一种微型无线集线器的制作方法

1.本实用新型涉及仪表仪器技术领域，特别是涉及一种微型无线集线器。


背景技术：

2.用户端在对智能无线电表抄表时，通常采用用户显示单元进行抄表。考虑到用户可接受成本，用户显示单元往往采用简单的液晶显示屏及功能较为简单的主控芯片构成。虽然能够实现点对点抄表方式，但无法实现集中抄读。
3.因此需要使用功能更为强大的掌机(即工业手机)集成无线模块对一定区域的智能电表进行集中抄表。但掌机价格较为昂贵，且属于高度定制化产品。同时，其更新换代成本非常高，所以掌机的软硬件往往落后于智能手机，无法搭载更新的应用。硬件资源也逐步跟不上软件的更迭换代，难以适应不断变化的市场。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种微型无线集线器，搭配终端设备实现区域集中抄表的功能。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
6.一种微型无线集线器，包括usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路；
7.所述电源转换电路的输出端分别与所述主控电路的电源输入端以及射频电路的电源输入端连接，所述电源转换电路的输入端与所述usb接口连接；
8.所述usb转换电路的数据传输端与所述主控电路的第一数据传输端连接，所述usb转换电路的输入端与所述usb接口连接；
9.所述射频电路的数据传输端与所述主控电路的第二数据传输端连接。
10.进一步地，所述usb转换电路包括usb转换芯片；
11.所述usb转换芯片的电源引脚与所述usb接口的电源接入端连接；
12.所述usb转换芯片的差分信号传输端与所述usb接口的差分信号传输端连接；
13.所述usb转换芯片的数据传输端与所述主控电路的第一数据传输端连接。
14.进一步地，所述usb转换电路还包括第一电阻和第二电阻；
15.所述第一电阻及第二电阻的一端均连接所述usb转换芯片的差分信号传输端，另一端与所述usb接口的差分信号传输端连接。
16.进一步地，所述主控电路包括主控芯片和发光二极管；
17.所述主控芯片的第一控制引脚与所述发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极接地；
18.所述主控芯片的第二控制引脚与所述射频电路的使能输入端连接；
19.所述主控芯片的电源输入端与所述电源转换电路的输出端连接；
20.所述主控芯片的第一数据传输端与所述usb转换电路的数据传输端连接；
21.所述主控芯片的第二数据传输端与所述射频电路的数据传输端连接。
22.进一步地，还包括限流电阻；
23.所述限流电阻的一端与所述usb转换电路的数据传输端连接，另一端与所述主控电路的第一数据传输端连接。
24.进一步地，还包括存储电路；
25.所述存储电路的数据传输端与所述主控电路的第三数据传输端连接；
26.所述存储电路的控制输入端与所述主控电路的第三控制输出端连接。
27.进一步地，所述usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路集成于可插拔的usb模具内。
28.本实用新型的有益效果在于：通过usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路构成微型无线集线器电路，当需要进行抄表时，只需将usb接口与手机或pc等终端设备连接后，终端设备为无线集线器电路供电并与主控电路实现数据交互，通过射频电路与待抄表的仪表进行数据交互，并进一步通过主控电路将对应的数据传输至终端设备，并在终端设备上显示对应的数据，实现区域内仪表的集中抄表，并且无线集线器无需外加供电系统设计，通过终端设备直接供电使用，减小了设备体积更便利于携带。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的电路模块示意图；
30.图2为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的usb转换电路结构示意图；
31.图3为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的主控电路结构示意图；
32.图4为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的存储电路结构示意图；
33.图5为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的射频电路结构示意图；
34.图6为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的结构示意图；
35.图7为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的应用示意图；
36.图8为本实用新型实施例中的一种微型无线集线器的应用于抄表场景的示意图；
37.标号说明：
38.1、usb接口；2、电源转换电路；3、usb转换电路；4、主控电路；5、射频电路；6、存储电路；u11、usb转换芯片；u12、主控芯片；u14、存储芯片；m1、射频芯片；r35、第一电阻；r36、第二电阻；r21、第三电阻；r22、第四电阻；led0、发光二极管。
具体实施方式
39.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
40.请参照图1，一种微型无线集线器，包括usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路；
41.所述电源转换电路的输出端分别与所述主控电路的电源输入端以及射频电路的电源输入端连接，所述电源转换电路的输入端与所述usb接口连接；
42.所述usb转换电路的数据传输端与所述主控电路的第一数据传输端连接，所述usb转换电路的输入端与所述usb接口连接；
43.所述射频电路的数据传输端与所述主控电路的第二数据传输端连接。
44.由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路构成微型无线集线器电路，当需要进行抄表时，只需将usb接口与手机或pc等终端设备连接后，终端设备为无线集线器电路供电并与主控电路实现数据交互，通过射频电路与待抄表的仪表进行数据交互，并进一步通过主控电路将对应的数据传输至终端设备，并在终端设备上显示对应的数据，实现区域内仪表的集中抄表，并且无线集线器无需外加供电系统设计，通过终端设备直接供电使用，减小了设备体积更便利于携带。
45.进一步地，所述usb转换电路包括usb转换芯片；
46.所述usb转换芯片的电源引脚与所述usb接口的电源接入端连接；
47.所述usb转换芯片的差分信号传输端与所述usb接口的差分信号传输端连接；
48.所述usb转换芯片的数据传输端与所述主控电路的第一数据传输端连接。
49.由上述描述可知，采用usb转换芯片作为usb转换电路，能够将pc类型的usb、手机tpye-c类型的usb以及手机micro类型的usb等接口的差分电平转化为ttl电平，实现终端与控电路之间的通。
50.进一步地，所述usb转换电路还包括第一电阻和第二电阻；
51.所述第一电阻及第二电阻的一端均连接所述usb转换芯片的差分信号传输端，另一端与所述usb接口的差分信号传输端连接。
52.由上述描述可知，通过增设第一电阻和第二电阻，并将第一电阻和第二电阻分别串联在usb转换芯片的差分信号传输端与usb接口的差分信号传输端之间，起到限流作用，限制usb接口热插拔时产生的浪涌电流，提高usb转换电路的稳定性。
53.进一步地，所述主控电路包括主控芯片和发光二极管；
54.所述主控芯片的第一控制引脚与所述发光二极管的正极连接，所述发光二极管的负极接地；
55.所述主控芯片的第二控制引脚与所述射频电路的使能输入端连接；
56.所述主控芯片的电源输入端与所述电源转换电路的输出端连接；
57.所述主控芯片的第一数据传输端与所述usb转换电路的数据传输端连接；
58.所述主控芯片的第二数据传输端与所述射频电路的数据传输端连接。
59.由上述描述可知，通过设置发光二极管，并将发光二极管与主控芯片的控制引脚连接，从而能够通过发光二极管不同的点亮状态表示当前主控电路的工作状态。
60.进一步地，还包括限流电阻；
61.所述限流电阻的一端与所述usb转换电路的数据传输端连接，另一端与所述主控电路的第一数据传输端连接。
62.由上述描述可知，通过在usb转换电路的数据传输端与主控电路的第一数据传输端之间设置限流电阻，能够防止由于usb转换电路或主控电路一端电源异常导致另一端烧毁的情况，提高电路的可靠性。
63.进一步地，还包括存储电路；
64.所述存储电路的数据传输端与所述主控电路的第三数据传输端连接；
65.所述存储电路的控制输入端与所述主控电路的第三控制输出端连接。
66.由上述描述可知，通过设置存储电路，并将控制输入端与主控电路的控制端连接，从而当需要进行数据存储时，通过主控电路控制存储电路进入数据存储状态，当需要进行数据读出时，则控制存储电路向主控电路返回数据，实现数据的存储和读出。
67.进一步地，所述usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路集成于可插拔的usb模具内。
68.由上述描述可知，通过将usb接口、电源转换电路、usb转换电路、主控电路和射频电路集成于可插拔的usb模具内，整个微型无线集线器的体积仅有一个u盘大小，具有体积小、轻便易携带的特点，更方便用户使用。
69.本实施例上述一种微型无线集线器可以适用于对仪表的抄表，如对公用水表、电表、气表和热量表等仪表的抄表，以下通过具体实施方式进行说明：
70.实施例一
71.请参照图1，一种微型无线集线器，包括usb接口1、电源转换电路2、usb转换电路3、主控电路4、射频电路5和存储电路6；在一可选实施方式中，所述电源转换电路2为低压差线性稳压(low dropout regulator，ldr)；所述存储电路6为铁电随机存储器(ferroelectric random access memory，fram)；fram具有比普通flash更快的存储速度，sck时钟高达16mhz，主要存储射频信息，实现快速跳频，无线响应速度更快，整个通信系统通信效率更高；所述射频电路5主要实现射频收发，实现空中数据的交互；
72.所述电源转换电路2的输出端分别与所述主控电路4的电源输入端以及射频电路5的电源输入端连接，所述电源转换电路2的输入端与所述usb接口1连接；所述usb转换电路3的数据传输端与所述主控电路4的第一数据传输端连接，所述usb转换电路3的输入端与所述usb接口1连接；所述射频电路5的数据传输端与所述主控电路4的第二数据传输端连接；所述存储电路6的数据传输端与所述主控电路4的第三数据传输端连接；所述存储电路6的控制输入端与所述主控电路4的第三控制输出端连接；
73.请参照图2至图5，在一可选实施方式中，所述usb转换电路3包括usb转换芯片u11，其型号为cp2104；所述主控电路4包括主控芯片u12，其型号为r7f0c901b；所述存储电路6包括存储芯片u14，其型号为mb85rs512t；所述射频电路5包括射频芯片m1，其型号为wl-301；
74.所述usb转换芯片u11的电源引脚(vbus)与所述usb接口1的电源接入端(vbus)连接；所述usb转换芯片u11的差分信号传输端(d-&d+)与所述usb接口1的差分信号传输端(d-&d+)连接；所述usb转换电路3还包括第一电阻r35和第二电阻r36；所述第一电阻r35及第二电阻r36的一端均连接所述usb转换芯片u11的差分信号传输端，另一端与所述usb接口1的差分信号传输端连接；所述usb转换芯片u11的数据传输端(txt/rxt)与所述主控电路4的第一数据传输端(txd1/rxd1)连接；其中，所述usb转换芯片u11和所述主控芯片u12之间设置有限流电阻，所述限流电阻包括第三电阻r21和第四电阻r22；所述第三电阻r21和第四电阻r22分别设置在所述usb转换芯片u11的txt引脚与所述主控芯片u12的rxd1引脚之间，以及所述usb转换芯片u11的rxt引脚与所述主控芯片u12的txd1引脚之间；
75.所述主控芯片u12的第一控制引脚(p10)与所述发光二极管led0的正极连接，所述发光二极管led0的负极接地；所述发光二极管led0用于指示所示主控电路4的工作状态，如常亮表示正常运行，闪烁表示有数据交互；所述主控芯片u12的第二控制引脚(p17/txd0)与所述射频电路5的使能输入端(en)连接；所述主控芯片u12的电源输入端(vdd)与所述电源
转换电路2的输出端连接；所述主控芯片u12的第18、19、20、21引脚分别与100欧姆电阻连接再与所述存储芯片u14的第6、5、4、3、2引脚连接，增强信号传输的稳定性；
76.所述主控芯片u12的第二数据传输端与所述射频电路5的数据传输端连接，具体的：所述主控芯片u12的第12、13、14、15、16引脚分别与所述射频芯片m1的第6、5、4、3、2引脚连接，其中所述射频芯片m1的第6、5引脚为数字信号输入输出口，可配置所述射频芯片m1寄存器测试模式，并与矢量信号发生器构成闭环回路测试误码率及接收灵敏度；所述射频芯片m1的第4、3、2脚为三线spi接口，主要用于配置射频芯片m1寄存器；第14引脚为射频芯片m1的电源使能，若射频芯片m1死机可通过拉低第14引脚重启所述射频芯片m1；所述射频芯片m1工作于433mhz频段，信号强度0-20dbm可调，仅工作于433m频段，成本低，且因工作频段低，通信距离较远；硬件方面通过spi接口设置射频模块功率寄存器实现发射功率0-20dbm可调；应用层留有接口供上位机软件(如smartrf studio)设置；
77.微型无线集线器原理如下：
78.微型无线集线器通过所述usb接口1与终端设备连接后，所述电源转换电路2将终端通过所述usb接口1的电源转化为3.3v压电，为所述主控电路4以及射频电路5供电，同时通过所述usb转换电路3将终端中的软件控制信息发送至所述主控电路4，所述主控电路4进一步控制所述射频电路5发射信号或接收信号，所述存储电路6在所述主控电路4的控制下对数据进行存储或上传，实现对区域内的电表进行集中采集，并将数据在终端设备上显示。
79.实施例二
80.请参照图6，为微型无线集线器外形结构示意图；所述usb接口1、电源转换电路2、usb转换电路3、主控电路4、射频电路5和存储电路6均集成于可插拔的usb模具内；其体积较小，仅有一个u盘大小(70*27*8mm)；适配棒状天线能达到200米以上工作距离，适配吸盘天线能达到几百米到1公里的通信距离；在一种可选的实施方式中，天线设置在usb模具接口的另一端；接口外形支持标准usb2.0、usb3.0；内置usb转ttl(transistor-transistor logic)芯片，即插即用；在pc端可使用pc端管理软件对用户节点进行抄读、设置等管理操作；在移动端(手机，pad等)，可使用移动端app，通过otg(on-the-go，应用于不同的设备或移动设备间的联接进行数据交换)连接移动设备进而对用户节点进行管理；
81.请参照图7，微型无线集线器的具体使用方法如下：
82.应用于电脑端时：将微型无线集线器硬件插入电脑，安装usb转ttl驱动cp2104(usb转换芯片)及smartrf studio，进入un《-》dn模式(用户节点《-》分布式节点模式)，smartrf studio通过轮询串口树并尝试同步即可自动寻找到插入电脑的微型无线集线器并将其同步，并为微型无线集线器分布随机的序列号；将表号档案导入smartrf studio即可按照电表协议选择需要抄读的电量、电流等数据；若区域内电表不知道表号，还可以通过smartrf studio设置自动查找模式查找周边数百米范围内的表号，将其导入档案抄读；
83.应用于手机端：将本微型无线集线器硬件通过otg转接线插入手机，安装smartrf studio移动端app，即可如上所述方式实现抄表；
84.抄表功能实现方式：请参照图8，本实施例中在使用中定义用户节点为un，可分布式节点为dn(即电表无线模块)进行一对一或一对多方式交互；抄表前需要添加单只表的表号或多只表的表号档案；抄表时通过下行信道向空中广播信号，以表号及加密协议码作为唯一识别码，相应表号接受到广播信号就根据不同抄表指令做出回复，通过上行信道应答，
区分上下行信道以保障表数量很大时上下行信道的通畅；
85.设备查找功能实现原理：现场若遇到不知道表号、表具体安装位置、表射频参数设置错误等情况时，则可通过设备查找功能抄表；使用设备查找功能时，微型无线集线器将对发出全信道广播，每广播一轮会根据返回的rssi(信号强度)值判定，对信号强度低的表会再广播几轮，已达到比较稳定的握手；进过几轮广播，会获取到附近的表号、信号强度、信道等参数与原始档案对比，将新表号加入档案。
86.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。