專利名稱：寬窄帶一體化抄表集中器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
寬窄帶一體化抄表集中器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種抄表集中器，尤其是指一種基于寬、窄帶電力線載波通信一 體化的抄表集中器。
背景技術(shù)：
常用抄表集中器中，主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與采集器 之間(下行)采用屏蔽雙絞線(485總線)或?qū)拵щ娏€通信。當(dāng)在電能表為非集中式安裝的老式小區(qū)進(jìn)行用電信息采集的時(shí)候，不太可能采用 集中器-采集器-電能表的方式對(duì)電能表進(jìn)行抄收管理，而是直接采用集中器-電能表的 方式。下行通信方式可以采用RS485，然而這種方式就不可避免的需要鋪設(shè)一條RS485總 線，這可以給實(shí)際應(yīng)用中帶來很困難，同時(shí)也增加建設(shè)成本。同時(shí)，RS485有以下缺點(diǎn)1.施 工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞；2.線路損壞后，故障點(diǎn)不易查找。3.易受雷擊和過電 壓的影響。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服了上述缺陷，提供一種功能更齊全、可充分利用電力 線進(jìn)行通信傳輸?shù)某砑衅鳌榻鉀Q上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型包括主控部分、寬帶電力線載波通信模塊、窄 帶電力線載波通信模塊、抄表RS485接口、紅外接口、調(diào)試用USB接口、上行UART接口和本 地RS232接口等，寬帶電力線載波通信模塊通過下行Ethernet與主控部分連接，窄帶電力 線通信載波通信模塊通過下行通信模塊UART接口與主控部分連接。以下對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明主控部分由主控CPU中央控制器和一塊FPGA現(xiàn) 場可編程門陣列組成，根據(jù)系統(tǒng)的要求，除CPU中央控制器自身提供的已有接口外，還需要 擴(kuò)展個(gè)以上的串口，及個(gè)以上的GPIO用來實(shí)現(xiàn)LCM接口、SPI接口、按鍵和其它輸入\輸出 IO接口，通過LPC接口外掛一片F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列的方案來進(jìn)行接口擴(kuò)展；上述結(jié)構(gòu)中，寬帶/窄帶電力線載波通信模塊都包括耦合電路、濾波電路、可編程 放大器、電力線載波通信CPU中央控制器，其中電力線載波通信CPU中央控制器通過可編程 放大器與濾波電路和耦合電路相連后耦合至電力線，寬帶通信與窄帶通信能在電力線上共 存在于它們所使用的頻帶不同；上述結(jié)構(gòu)中，所述的濾波電路為帶通濾波器，對(duì)于寬帶電力線載波通信而言，截止 頻率為1-34MHZ ；對(duì)于窄帶電力線載波通信而言，截止頻率為10K-500KHZ。本實(shí)用新型其改進(jìn)之處在于能夠針對(duì)電能表集中式安裝的采用集中器-采集 器-電能表的方式對(duì)其進(jìn)行抄收管理；同時(shí)可針對(duì)電能表非集中式安裝的直接采用集中 器-電能表(載波表，采用窄帶電力線通信)的方式對(duì)其進(jìn)行抄收管理。相比于常見的抄 表集中器，本實(shí)用新型的有益效果在于它充分利用了建筑結(jié)構(gòu)上原有的電力線纜，并且能 夠同時(shí)對(duì)集中式安裝或非集中式安裝的電能表進(jìn)行抄收管理。采用該設(shè)備后，使抄表系統(tǒng)的復(fù)雜性降低，通用性提高。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明；

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為本實(shí)用新型設(shè)備原理框圖；圖3為本實(shí)用新型主控部分的CPU中央控制器部分及其接口示意圖；圖4為本實(shí)用新型主控部分的FPGA現(xiàn)場可編程門陣列部分及其接口示意圖；圖5為本實(shí)用新型主控部分CPU中央控制器的MIIO轉(zhuǎn)下行Ethernet接口示意 圖；圖6為本實(shí)用新型主控部分CPU中央控制器的MIIl轉(zhuǎn)上行Ethernet接口示意 圖；圖7為本實(shí)用新型主控部分FPGA現(xiàn)場可編程門陣列擴(kuò)展的IXD屏接口示意圖；圖8為本實(shí)用新型抄表/維護(hù)RS485接口示意圖；圖9為本實(shí)用新型LED指示燈、按鍵電路示意圖；圖10為本實(shí)用新型紅外接口、本地RS232接口和上行UART接口電路示意圖圖11為本實(shí)用新型寬帶電力線通信CPU中央控制器及MII轉(zhuǎn)Ethernet接口示意 圖；圖12為本實(shí)用新型寬帶電力線通信的模擬前端、接收與發(fā)送電路示意圖；圖13為本實(shí)用新型寬帶電力線通信的接收/發(fā)送切換電路示意圖；圖14為本實(shí)用新型窄帶電力線載波通信的模擬前端芯片U4、發(fā)送端濾波電路U2 和線性驅(qū)動(dòng)電路Ul示意圖；圖15為本實(shí)用新型窄帶電力線載波通信CPU中央控制器示意圖；圖16為本實(shí)用新型窄帶電力線通信接收濾波網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖17為本實(shí)用新型窄帶電力線通信耦合器電路示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，集中器包括主控部分1、寬帶電力線載波通信模塊6、窄帶電力線載 波通信模塊2、抄表RS485接口 73、紅外接口 72、調(diào)試用USB接口 32、上行UART接口 33和 本地RS232接口 43等，寬帶電力線載波通信模塊6通過下行Ethernet42與主控部分1連 接，窄帶電力線通信載波通信模塊2通過下行通信模塊UART接口 41與主控部分1連接。主 控部分1由主控CPU中央控制器11和一塊FPGA現(xiàn)場可編程門陣列12組成，根據(jù)系統(tǒng)的要 求，除CPU中央控制器11自身提供的已有接口外，還需要擴(kuò)展5個(gè)以上的串口，及40個(gè)以 上的GPIO用來實(shí)現(xiàn)LCM接口、SPI接口、按鍵71和其它輸入\輸出IO接口，通過LPC接口 外掛一片F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編程門陣列的方案來進(jìn)行接口擴(kuò)展。如圖2所示，寬帶/窄帶電力線載波通信模塊都包括耦合電路26、濾波電路23、可 編程放大器22、電力線載波通信CPU中央控制器21。其中電力線載波通信CPU中央控制器 21通過可編程放大器22與濾波電路23和耦合電路26相連后耦合至電力線，寬帶通信與窄 帶通信能在電力線上共存在于它們所使用的頻帶不同，濾波電路23為帶通濾波器，對(duì)于寬
4帶電力線載波通信而言，截止頻率為1-34MHZ，對(duì)于窄帶電力線載波通信而言，截止頻率為 10K-500KHz。參見圖3至圖17為本實(shí)用新型具體實(shí)施例所涉及的電路原理圖。圖3所示為抄表集中器主板主控部分的CPU中央控制器Ul及其引出的各類接口 示意圖。其中MII0、MII1接口分別連接上行ETHERNET和下行ETHERNET，LPC接口連接FPGA 現(xiàn)場可編程門陣列，LED接口連接LED燈。圖4所示為抄表集中器主板主控部分的擴(kuò)展FPGA現(xiàn)場可編程門陣列U30及其引 出的各類接口示意圖。FPGA現(xiàn)場可編程門陣列通過LPC總線與CPU中央控制器進(jìn)行連接，接 口時(shí)鐘取自CPU中央控制器的PCICLK = 33MHz，接口復(fù)位信號(hào)為CPU中央控制器的PCIRST。 具體引腳連接為CPU中央控制器的18，19，20，22，23，24，25，153，159分別連接FPGA現(xiàn)場可 編程門陣列的 98，94，93，90，80，84，86，85，89。圖5所示為MIIO轉(zhuǎn)下行Ethernet接口示意圖。CPU中央控制器Ul的MIIO接口 引腳 123，124，125，126，129，130，131，132，127，128，122，134，135，136，137 分別與 U9 芯片 的 21，20，19，18,6,5,4,3,16，7，22，2，1,26,25 連接。31，30 為 Ethernet 差分輸入，34，33
為Ethernet差分輸出。圖6所示為MIIl轉(zhuǎn)上行Ethernet接口示意圖。CPU中央控制器Ul的MIIl接口 引腳 140，141，142，143，146，147，148，149，144，145，139，150，151，136，137 分別與 U2 芯片 的 21，20，19，18,6,5,4,3,16，7，22，2，1，26，25 連接。31，30 為 Ethernet 差分輸入，34，33
為Ethernet差分輸出。圖7所示為FPGA現(xiàn)場可編程門陣列U30與IXD之間的LCM接口示意圖。FPGA現(xiàn) 場可編程門陣列的 56、57、73、72、71、70、65、64、62、61、60、59、78、83、77 連接 LCD 的 19、17、 7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、2、1、6。圖8所示，抄表RS485與級(jí)聯(lián)RS485接口示意圖。見圖4，從FPGA現(xiàn)場可編程門陣 列(U30)出來的RS485_1(10、15)和RS485_2 (16、21)是TTL電平的UART接口，因此要通過 圖8進(jìn)行接口轉(zhuǎn)換。圖9為LED指示燈、按鍵電路示意圖，連接方式如圖所示。ETH接口連接圖3中CPU 中央控制器的ETH接口，KEY接口連接圖4中FPGA現(xiàn)場可編程門陣列的KEY接口。圖10為紅外接口、本地RS232接口和上行UART接口電路示意圖。引腳連接為CPU 中央控制器的120，121引腳分別連接U29芯片的12，11。U29的13，14為RS232電平的接 收與發(fā)送端，具體連接方式如圖所示。圖11為寬帶電力線通信CPU中央控制器(UDl)部分引腳及MII接口轉(zhuǎn)Ethernet 接口示意圖。CPU中央控制器UDl芯片發(fā)送端引腳F1，G1通過發(fā)送濾波網(wǎng)絡(luò)與寬帶模擬前 端芯片UA4(見圖12)的引腳6，5連接；芯片接收端引腳A3，A1通過接收濾波網(wǎng)絡(luò)與模擬前 端芯片引腳10，9連接。圖12所示，該圖包括了寬帶模擬前端芯片UA4和發(fā)送端驅(qū)動(dòng)放大電路(寬帶)。 UA4的1、2引腳為差分發(fā)送，通過發(fā)送端驅(qū)動(dòng)放大電路(寬帶)與圖13的發(fā)送/接收切換 電路連接，再通過信號(hào)耦合器耦合到電力線發(fā)送出去；從電力線傳輸進(jìn)來的信號(hào)經(jīng)過濾波 網(wǎng)絡(luò)引入到UA4的27、28引腳。圖13為寬帶電力線通信的發(fā)送/接收切換電路，連接方式如圖所示。圖中的TX、RX連接圖12的UA4芯片的30、29引腳，用于控制信號(hào)發(fā)送/接收。圖14為窄帶電力線載波通信的模擬前端芯片U4、發(fā)送端濾波電路和線性驅(qū)動(dòng)電 路。該模擬前端芯片的3、4、5、6、7分別與圖15窄帶電力線載波通信CPU中央控制器U3的 51、52、55、61、60 相連接。圖15為窄帶電力線載波通信CPU中央控制器示意圖。窄帶電力線載波通信CPU 中央控制器與窄帶電力線載波通信的模擬前端芯片U4連接，具體連接如圖14說明圖16為(窄帶)接收濾波網(wǎng)絡(luò)。從信號(hào)耦合器出來的信號(hào)引入接收濾波網(wǎng)絡(luò)，再 經(jīng)過濾波后進(jìn)行窄帶電力線載波通信的模擬前端芯片U4。圖17為信號(hào)耦合電路示意圖，連接方式見圖所示。D1_0UT_B和D2_0UT_B連接圖 15 的 D1_0UT_B 禾口 D2_0UT_B。
權(quán)利要求寬窄帶一體化抄表集中器，其特征在于它主要包括主控部分(1)、寬帶電力線載波通信模塊(6)、窄帶電力線載波通信模塊(2)、抄表RS485接口(73)、紅外接口(72)、調(diào)試用USB接口(32)、上行UART接口(33)和本地RS232接口(43)；寬帶電力線載波通信模塊(6)通過下行Ethernet(42)與主控部分(1)連接，窄帶電力線通信載波通信模塊(2)通過下行通信模塊UART接口(41)與主控部分(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬窄帶一體化抄表集中器，其特征在于主控部分(1)由主 控CPU中央控制器(11)和一塊FPGA現(xiàn)場可編程門陣列(12)組成，還包括5個(gè)以上的串 口，及40個(gè)以上的GPI0，主控CPU中央控制器(11)通過LPC接口外掛一片F(xiàn)PGA現(xiàn)場可編 程門陣列的方案來進(jìn)行接口擴(kuò)展。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬窄帶一體化抄表集中器，其特征在于所述寬帶/窄帶電 力線載波通信模塊都包括耦合電路(26)、濾波電路(23)、可編程放大器(22)、電力線載波 通信CPU中央控制器(21)，其中電力線載波通信CPU中央控制器(21)通過可編程放大器(22)與濾波電路(23)和耦合電路(26)相連后耦合至電力線(27)，寬帶通信與窄帶通信能 在電力線上共存在于它們所使用的頻帶不同。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬窄帶一體化抄表集中器，其特征在于所述的濾波電路(23)為帶通濾波器，對(duì)于寬帶電力線載波通信而言，截止頻率為1-34MHZ，對(duì)于窄帶電力線 載波通信而言，截止頻率為10K-500KHZ。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種寬窄帶一體化抄表集中器，包括主控部分、寬帶電力線載波通信模塊、窄帶電力線載波通信模塊、抄表RS485接口、紅外接口、調(diào)試用USB接口、上行UART接口和本地RS232接口等，寬帶電力線載波通信模塊通過下行Ethernet與主控部分連接，窄帶電力線通信載波通信模塊通過下行通信模塊UART接口與主控部分連接。相比于常見的抄表集中器，本實(shí)用新型的有益效果在于它充分利用了建筑結(jié)構(gòu)上原有的電力線纜，并且能夠同時(shí)對(duì)集中式安裝或非集中式安裝的電能表進(jìn)行抄收管理。采用該設(shè)備后，使抄表系統(tǒng)的復(fù)雜性降低，通用性提高。
文檔編號(hào)G08C19/00GK201662886SQ20092035128
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者劉棟煉 申請(qǐng)人:深圳市國電科技通信有限公司