電能表通信模塊的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電能表通信模塊，包括DC/DC升壓電路、USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路、模塊MCU和虛擬令牌接口；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與模塊MCU連接；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線經(jīng)由DC/DC升壓電路與電能表連接；PC機(jī)經(jīng)由虛擬令牌接口與電能表內(nèi)卡連接；模塊MCU通過(guò)UART端口與電能表MCU連接，模塊MCU通過(guò)電能表MCU獲取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU經(jīng)由虛擬令牌接口通過(guò)I2C總線與電能表內(nèi)卡連接，模塊MCU讀取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口電路與PC機(jī)連接。本實(shí)用新型采用USB線實(shí)現(xiàn)供電和通信，簡(jiǎn)化線路，降低成本；采用虛擬令牌接口可直讀電能表的內(nèi)卡數(shù)據(jù)，確保了電能表數(shù)據(jù)讀取的可靠性。
【專利說(shuō)明】電能表通信模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通信模塊，特別涉及一種電能表通信模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)電能表?yè)p壞以后，獲取電能表故障前的事件記錄、剩余電量、負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)是電力公司調(diào)查電能表故障原因和與用戶間費(fèi)用結(jié)算的重要依據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)是通過(guò)仿真器連接電能表MCU去觀察內(nèi)卡數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程是極其困難、復(fù)雜的，而且MCU仿真僅存在于電能表開(kāi)發(fā)階段，電力公司是沒(méi)有這種設(shè)備的。更令人頭疼的是，如果電能表MCU也無(wú)法工作，獲取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)將成為無(wú)法完成的任務(wù)。這使得電力公司獲取以上數(shù)據(jù)的過(guò)程變得極其困難。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種在電能表沒(méi)有接入到自身常規(guī)供電電源或用戶接口損壞或電能表本身故障的情況下，能抄讀電能表記錄數(shù)據(jù)的電能表通信模塊。
[0004]本實(shí)用新型提供的這種電能表通信模塊，該模塊包括DC/DC升壓電路、USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路、模塊MCU、虛擬令牌接口和用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與模塊MCU連接，用于給該模塊MCU供電；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線經(jīng)由DC/DC升壓電路與電能表連接，用于給電能表MCU供電；PC機(jī)經(jīng)由虛擬令牌接口與電能表內(nèi)卡連接，用于給該內(nèi)卡供電；模塊MCU通過(guò)UART端口與電能表MCU連接，模塊MCU通過(guò)電能表MCU獲取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU經(jīng)由虛擬令牌接口并通過(guò)用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線，再通過(guò)I2C總線與電能表內(nèi)卡連接，模塊MCU讀取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口電路與PC機(jī)連接，用于傳遞獲取的電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。
[0005]所述虛擬令牌接口包括數(shù)據(jù)連接管腳SDA、時(shí)鐘信號(hào)連接管腳SCL、串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TX、串口接收數(shù)據(jù)管腳RX、高電源VH管腳、電源VCC管腳和接地管腳GND。
[0006]所述DC/DC升壓電路包括DC/DC芯片Ul和USB接口 ；USB接口的I腳和4腳從所述PC機(jī)獲取電源；該芯片Ul的8腳通過(guò)電阻R5經(jīng)由電阻R4與USB接口的I腳連接，該8腳還通過(guò)電阻R5經(jīng)由電感L2與該芯片Ul的I腳連接，該芯片Ul的7腳通過(guò)電阻R4與USB接口的I腳連接，其6腳與USB接口的I腳連接，其5腳通過(guò)電阻R2A接地，該5腳還通過(guò)電阻RlA與電源VH連接，電源VH、電阻RlA和電阻R2A構(gòu)成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)，以維持電源VH的穩(wěn)定；該芯片Ul的I腳與二極管Dl的陽(yáng)極連接，該二極管Dl的陰極與電源VH連接，二極管Dl用于防止電源VH倒灌入電源VCC ;該芯片Ul的3腳通過(guò)電容C2接地，其2腳和4腳接地；USB接口的I腳通過(guò)瞬變電壓抑制二極管TVSl與該USB接口的4腳連接，該接口的4腳接地；二極管Dl的陰極通過(guò)電容C3接地，電源VH與極性電容C9的陽(yáng)極連接，該電容C9的陰極接地。
[0007]所述DC/DC芯片Ul采用型號(hào)為MC33063的芯片。
[0008]所述USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換芯片U2和USB接口 ；USB接口的2腳和3腳接口為通信口 ；該芯片U2的4腳與USB接口的3腳連接，其5腳與USB接口的2腳連接；其8腳與USB接口的I腳連接，該8腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，該8腳通過(guò)電容C5接地，該芯片U2的3腳通過(guò)電容C6與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C7與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C8與其6腳連接，該芯片U2的6腳通過(guò)電阻R3與其9腳連接，其7腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，其11腳通過(guò)電阻Rl7接地，其26腳與所述模塊MCU的串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TXD連接，其25腳與所述模塊MCU的串口接收數(shù)據(jù)管腳RXD連接。
[0009]所述轉(zhuǎn)換芯片U2采用型號(hào)為CP2012的芯片。
[0010]本實(shí)用新型采用單根USB線實(shí)現(xiàn)供電和通信，簡(jiǎn)化線路，降低成本；采用虛擬令牌接口可直讀電能表的內(nèi)卡數(shù)據(jù)；采用通用的USB接口實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表內(nèi)卡或電能表邏輯電源的供電，實(shí)用性強(qiáng)、接口簡(jiǎn)單；即便在電能表AC電源處理電路全部損壞的情況下，仍可借助本實(shí)用新型直接讀寫電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)，確保了電能表數(shù)據(jù)讀取的可靠性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型的DC/DC升壓電路圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型的USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型的模塊MCU到電能表的接口電路圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型的虛擬令牌接口 VTC示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]虛擬令牌接口(VTC:Virtual Token interface)是當(dāng)電能表沒(méi)有接入到自身常規(guī)供電電源或者用戶接口損壞或者電能表本身故障的情況下，電能表本身應(yīng)該具備這樣一個(gè)接口，該接口可以使用戶獲取電能表內(nèi)卡記錄數(shù)據(jù)。VTC通信功能是電能表發(fā)生故障后電力公司獲取電能表運(yùn)行數(shù)據(jù)的重要途徑。
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型包括DC/DC升壓電路、USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路、模塊MCU、虛擬令牌接口和用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線。PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與模塊MCU連接，用于給該模塊MCU供電。PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線經(jīng)由DC/DC升壓電路與電能表連接，用于給電能表MCU供電。PC機(jī)經(jīng)由虛擬令牌接口與電能表內(nèi)卡連接，用于給該內(nèi)卡供電。模塊MCU通過(guò)UART端口與電能表MCU連接，模塊MCU通過(guò)電能表MCU獲取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。模塊MCU通過(guò)虛擬令牌接口經(jīng)由用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線再通過(guò)I2C總線與電能表內(nèi)卡連接，模塊MCU直接讀取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。模塊MCU通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口電路與PC機(jī)連接，用于傳遞獲取的電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。
[0018]模塊MCU還分別與本實(shí)用新型的內(nèi)卡、LED指示燈以及按鍵電路連接。
[0019]本實(shí)用新型與PC機(jī)之間通過(guò)USB線連接，USB線為本實(shí)用新型提供數(shù)據(jù)通信通道與電源。本實(shí)用新型與電能表之間通過(guò)232線轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)VTC接口連接。模塊與電能表之間的通信包含2種通信模式。一種是信道I與供電I組合，模塊通過(guò)電能表MCU抄讀電能表內(nèi)卡。另一種是信道2與供電2組合，模塊直接抄讀電能表內(nèi)卡。
[0020]如圖2所示，DC/DC升壓電路包括DC/DC芯片Ul和USBl接口。USBl接口的I腳和4腳從所述PC機(jī)獲取電源；該芯片Ul的8腳通過(guò)電阻R5經(jīng)由電阻R4與USBl接口的I腳連接，該8腳還通過(guò)電阻R5經(jīng)由電感L2與該芯片Ul的I腳連接，該芯片Ul的7腳通過(guò)電阻R4與USBl接口的I腳連接，其6腳與USBl接口的I腳連接，其5腳通過(guò)電阻R2A接地，該5腳還通過(guò)電阻RlA與電源VH連接，電源VH、電阻RlA和電阻R2A構(gòu)成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)，以維持電源VH的穩(wěn)定；該芯片Ul的I腳與二極管Dl的陽(yáng)極連接，該二極管Dl的陰極與電源VH連接，二極管Dl用于防止電源VH倒灌入電源VCC ;該芯片Ul的3腳通過(guò)電容C2接地，其2腳和4腳接地；USB1接口的I腳通過(guò)瞬變電壓抑制二極管TVSl與該USBl接口的4腳連接，該瞬變電壓抑制二極管用于確保熱插拔時(shí)本實(shí)用新型不會(huì)被損壞；該接口的4腳接地；二極管Dl的陰極通過(guò)電容C3接地，電源VH與極性電容C9的陽(yáng)極連接，該電容C9的陰極接地。
[0021]DC/DC芯片Ul可采用型號(hào)為MC33063的芯片。
[0022]USBl接口的I腳和4腳從PC機(jī)獲取的VCC電源經(jīng)DC/DC芯片Ul升壓至電源VH。V電源CC為圖1所示的供電2。電源VH為圖1所示的供電I。
[0023]如圖3所示，USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換芯片U2和USB接口。USBl接口的2腳和3腳接口為通信口 ；該芯片U2的4腳與USBl接口的3腳連接，其5腳與USBl接口的2腳連接；其8腳與USBl接口的I腳連接，該8腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，該8腳通過(guò)電容C5接地，該芯片U2的3腳通過(guò)電容C6與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C7與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C8與其6腳連接，該芯片U2的6腳通過(guò)電阻R3與其9腳連接，其7腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，其11腳通過(guò)電阻R17接地，其26腳與所述模塊MCU的串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TXD連接，其25腳與所述模塊MCU的串口接收數(shù)據(jù)管腳RXD連接。
[0024]轉(zhuǎn)換芯片U2可采用型號(hào)為CP2012的轉(zhuǎn)換芯片。
[0025]USBl接口的2腳和3腳為通信口，此接口信號(hào)經(jīng)芯片U2轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)TXD、RXD供模塊MCU使用。
[0026]如圖4所示，本實(shí)用新型的模塊MCU到電能表的接口電路包括模塊MCU (圖中U4)和虛擬令牌接口 VTC。模塊MCU的5腳與虛擬令牌接口 VTC的7腳連接，用于傳遞電源VCC，該管腳還通過(guò)電容C15接地，該5腳還通過(guò)電阻R9串聯(lián)電容C14接地；其6腳與模式信號(hào)管腳MODE連接；其9腳通過(guò)電容C14接地；其10腳與晶振輸出信號(hào)XOUT連接，該管腳還通過(guò)電容C17接地；其12腳與晶振輸入信號(hào)XIN連接，該管腳還通過(guò)電容C24接地；其13腳與虛擬令牌接口 VTC的7腳連接，用于傳遞電源VCC，該管腳還通過(guò)電容C25接地；其16腳與虛擬令牌接口 VTC的8腳連接，用于傳遞時(shí)鐘信號(hào)SCL ;其17腳與虛擬令牌接口 VTC的I腳連接，用于傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)SDA ;其19腳與虛擬令牌接口 VTC的3腳連接，用于傳遞串口發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)TXD ;其20腳與虛擬令牌接口 VTC的2腳連接，用于傳遞串口接收數(shù)據(jù)信號(hào)RXD ;其4腳、11腳均接地。電阻Rll接于模塊MCU的10腳和12腳之間。晶振Xl也接于模塊MCU的10腳和12腳之間。電容C26與電容C25并聯(lián)相接。
[0027]模塊MCU可采用型號(hào)為R4F2L38ABDFP的MCU芯片。虛擬令牌接口 VTC是本實(shí)用新型與電能表的連接接口。
[0028]模塊MCU的電源可由PC機(jī)電源經(jīng)USBl接口直接獲得。模塊MCU主頻由晶振Xl提供；本實(shí)用新型的復(fù)位信號(hào)由電阻R9、電容C14所在阻容復(fù)位獲得。當(dāng)USBl接口接入PC機(jī)時(shí)，本實(shí)用新型上電復(fù)位；當(dāng)USBl接口脫離PC機(jī)時(shí)，本實(shí)用新型掉電關(guān)機(jī)。
[0029]結(jié)合圖1至圖4，本實(shí)用新型與電能表之間通信包含如下兩種方式。
[0030]方式一:供電I所在的電源VH為電能表邏輯單兀供電,使電能表MCU工作。模塊MCU通過(guò)串口 TX、RX經(jīng)虛擬令牌接口 VTC與電能表MCU連接，通過(guò)該MCU讀寫電能表內(nèi)卡的數(shù)據(jù)。
[0031]方式二:供電2所在的電源VCC為電能表內(nèi)卡供電，模塊MCU通過(guò)I2C總線的時(shí)鐘管腳SCL、數(shù)據(jù)管腳SDA經(jīng)虛擬令牌接口 VTC通過(guò)用于連接表計(jì)的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線與電能表內(nèi)卡直接連接，越過(guò)電能表MCU直接讀寫電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。
[0032]如圖5所示，本實(shí)用新型的虛擬令牌接口的虛擬令牌接口的I腳為I2C總線數(shù)據(jù)管腳SDA，其2腳為串口接收數(shù)據(jù)管腳RX，其3腳為串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TX，其5腳為接地管腳GND，其6腳為其8腳為I2C總線時(shí)鐘管腳SCL。
[0033]虛擬令牌接口對(duì)接口的形狀、尺寸、間距、定位孔有著詳細(xì)的要求。為配合該接口，本實(shí)用新型的虛擬令牌接口端采用“筆”狀形式的探棒，在末端配備了與該虛擬令牌接口的排布形式一致的環(huán)形布置的金屬探頭組。
[0034]一個(gè)RS232轉(zhuǎn)VTC接口線以及一個(gè)硬件模塊。使用時(shí)僅需將USB線連接至電腦，RS232轉(zhuǎn)VTC接口線對(duì)接至圖5所示電能表標(biāo)準(zhǔn)接口。打開(kāi)上位機(jī)軟件即可方便完成對(duì)電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)的操作。
[0035]借助本實(shí)用新型可將電能表與PC機(jī)連接起來(lái)，通過(guò)電能表IEC61107標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議編寫上位機(jī)軟件，完成電腦、本實(shí)用新型、電能表這個(gè)鏈路。即便在電能表AC電源處理電路全部損壞的情況下，電力公司、表廠借助本實(shí)用新型直接讀寫電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)，填補(bǔ)了電能表維護(hù)流程中的一塊空白。
[0036]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了模塊化、多工作模式VTC通信平臺(tái)，完全滿足電力公司在電能表沒(méi)有介入到自身常規(guī)供電電源或者用戶接口損壞或電能表本身故障的情況下，對(duì)電能表內(nèi)卡記錄數(shù)據(jù)抄讀的要求。電能表內(nèi)卡中所包含事件記錄、剩余電量、負(fù)荷曲線等數(shù)據(jù)可以支撐電力公司分析電能表故障原因以及保證用戶更換電能表后剩余電量的延續(xù)性。
[0037]本實(shí)用新型在更換DC/DC升壓芯片或更換MCU以及驅(qū)動(dòng)程序的情況下，同樣可實(shí)現(xiàn)電能表?yè)p壞后抄讀內(nèi)卡數(shù)據(jù)的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種電能表通信模塊，其特征在于，該模塊包括DC/DC升壓電路、USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路、模塊MCU、虛擬令牌接口和用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線與模塊MCU連接，用于給該模塊MCU供電；PC機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線經(jīng)由DC/DC升壓電路與電能表連接，用于給電能表MCU供電；PC機(jī)經(jīng)由虛擬令牌接口與電能表內(nèi)卡連接，用于給該內(nèi)卡供電；模塊MCU通過(guò)UART端口與電能表MCU連接，模塊MCU通過(guò)電能表MCU獲取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU經(jīng)由虛擬令牌接口并通過(guò)用于連接電能表的232轉(zhuǎn)筆型接口通信線，再通過(guò)I2C總線與電能表內(nèi)卡連接，模塊MCU讀取電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)；模塊MCU通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口電路與PC機(jī)連接，用于傳遞獲取的電能表內(nèi)卡數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表通信模塊，其特征在于，所述虛擬令牌接口包括數(shù)據(jù)連接管腳SDA、時(shí)鐘信號(hào)連接管腳SCL、串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TX、串口接收數(shù)據(jù)管腳RX、高電源VH管腳、電源VCC管腳和接地管腳GND。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表通信模塊，其特征在于，所述DC/DC升壓電路包括DC/DC芯片Ul和USB接口 ；USB接口的I腳和4腳從所述PC機(jī)獲取電源；該芯片Ul的8腳通過(guò)電阻R5經(jīng)由電阻R4與USB接口的I腳連接，該8腳還通過(guò)電阻R5經(jīng)由電感L2與該芯片Ul的I腳連接，該芯片Ul的7腳通過(guò)電阻R4與USB接口的I腳連接，其6腳與USB接口的I腳連接，其5腳通過(guò)電阻R2A接地，該5腳還通過(guò)電阻RlA與電源VH連接，電源VH、電阻RlA和電阻R2A構(gòu)成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)，以維持電源VH的穩(wěn)定；該芯片Ul的I腳與二極管Dl的陽(yáng)極連接，該二極管Dl的陰極與電源VH連接，二極管Dl用于防止電源VH倒灌入電源VCC ;該芯片Ul的3腳通過(guò)電容C2接地，其2腳和4腳接地;USB接口的I腳通過(guò)瞬變電壓抑制二極管TVSl與該USB接口的4腳連接，該接口的4腳接地；二極管Dl的陰極通過(guò)電容C3接地，電源VH與極性電容C9的陽(yáng)極連接，該電容C9的陰極接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電能表通信模塊，其特征在于，所述DC/DC芯片Ul采用型號(hào)為MC33063的芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能表通信模塊，其特征在于，所述USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換電路包括轉(zhuǎn)換芯片U2和USB接口 ；USB接口的2腳和3腳接口為通信口 ；該芯片U2的4腳與USB接口的3腳連接，其5腳與USB接口的2腳連接；其8腳與USB接口的I腳連接，該8腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，該8腳通過(guò)電容C5接地，該芯片U2的3腳通過(guò)電容C6與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C7與其7腳連接，該3腳通過(guò)電容C8與其6腳連接，該芯片U2的6腳通過(guò)電阻R3與其9腳連接，其7腳通過(guò)電感LI與電源VCC連接，其11腳通過(guò)電阻R17接地，其26腳與所述模塊MCU的串口發(fā)送數(shù)據(jù)管腳TXD連接，其25腳與所述模塊MCU的串口接收數(shù)據(jù)管腳RXD連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電能表通信模塊，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換芯片U2采用型號(hào)為CP2012的芯片。
【文檔編號(hào)】G06F13/38GK204087195SQ201420565710
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】王寶, 龍志進(jìn), 胡晉湘 申請(qǐng)人:威勝集團(tuán)有限公司