CN205301904U - 集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，包括主控CPU，所述主控CPU的内部控制电路包括电源电路、FLASH存储器、看门狗电路和时钟电路，所述主控CPU采用DM9161网络接口连接于主站；所述主控CPU连接有多种下行通信方式，多种下行通信方式包括遥控电路、通信电路、无线模块以及MPU主处理器，所述MPU主处理器上分别连接有SW2521I-212光纤光口和RJ45网络电口。所述集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路应用于智能一体化终端产品，它实现电网二次侧各类数据有效监测和控制，通过本电路的应用，可提升智能一体终端产品的通信能力，适应各工作场所需求，扩充产品功能。

Description

集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路

技术领域

本实用新型涉及一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，属于通信领域。

背景技术

目前，在电网和10kV变电站内，电力公司已批量使用智能监测终端，终端用于电网电流、电压、负载、可靠性等数据监测，调节各回路用电负载，提升用电可靠性，同时监测各设备（如变压器、控制开关等）运行情况。此类包括站所终端DTU、馈线终端、配变终端TTU、继电保护装置、电压监测仪以及电能质量监测仪等（以下简称终端）。

终端常用通信方式有GPRS、CDMA、网络、光纤通信、微功率无线、载波等方式。在各类产品实现过程中，常规采用以模拟信号采样电网电信号，通过微型互感器将信号转成计量采样数据，通过专用计量芯片实现电信号的监测，此过程中对终端本身需接入大量模拟量导线（如各相电压、电流信号），在对分支回路中的电能表常规采用了载波通信方式或微功率无线方式，对终端的上行通信（与主站建立的信号、命令传输）通常采用无线公网（包括GPRS、CDMA、3G等）、230MHz无线通信、光纤通信等技术。对设备监测采用通过开关量监控的有线通信。

随着数字式互感器和数字式电能表的开发及推广应用，把传统的大量模拟量转换成数字信号，并通过光纤传输，以光纤通信优点，提升现场抄表质量和用电可靠性的检测。但目前使用的终端产品并不具备电信号的光纤接收和计算。

传统终端产品通信方式单一，只支持二到三种通信方式，从而实现的功能单一：如已批量推广使用配变计量监测终端（TTU），它采用电信号模拟量接入，和GPRS公网信号上传，且各通信模块独立，占用设备空间大。这样的产品应用范围受到严重局限。现有通信方式有：GPRS、光纤、微功率无线、载波、230MHz无线等通信方案。各种通信方式各有优缺点，由于现场电路设计需求，电路的通信方式在产品制造和使用过程中可能会产生如下几个问题：

1.在使用地过程中，现场使用的终端设备数量多，如实现抄表功能需安装集中器，实现电量计量需安装配变终端，实现中压线路控制需安装站所终端DTU，实现低压线路控制需安装负控终端，这样在电网线路中使多个终端产品实现单一的一个功能，造成资源浪费。

2.现场通信方式种类多，各类终端通信需分别上传到主站系统，占用各类通信道种类多，如集中器、配变终端需通过GPRS无线公网的信号上传，而站所终端DTU则通光纤通信方式上传，这样上传主站信号多且有部分内容重复。

3.现场电路设计和选用终端产品过程中，需要根据现场不同的需求，选择各不同品种的终端通信模式，造成占用空间较大，现场通信线路复杂，接线数量多。

4.在各带光纤通信的类终端中，通常采用网络接口连接到交换机中，由光纤交换机把实现光口与网口的通信，这样降低了光纤通信的速率，同时由于光纤交换机的使用增设备的成本和体积。

因此有必要设计一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，以克服上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，本电路应用于智能一体化终端产品，它实现电网二次侧各类数据有效监测和控制，通过本电路的应用，提升智能一体终端产品的通信能力，适应各工作场所需求，扩充产品功能。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，包括主控CPU，所述主控CPU的内部控制电路包括电源电路、FLASH存储器、看门狗电路和时钟电路，所述主控CPU采用DM9161网络接口连接于主站；所述主控CPU连接有多种下行通信方式，多种下行通信方式包括遥控电路、通信电路、无线模块以及MPU主处理器，所述MPU主处理器上分别连接有SW2521I-212光纤光口和RJ45网络电口。

进一步地，所述时钟电路采用高精度带温补8025T芯片。

进一步地，所述主控CPU的内部控制电路还包括RS485接口电路。

进一步地，所述主控CPU的内部控制电路还包括调试串口电路。

进一步地，所述SW2521I-212光纤光口连接有光口传感器。

进一步地，所述RJ45网络电口连接有电口传感器。

进一步地，所述无线模块连接有无线电能表或无线传感器。

进一步地，所述MPU主处理器上连接有PHY芯片，所述SW2521I-212光纤光口连接所述PHY芯片，所述RJ45网络电口通过网络变压器连接所述PHY芯片。

本实用新型具有以下有益效果：

所述主控CPU的内部控制电路包括电源电路、FLASH存储器、看门狗电路和时钟电路，所述主控CPU采用DM9161网络接口连接于主站；所述主控CPU连接有多种下行通信方式，多种下行通信方式包括遥控电路、通信电路、无线模块以及MPU主处理器，所述MPU主处理器上分别连接有SW2521I-212光纤光口和RJ45网络电口。所述集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路应用于智能一体化终端产品，它实现电网二次侧各类数据有效监测和控制，通过本电路的应用，可提升智能一体终端产品的通信能力，适应各工作场所需求，扩充产品功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1，本实用新型实施例提供一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，包括主控CPU，所述主控CPU的内部控制电路包括电源电路、具有1G内存的FLASH存储器、看门狗电路和时钟电路，所述时钟电路采用高精度带温补8025T芯片。所述主控CPU采用DM9161网络接口用于上行通信，连接于主站。所述主控CPU连接有多种下行通信方式，多种下行通信方式包括遥控电路、通信电路、无线模块以及MPU主处理器，所述MPU主处理器上分别连接有SW2521I-212光纤光口和RJ45网络电口。其中，所述SW2521I-212光纤光口连接有光口传感器。所述RJ45网络电口连接有电口传感器；所述无线模块连接有无线电能表或无线传感器，它们采用复用方式，有效节约空间和通信控制。所述MPU主处理器上连接有PHY芯片，所述SW2521I-212光纤光口连接所述PHY芯片，所述RJ45网络电口通过网络变压器连接所述PHY芯片。遥控电路连接继电器等设备，通信电路连接开关。

进一步地，为方便本地调试，所述主控CPU的内部控制电路还包括RS485接口电路和调试串口电路。

可扩展性，在终端的RJ45网络电口通信上，可扩展各类载波通信接口、230MHz等，通过主控CPU内部的软件、协议控制，可实现载波抄收电能表和无线抄收电能表。经主控CPU进行数据整合后再经传输给主站。

具体电路设计，串口转光口优化设计电路：

本实用新型是基于MB9F218S+DP83620+SW2521I_212+FC_RF209的平台开发的，其特点：具备3组串口，TXD1,RXD1，TXD2,RXD2，TXD3,RXD3，是将串口信号转为光纤通讯的光口信号，使之可以利用光纤线路组成环网拓扑结构，光纤modem可以分散分布在环网上的任意位置与一个或者多个设备连接，使得基于串口通信的设备能够不做改动直接基于光纤通信。为了后续的扩展性和通用性，本实用新型将串口转光口模块化设计，可方便的用在需要串口扩展光口的设备上,同时本模块也支持电口通信。

MPU主处理器是采用富士通MB9BF218S控制器。该控制器具有1M的flash，128KB的SRAM，最高144MHz的主频，外部总线支持SRAM、NOR、NANDflash。两个USB接口，一个10/100Mbps的以太网，8通道多功能串口支持UART、CSIO、LIN、I2C，具备12位的ADC，16通道基本定时器，3个多功能定时器和一个双定时器，3个QPRC，CRC校验从而完美整合了工业连接功能、扩展的外设接口连接功能以及时序控制发生电路，拥有更加卓越的高性能。MPU主处理器上连接有协议管理JTAG。

PHY芯片是以太网物理层收发器采用TI的DP83620，同时支持光口和电口，RMII/MAC接口，支持IEEE1149.1协议的JTAG。DP83620是美国国家半导体公司的10/100Mbps单路物理层（PHY）器件。该期间具有鲁棒性好、功能全、功耗低，它支持MII和RMII，使设计更简单灵活；同时支持10BASE~T和100BASE-TX以太网外设，对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性。网络变压器把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。这样可以在不同电平的设备中传送数据。以太网网络变压器本身就是设计为耐2kV~3kV的电压，并且经过网络变压器使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号，隔断了信号中的直流分量，也起到了防雷保护作用。

SW2521I-212光纤光口，该SW2521I-212光纤光口是双纤多模光纤模块。

无线模块是基于MB9F218S+FC_RF209的平台开发的，该微功率无线模块具有多信道高灵敏度的特点，实现1200-38400bpsUART异步串行数据的无线传输，接收灵敏度高，数据传输稳定，可做成很小体积的产品，方便嵌入各种系统或设备中。可以用于多种无线通信场合，如无线抄表、无线传感器、智能家居、自动化数据采集、楼宇小区自动化与安防等领域。

为现有平台上扩展光口，光纤通信是最近几年发展起来的新的通信技术，具有多种优点于一身，如果要支持光纤通信需要更换平台，增加开发周期和成本。通过本实用新型设计的在原平台增加MP9BF218S处理器，把光口和电口（RJ45）进行复用，由CPU把内部发送的命令直接传送给了光口，这种电路设计可行性高，通信能力强。

具有远程抄表功能：本地的电力载波模块或微功率无线模块采集用户用电信息后通过光纤通信传给通信模块，由CPU进行数据分析、整合和处理后再经RJ45电口传输给主站。通信模块上拟采用RJ45接口，并兼容GRPS等通信方式；下行通信拟采用光纤通信方式、微功率无线组网通信，并可扩展载波通信，这样适应各类现场的应用，并实现大信息量远距离数据传输。

本实用新型具有以下有益效果：

1.光口扩展：本实用新型电路是将原有设备的串口转换上增加MP9BF218S处理器，直接扩展出可复用的RJ45电口和光口的两个接口，通过线路集成在一个线路板上，减少中间通信的通信交换机等环节，可直接与数字式互感器、数字式电能表等类似数据传感器进行通信，传输速度可达到光纤最大10Gb/s的数据传输速度，可以实现终端设备达毫秒级的监测和控制。通过本电路设计的产品可以用于现有平台的光纤通信功能扩展，在不更换平台的前提下实现光纤通信功能。

2.光纤通信：传统的抄表系统，因为距离的原因，设备大多装在住宅楼的强电井井内，并且上行通信是采用GPRS通信方式，受引号影响较大。采用本方案后，本地设备采集用户用电信息后通过光纤通信传给终端的通信模块，进行数据整合后再经光纤通信传输给主站。通信模块上、下行通信均可采用光纤通信方式，实现大信息量远距离数据传输。光纤传输速度多，并且支持大流量数据传输，预留未来大数据量传输时具有很强的扩展性。不受信号强弱影响，光纤传输是采用光纤跳线的连接方式，即使是在密闭的没有任何信号的空间也可以正常数据传输。光纤是绝缘体材料，不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化馈线和高压设备等工业电气的干扰，还可以用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成光缆，因此特别适合电力系统。

3.微功率无线通信：微功率无线采用芯片与ATM9260经过UART串口通信，可以与其他微功率无线设备实现无线传输功能，通过电源电路设计，减少中间转换电路，并共用一个电源电路，使产电路可靠性更加提高，通信效果更好。

4.方案集成在一个电路，节约空间和最小功耗实现有效通信：以光纤通信、微功率无线通信为基础，采用集成各类主流的通信方式的配电模块方案，通过集成、优化、合并和裁减等有效设计，把光纤、微功率无线、网络等主流信号有机组合，并具有可扩展载波通信方案、GPRS等公网通信方案，把多种通信技术集成在一个通信电路中形成配电一体化终端，通过配电一体化终端这一个产品实电网二次侧各类数据有效监测和控制。

5.本实用新型同时集成并优化了微功率无线的本地应用，把快速自组网和互联互通的技术融入本设计实用新型，通过软件对微功率发射接收芯片的控制，确保了微功率无线的通信效果，在此网络中，微功率无线支持无线电能表的数据抄收、门禁无线抄收、温湿度无线传感器的抄收和具有部分电源的无线控制。微功率无线通过对温度、湿度的测量值的接收和控制调节设备的启停达到控环境的目的。通过分支路回路传感器的无线通信实现了对线路监测。

6.集成化设计：本电路采用单板集成方式设计，把光纤通信、微功率无线通信、串口通信设计成一个线路板的电路，集成度高，体积小。

7.可靠性设计：采用看门狗控制电路，有效防止程序跑飞和锁死等现象，并在各接口设有ESD芯片，有效防静电。

8.工业级设计：元器件采用工业级芯片，工作温度在-40℃-+75℃。

综上所述，所述集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路应用于智能一体化终端产品，它实现电网二次侧各类数据有效监测和控制，通过本电路的应用，可提升智能一体终端产品的通信能力，适应各工作场所需求，扩充产品功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于，包括主控CPU，所述主控CPU的内部控制电路包括电源电路、FLASH存储器、看门狗电路和时钟电路，所述主控CPU采用DM9161网络接口连接于主站；所述主控CPU连接有多种下行通信方式，多种下行通信方式包括遥控电路、通信电路、无线模块以及MPU主处理器，所述MPU主处理器上分别连接有SW2521I-212光纤光口和RJ45网络电口。

2.如权利要求1所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述时钟电路采用高精度带温补8025T芯片。

3.如权利要求1所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述主控CPU的内部控制电路还包括RS485接口电路。

4.如权利要求1或3所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述主控CPU的内部控制电路还包括调试串口电路。

5.如权利要求1所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述SW2521I-212光纤光口连接有光口传感器。

6.如权利要求1或5所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述RJ45网络电口连接有电口传感器。

7.如权利要求1所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述无线模块连接有无线电能表或无线传感器。

8.如权利要求1或5所述的集成多种通信技术智能一体化终端的通信电路，其特征在于：所述MPU主处理器上连接有PHY芯片，所述SW2521I-212光纤光口连接所述PHY芯片，所述RJ45网络电口通过网络变压器连接所述PHY芯片。