本發(fā)明具體涉及一種三相智能電表的無線通信采集裝置及通信采集方法。

背景技術(shù)：

隨著國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，電能已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中不可或缺的二次能源之一，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了無盡的便利。智能電能表作為電力系統(tǒng)中計(jì)量和傳輸電能數(shù)據(jù)的最重要部件之一，其電能傳輸?shù)姆绞胶涂煽啃跃惋@得尤為重要。

目前，三相智能電能表的上行通信主要有兩種通信方式，一種為無線通信方式，另外一種為電力線載波通信方式，兩種通信方式都是采用外置模塊化設(shè)計(jì)，均通過插座和插針與三相智能電能表連接，采用無線通信方式的外置模塊統(tǒng)稱為無線通信采集模塊。

無線通信采集模塊與主站的上行通信目前最普遍的是采用2ggprs通信方式，少量采用cdma通信方式。目前常用的2g無線通信采集裝置的功能模塊圖如圖1所示。2g通信方式可以滿足基本的用電信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信功能。但是，由于2g模塊的通信速率較低，無法滿足大文件遠(yuǎn)程升級和大數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)男枨蟆?/p>

另外，原有的2g通信方式，要么只支持中國移動和聯(lián)通，要么只支持中國電信，兼容擴(kuò)展性不強(qiáng)，在某些場合，由于某家網(wǎng)絡(luò)覆蓋不佳或者2g容量飽和問題，導(dǎo)致2g通信模塊掉線頻繁，如果需要更換網(wǎng)絡(luò)覆蓋好或者容量充足的運(yùn)營商，必須更換整個無線通信采集模塊，造成了現(xiàn)場使用的不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種通信速率快、通信穩(wěn)定可靠的三相智能電表的無線通信采集裝置。

本發(fā)明的目的之二在于提供所述三相智能電表的無線通信采集裝置的通信采集方法。

本發(fā)明提供的這種三相智能電表的無線通信采集裝置，包括電源模塊、無線通信接口模塊、控制器模塊、紅外通信模塊和usb接口模塊，還包括4g無線通信模塊；電源模塊從三相智能電能表獲取電能并為所述無線通信采集裝置供電；無線通信接口模塊與三相智能電能表連接并獲取三相智能電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)和計(jì)量數(shù)據(jù)；紅外通信模塊用于無線通信采集裝置的參數(shù)設(shè)置和讀取；usb接口模塊用于無線通信采集裝置的軟件升級；無線通信接口模塊將獲取的數(shù)據(jù)傳輸給控制器模塊，再由控制器模塊通過4g無線通信模塊上傳至主站。

所述的4g無線通信模塊包括4g模塊，和與4g模塊連接的uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)機(jī)控制電路、sim卡接口電路和天線接口和天線；uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路用于在控制器模塊和4g模塊之間進(jìn)行通信電平的轉(zhuǎn)換；開關(guān)機(jī)控制電路用于接收控制器模塊下發(fā)的開關(guān)機(jī)控制信號并傳輸給4g模塊；sim卡接口電路用于讀取sim的工作信息并傳輸給4g模塊；4g模塊將獲取的控制器模塊的數(shù)據(jù)通過天線接口和天線以4g通信的方式上傳給主站，或者接收主站下發(fā)的數(shù)據(jù)同傳輸給控制器模塊。

所述的4g模塊為型號為n710的4g通信模塊。

所述的三相智能電表的無線通信采集裝置還包括存儲單元；存儲單元與控制器模塊連接，用于存儲三相智能電表無線通信采集裝置的工作參數(shù)以及采集的電能量等數(shù)據(jù)。

所述的三相智能電表的無線通信采集裝置還包括rs232接口電路；rs232接口電路與控制器模塊連接，用于外部通過rs232接口電路與控制器模塊連接并通信，完成三相智能電表的無線通信采集裝置的系統(tǒng)維護(hù)。

所述的控制器模塊為由型號為lpc1765的控制器構(gòu)成的控制器電路組成。

所述的電源模塊包括電池、電池管理單元、12v/5v電源電路、5v/3.3v電源電路和5v/4v電源電路；三相智能電能表輸出12v電源通過電池管理單元對電池充電，電池管理單元用于對無線通信模塊的電池進(jìn)行管理；三相智能電能表輸出的12v電源還通過12v/5v電源電路轉(zhuǎn)換為兩路5v電源，一路5v電源通過5v/3.3v電源電路轉(zhuǎn)換為3.3v電源并為控制器模塊供電，另一路5v電源則通過5v/4v電源電路轉(zhuǎn)換為4v電源并為4g無線通信模塊供電。

所述的三相智能電表的無線通信采集裝置與三相智能表的連接為通過2xp6插針連接。

本發(fā)明還提供了所述三相智能電能表的無線通信采集裝置的通信采集方法，包括如下步驟：

s1.三相智能電能表的無線通信采集裝置上電自檢并自動撥號登錄主站；

s2.登錄主站后，三相智能電能表的無線通信采集裝置實(shí)時接收主站下發(fā)的控制指令；

s3.三相智能電能表的無線通信采集裝置將接收的主站控制指令通過無線通信接口模塊下發(fā)三相智能電能表；

s4.三相智能電能表的無線通信采集裝置通過無線通信接口模塊獲取三相智能電能表的工作參數(shù)和計(jì)量數(shù)據(jù)；

s5.三相智能電能表的無線通信采集裝置將獲取的工作參數(shù)和計(jì)量數(shù)據(jù)通過4g無線通信模塊上傳主站。

本發(fā)明提供的這種三相智能電表的無線通信采集裝置和通信采集方法，通過無線通信接口模塊與三相智能電能表連接并獲取數(shù)據(jù)，并通過4g無線通信模塊與主站連接，將數(shù)據(jù)上傳主站或者接收主站下發(fā)的控制指令，因此本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置通信速率更高，通信速度更快，而且通信可靠性更好，穩(wěn)定性更高；此外，本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置功耗低，電路簡單可靠。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的三相智能電能表的無線通信采集裝置的功能模塊圖。

圖2為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的功能模塊圖。

圖3為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的電源模塊的功能模塊圖。

圖4為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的控制器模塊的電路原理圖一。

圖5為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的控制器模塊的電路原理圖二。

圖6為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的存儲單元的電路原理圖。

圖7為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的功能模塊圖。

圖8為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的4g模塊的電路原理圖。

圖9為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖一。

圖10為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖二。

圖11為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的sim卡接口電路的電路原理圖。

圖12為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的開關(guān)機(jī)控制電路的電路原理圖。

圖13為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的無線通信接口模塊的電路原理圖。

圖14為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的通信采集方法的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖2所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的功能模塊圖：本發(fā)明提供的這種三相智能電表的無線通信采集裝置，包括電源模塊、無線通信接口模塊、控制器模塊、紅外通信模塊、usb接口模塊、4g無線通信模塊、存儲單元和rs232接口電路；電源模塊從三相智能電能表獲取電能并為所述無線通信采集裝置供電；無線通信接口模塊與三相智能電能表連接并獲取三相智能電能表的運(yùn)行數(shù)據(jù)和計(jì)量數(shù)據(jù)；紅外通信模塊用于無線通信采集裝置的參數(shù)設(shè)置和讀??；usb接口模塊用于無線通信采集裝置的軟件升級；無線通信接口模塊將獲取的數(shù)據(jù)傳輸給控制器模塊，再由控制器模塊通過4g無線通信模塊上傳至主站；存儲單元與控制器模塊連接，用于存儲三相智能電表無線通信采集裝置的工作參數(shù)以及采集的電能量等數(shù)據(jù)；rs232接口電路與控制器模塊連接，用于外部通過rs232接口電路與控制器模塊連接并通信，完成三相智能電表的無線通信采集裝置的系統(tǒng)維護(hù)。

如圖3所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的電源模塊的功能模塊圖：電源模塊包括電池、電池管理單元、12v/5v電源電路、5v/3.3v電源電路和5v/4v電源電路；三相智能電能表輸出12v電源通過電池管理單元對電池充電，電池管理單元用于對無線通信模塊的電池進(jìn)行管理；三相智能電能表輸出的12v電源還通過12v/5v電源電路（采用lv13603b芯片構(gòu)成的電路）轉(zhuǎn)換為兩路5v電源，一路5v電源通過5v/3.3v電源電路（采用lp3981芯片構(gòu)成的電路）轉(zhuǎn)換為3.3v電源并為控制器模塊供電，另一路5v電源則通過5v/4v電源電路（采用lp38501芯片構(gòu)成的電路）轉(zhuǎn)換為4v電源并為4g無線通信模塊供電。

如圖4所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的控制器模塊的電路原理圖一；如圖5所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的控制器模塊的電路原理圖二，兩個一同構(gòu)成了本發(fā)明提供的三相智能電表的無線通信采集裝置的控制器模塊的電路原理圖：控制模塊采用型號為lpc1765的控制器芯片構(gòu)成的控制器電路；芯片的第18腳和第16腳連接第一晶振電路，第22腳和第23腳連接第二晶振電路，芯片的28腳為電源引腳，直接連接3.3v電源，并同時通過了若干組濾波電容接地；芯片的78腳連接存儲器單元并為其提供時鐘信號，芯片的77腳連接存儲器單元并作為數(shù)據(jù)輸入引腳，芯片的20引腳連接存儲器單元作為存儲器保護(hù)引腳，并輸出存儲器保護(hù)信號；芯片的82腳和85腳為uart通信接口，通過uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路連接4g模塊，從而將數(shù)據(jù)交給4g模塊進(jìn)行無線發(fā)射，或者從4g模塊獲取數(shù)據(jù)；芯片的89引腳為4g無線通信模塊的開關(guān)機(jī)控制電路的輸入引腳信號，其輸出一路控制信號對所述4g無線通信模塊進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作，從而在不需要通信時關(guān)閉4g無線通信模塊，降低功耗；芯片的48和49號引腳為串口通信引腳，其通過無線通信接口模塊連接三相智能電能表并獲取三相智能電能表的數(shù)據(jù)，或者給三相智能電能表下發(fā)指令。

如圖6所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的存儲單元的電路原理圖：控制器模塊通過spi接口與存儲器連接，存儲器采用spiflash，型號為w25q64的存儲器，存儲容量為8mb，存儲容量還可以pin對pin兼容擴(kuò)展為32mb和64mb；存儲器芯片的1腳連接電源，2腳和5腳為信號輸入/輸出引腳，連接控制器模塊，芯片的3腳為保護(hù)信號輸入引腳，同樣連接控制器模塊，芯片的4腳接地，芯片的6腳與控制器模塊連接并獲取時鐘信號芯片的7腳和8腳則均直接與電源連接。

如圖7所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的功能模塊圖：4g無線通信模塊包括4g模塊，和與4g模塊連接的uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)機(jī)控制電路、sim卡接口電路和天線接口和天線；uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路用于在控制器模塊和4g模塊之間進(jìn)行通信電平的轉(zhuǎn)換；開關(guān)機(jī)控制電路用于接收控制器模塊下發(fā)的開關(guān)機(jī)控制信號并傳輸給4g模塊；sim卡接口電路用于讀取sim的工作信息并傳輸給4g模塊；4g模塊將獲取的控制器模塊的數(shù)據(jù)通過天線接口和天線以4g通信的方式上傳給主站，或者接收主站下發(fā)的數(shù)據(jù)同傳輸給控制器模塊。

如圖8所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的4g模塊的電路原理圖：4g模塊使用型號為n710的通信模塊，天線接口通過天線rf_ant連接線，與位號為u2的n710通信模塊的57腳ant_main管腳連接，天線接口u1采用sma天線頭；芯片的22~25號引腳為sim卡連接引腳，均連接至sim卡接口電路，獲取sim卡的數(shù)據(jù)信息。

如圖9和圖10所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的uart/串口電平轉(zhuǎn)換電路的電路原理圖：圖中的rxd3和txd3為控制器模塊的uart通信接口，連接控制器模塊；圖中的brxd2和btxd2為4g模塊的串口通信接口；brxd2信號通過一路三極管電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，而btxd2則通過上拉電阻和二極管電路進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。由于控制器模塊的串口電壓為3.3v電平，而n7104g模塊的串口電平為1.8v電平，因此為保證串口正常通信，需要做電平轉(zhuǎn)換電路，n710通信模塊串口電平轉(zhuǎn)換電路分為發(fā)送電路和接收電路，發(fā)送電路由一個三極管和兩個電阻組成，三極管采用型號為mmbt4401三極管，兩個電阻分別采用10k電阻；接收電阻由一個二極管和一個電阻組成，電阻阻值為4.7k，二極管型號為lmbr140t1g的肖特基二極管。

如圖11所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的sim卡接口電路的電路原理圖：圖中的sim-6為sim卡插座，讀取sim卡信號后，通過靜電保護(hù)管（型號為esdalc6v1w5）進(jìn)行靜電保護(hù)，并通過電容電容（c12、c13和c15）濾波后，輸出4路信號到4g模塊。

圖12為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的4g通信模塊的開關(guān)機(jī)控制電路的電路原理圖：開關(guān)機(jī)控制電路用于微控制器控制4g通信模塊的開機(jī)和關(guān)機(jī)，主要由1個三極管、兩個電阻和一個電容組成，三極管使用npn三極管，型號為mmbt4401，兩個電阻阻值分別為10k和1k,電容容值為0.01uf；當(dāng)控制器模塊需要將4g模塊關(guān)機(jī)時，其改變output引腳的信號，即可該表on_off引腳的信號，從而使得4g模塊關(guān)機(jī)或者開機(jī)。

如圖13所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的無線通信接口模塊的電路原理圖：所述的三相智能電表的無線通信采集裝置通過無線通信接口模塊與三相智能表通信，通信方式采用uart串口通信，無線通信模塊接口電路主要由2xp6插針，tvs管，若干三極管以及電阻電容組成，實(shí)際電路4g無線通信采集模塊通過uart2串口與三相智能表通信。

如圖14所示為本發(fā)明的三相智能電表的無線通信采集裝置的通信采集方法的方法流程圖：所述三相智能電能表的無線通信采集裝置的通信采集方法，包括如下步驟：

s1.三相智能電能表的無線通信采集裝置上電自檢并自動撥號登錄主站；

s2.登錄主站后，三相智能電能表的無線通信采集裝置實(shí)時接收主站下發(fā)的控制指令；

s3.三相智能電能表的無線通信采集裝置將接收的主站控制指令通過無線通信接口模塊下發(fā)三相智能電能表；

s4.三相智能電能表的無線通信采集裝置通過無線通信接口模塊獲取三相智能電能表的工作參數(shù)和計(jì)量數(shù)據(jù)；

s5.三相智能電能表的無線通信采集裝置將獲取的工作參數(shù)和計(jì)量數(shù)據(jù)通過4g無線通信模塊上傳主站。