与rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口连接；所述第二5v转3.3v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第二5v转3.3v电压模块的电压输出端与单片机的3.3v电源输入接口连接；所述5v转3.8v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述5v转3.8v电压模块的电压输出端与单片机的3.8v电源输入接口连接。第一5v转3.3v电压模块能够将5v电压良好的转换为3.3v的电压，从而主要为rs485通信电路模块和rs232通信电路模块提供需要的稳定电压；第二5v转3.3v电压模块能够将5v电压良好的转换为3.3v的电压，从而主要为单片机提供需要的3.3v稳定电压；5v转3.8v电压模块能够将5v电压良好的转换为3.8v的电压，从而主要为单片机提供需要的3.8v稳定电压。

作为优选，所述第一5v转3.3v电压模块包括第一电压转换芯片u4、电容c6和电解电容c7；所述第一电压转换芯片u4的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第一电压转换芯片u4的电压输出端分别与rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口连接；所述电容c6的一端与第一电压转换芯片u4和电感l1之间的第十四节点连接，所述电解电容c7的正极端与第一电压转换芯片u4和rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口之间的第十五节点连接，所述电解电容c7的负极端与电容c6的另一端连接后接地。第一5v转3.3v电压模块的具体电路，在为rs485通信电路模块和rs232通信电路模块提供需要的3.3v稳定电压方面，电压转换较为稳定和高效。

作为优选，所述第二5v转3.3v电压模块包括低噪声稳压电源芯片u7、电阻r18、电容c12、电容c13和电容c14；所述低噪声稳压电源芯片u7与电感l1的另一端连接；所述低噪声稳压电源芯片u7与电容c12的一端连接，所述电容c12的另一端与电容c14的一端连接，所述电容c14的另一端与低噪声稳压电源芯片u7连接后与单片机的3.3v电源输入接口连接；所述低噪声稳压电源芯片u7与电阻r18的一端连接，所述电阻r18的另一端与低噪声稳压电源芯片u7和电容c12之间的第十六节点连接；所述电容c13的一端与低噪声稳压电源芯片u7连接，所述电容c13的另一端与电容c14和电容c12之间的第十七节点连接；所述低噪声稳压电源芯片u7接地。第二5v转3.3v电压模块的具体电路，在为单片机提供需要的3.3v稳定电压方面，电压转换较为稳定和高效。

作为优选，所述5v转3.8v电压模块包括线性稳压芯片u1、电容c4、电阻r3、电阻r4、电容c5和电容c8；所述线性稳压芯片u1与电容c4的一端连接，所述线性稳压芯片u1与电容c4之间的第十八节点与电感l1的另一端连接，所述电容c4的另一端与电阻r4的一端连接后接地，所述电阻r4的另一端与电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端与线性稳压芯片u1连接，所述电阻r3和电阻r4之间的第十九节点与线性稳压芯片u1连接；所述线性稳压芯片u1与单片机的3.8v电源输入接口连接，所述电容c5的一端与线性稳压芯片u1和单片机的3.8v电源输入接口之间的第二十节点连接，所述电容c8的一端与线性稳压芯片u1和单片机的3.8v电源输入接口之间的第二十一节点连接，所述第二十一节点相比于第二十节点远离线性稳压芯片u1，所述电容c8的另一端和电容c5的另一端连接后接地。5v转3.8v电压模块的具体电路，在为单片机提供需要的3.8v稳定电压方面，电压转换较为稳定和高效。

作为优选，所述单片机的型号为stm32f030c8，所述单片机采用cortex-m0架构，所述单片机的主频率为48mhz。该种型号的单片机能够较大的提高网关的运行速度。

作为优选，所述天线座包括焊接式天线座和贴片式ipex天线座。

本实用新型具有如下有益效果：

（1）采用内嵌dlt协议的单片机，单片机具有较高的性能，使得单片机对电表的数据采集也更为高效；

（2）使用了4g模块来替换现有技术中的lora模块和2g模块，保证了网关在传输数据时的稳定，提高了网关的运行稳定性，使得网络连接流程得以优化，即使在网关掉线以后也会迅速上线，优化数据格式，优化数据差错机制；

（3）在现场使用时，不需要在现场进行网关设置，只需要将网关设备号和需要采集的电表号统一上传至服务器就可以了，服务器会对网关进行自行设置，使得网关的现场安装流程得以优化，具有了现场使用时安装简单的特点。

附图说明

图1是本实用新型的模块结构图；

图2是本实用新型中单片机处的电路图；

图3是本实用新型中焊接式天线座处的电路图；

图4是本实用新型中贴片式ipex天线座处的电路图；

图5是本实用新型中led指示灯处的第一电路图；

图6是本实用新型中led指示灯处的第二电路图；

图7是本实用新型中网线接口处的电路图；

图8是本实用新型中rs485通信电路模块处的电路图；

图9是本实用新型中rs232通信电路模块处的电路图；

图10是本实用新型中rs232通信接口处的电路图；

图11是本实用新型中5v供电电源模块处的电路图；

图12是本实用新型中第一5v转3.3v电压模块处的电路图；

图13是本实用新型中5v转3.8v电压模块处的电路图；

图14是本实用新型中第二5v转3.3v电压模块处的电路图；

图15是本实用新型中4g模块处的电路图；

图16是本实用新型中底板上贴片式sim卡卡槽处的电路图；

图17是本实用新型中底板上抽屉式sim卡卡槽处的电路图；

图18是本实用新型底板上4g模块安装卡槽处用于保护通信的电路图；

图19是本实用新型在采集电表数据时的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

如图1所示的一种电表数据采集网关，包括底板，所述底板上分别设有如图2所示的内嵌dlt协议的单片机、电源模块、如图8所示的rs485通信电路模块、如图9和图10所示的rs232通信电路模块、4g模块、网线接口和天线座，所述单片机分别与电源模块、rs485通信电路模块、rs232通信电路模块、4g模块、网线接口和天线座电连接；所述单片机通过如图15和图18所示的4g模块和/或如图7所示的网线接口与外部的服务器连接。

所述底板上还设有如图5和图6所示的led指示灯和如图16、图17所示的sim卡卡槽，所述单片机分别与led指示灯和sim卡卡槽电连接。

所述4g模块通过天线阻抗匹配电路与天线座连接；所述天线阻抗匹配电路包括电容c11、电阻r10和电容c15；所述电阻r10的一端与4g模块的芯片连接，所述电阻r10的另一端与天线座连接；所述电容c11的一端与电阻r10和4g模块芯片之间的第二十二节点连接，所述电容c15的一端与电阻r10和天线座之间的第二十三节点连接，所述电容c15的另一端与电容c11的另一端连接后接地。

所述rs485通信电路模块包括rs485通信芯片u3、电容c5、电阻r7、电阻r9、电阻r8、第二tvs二极管d2、第三tvs二极管d3和第八tvs二极管d8；所述rs485通信芯片u3与第二tvs二极管d2一端连接，所述第二tvs二极管d2另一端与第八tvs二极管d8的一端连接，所述第二tvs二极管d2与第八tvs二极管d8连接后接地，所述第八tvs二极管d8的另一端与rs485通信芯片u3连接；所述第三tvs二极管d3的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第一节点连接，所述第三tvs二极管d3的另一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第二节点连接；所述电阻r8的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第三节点连接，所述第三节点相比于第一节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r8的另一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第四节点连接，所述第四节点相比于第二节点靠近于rs485通信芯片u3；所述电阻r7的一端与第二tvs二极管d2和rs485通信芯片u3之间的第五节点连接，所述第五节点相比于第三节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r7的另一端与rs485通信芯片u3连接，所述电阻r7的另一端与电源模块连接；所述电容c5的一端与电阻r7和rs485通信芯片u3之间的第六节点连接，所述电容c5的另一端接地；所述电阻r9的一端与第八tvs二极管d8和rs485通信芯片u3之间的第七节点连接，所述第七节点相比于第四节点靠近于rs485通信芯片u3，所述电阻r9的另一端接地；所述rs485通信芯片u3与led指示灯连接；所述rs485通信芯片u3上连接有rs485通信接口，所述rs485通信接口设置在底板上。

所述rs232通信电路模块包括rs232通信芯片u6、第九tvs二极管d9和第十tvs二极管d10；所述第九tvs二极管d9一端与rs232通信芯片u6的数据发送端连接，所述第十tvs二极管d10一端与rs232通信芯片u6的数据接收端连接，所述第十tvs二极管d10的另一端与第九tvs二极管d9的另一端连接后接地；所述rs232通信芯片u6与电源模块连接；所述rs232通信芯片u6上连接有rs232通信接口，所述rs232通信接口设置在底板上。

所述如图11所示的电源模块包括电源接头、防反二极管d1、电解电容c1、电容c16、电阻r2、电源总电压芯片u2、电容c22、电感l1、电阻r55、电阻r1、电容c25；所述电源总电压芯片u2与电感l1的一端连接，所述电感l1的另一端分别连接有电压转换模块；所述电源总电压芯片u2与电容c22的一端连接，所述电容c22的另一端与电感l1和电源总电压芯片u2之间的第八节点连接；所述电源总电压芯片u2与电阻r55的一端连接，所述电阻r55的另一端与电感l1和电压转换模块之间的第九节点连接，所述电阻r55的另一端与电容c25的一端连接，所述电容c25的另一端与电源总电压芯片u2连接后接地；所述电阻r1的一端与电阻r55和电源总电压芯片u2之间的第十节点连接，所述电阻r1的另一端与电容c25的另一端连接；所述电源总电压芯片u2与防反二极管d1的负极连接，所述防反二极管d1的正极与电源接头连接；所述电解电容c1的正极端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十一节点连接，所述电容c16的一端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十二节点连接，所述第十二节点相比于第十一节点靠近于防反二极管d1，所述电容c16的另一端与电解电容c1的负极端连接后接地；所述电阻r2的一端与防反二极管d1和电源总电压芯片u2之间的第十三节点连接，所述第十三节点相比于第十二节点靠近于电源总电压芯片u2，所述电阻r2的另一端与电源总电压芯片u2连接。

所述电压转换模块包括如图12所示的第一5v转3.3v电压模块、如图14所示的第二5v转3.3v电压模块和如图13所示的5v转3.8v电压模块；所述第一5v转3.3v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第一5v转3.3v电压模块的电压输出端分别与rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口连接；所述第二5v转3.3v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第二5v转3.3v电压模块的电压输出端与单片机的3.3v电源输入接口连接；所述5v转3.8v电压模块的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述5v转3.8v电压模块的电压输出端与单片机的3.8v电源输入接口连接。

所述第一5v转3.3v电压模块包括第一电压转换芯片u4、电容c6和电解电容c7；所述第一电压转换芯片u4的电压输入端与电感l1的另一端连接，所述第一电压转换芯片u4的电压输出端分别与rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口连接；所述电容c6的一端与第一电压转换芯片u4和电感l1之间的第十四节点连接，所述电解电容c7的正极端与第一电压转换芯片u4和rs485通信电路模块和rs232通信电路模块的3.3v电源输入接口之间的第十五节点连接，所述电解电容c7的负极端与电容c6的另一端连接后接地。

所述第二5v转3.3v电压模块包括低噪声稳压电源芯片u7、电阻r18、电容c12、电容c13和电容c14；所述低噪声稳压电源芯片u7与电感l1的另一端连接；所述低噪声稳压电源芯片u7与电容c12的一端连接，所述电容c12的另一端与电容c14的一端连接，所述电容c14的另一端与低噪声稳压电源芯片u7连接后与单片机的3.3v电源输入接口连接；所述低噪声稳压电源芯片u7与电阻r18的一端连接，所述电阻r18的另一端与低噪声稳压电源芯片u7和电容c12之间的第十六节点连接；所述电容c13的一端与低噪声稳压电源芯片u7连接，所述电容c13的另一端与电容c14和电容c12之间的第十七节点连接；所述低噪声稳压电源芯片u7接地。

所述5v转3.8v电压模块包括线性稳压芯片u1、电容c4、电阻r3、电阻r4、电容c5和电容c8；所述线性稳压芯片u1与电容c4的一端连接，所述线性稳压芯片u1与电容c4之间的第十八节点与电感l1的另一端连接，所述电容c4的另一端与电阻r4的一端连接后接地，所述电阻r4的另一端与电阻r3的一端连接，所述电阻r3的另一端与线性稳压芯片u1连接，所述电阻r3和电阻r4之间的第十九节点与线性稳压芯片u1连接；所述线性稳压芯片u1与单片机的3.8v电源输入接口连接，所述电容c5的一端与线性稳压芯片u1和单片机的3.8v电源输入接口之间的第二十节点连接，所述电容c8的一端与线性稳压芯片u1和单片机的3.8v电源输入接口之间的第二十一节点连接，所述第二十一节点相比于第二十节点远离线性稳压芯片u1，所述电容c8的另一端和电容c5的另一端连接后接地。

所述单片机的型号为stm32f030c8，所述单片机采用cortex-m0架构，所述单片机的主频率为48mhz。

所述天线座包括如图3所示的焊接式天线座和如图4所示的贴片式ipex天线座。

本实用新型的工作原理为：

本实用新型改用4g模块，优化电路设计，提高设备的稳定性，使用高性能单片机，提高设备的运行速度，进一步提高设备的稳定性，通信电路加强电气设计，提高电气防护能力，使得通信接口更加稳定；单片机内内嵌dlt协议，更加高效的采集电表数据。

本实用新型在整体架构上，优化采集流程，设备安装好以后，直接通过服务器端进行设计，在现场只需要经设备连接的全部电表的表号和当前设备号统一上传至服务器端以后，服务器端远程设置采集的表号后，设备就可以开始采集电表数据，每台设备都有唯一的表号；为了确保报警信息被准确上报，且不会遗漏，设备在上线时主动采集电表报警信息，然后统一上传；如图19所示，本实用新型优化现场安装流程，不需要在现场进行设置设备，只需要将设备号和需要采集的电表号统一上传至服务器就可以了，服务器对设备进行设置，其中程序采用自动上报方式，设备本地将所有电表数据轮询完以后，其中轮询的间隔时间比如可以为15分钟，将所有数据打包，一次性上传，不用等待服务器的轮询指令，当然在上报时间未到时，也可以通过服务器下发指令采集数据。

led指示灯能够进行电源状况和数据传输状态的显示；其中电源中使用的相关芯片均为低纹波优质电源芯片，使得网关供电方面具有更好的稳定性。