本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種電力無線通信終端，尤其是一種基于micro-usb接口的電力無線通信終端。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，電力業(yè)務(wù)的種類及數(shù)量快速增長，其對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的通信方式、通信質(zhì)量、安全可靠性、穩(wěn)定性等方面的要求越來越嚴(yán)格，通信方式逐漸由光纖向無線方式轉(zhuǎn)變，無線通信方式也趨于多樣化，“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的實施及大云物移等新技術(shù)應(yīng)用，促使電力語音、圖像、視頻等新型業(yè)務(wù)需求顯著增長，這些業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸需要更大的通信帶寬、更高的穩(wěn)定性、更小的數(shù)據(jù)時延，此外，電網(wǎng)信息安全也越來越受到國家電網(wǎng)公司的重視，要求各種重要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)具備通信加密功能，而現(xiàn)有的通信終端無法滿足以上所有需求。

目前，國家電網(wǎng)公司已在全國范圍內(nèi)建立多個1.8ghztd-lte及230mhz無線通信專網(wǎng)試點工程，同時，為節(jié)約既有投資，多地存在專網(wǎng)與公網(wǎng)共存現(xiàn)象，許多配用電業(yè)務(wù)通信方式仍采用公網(wǎng)接入方式，要求通信終端同時具備公網(wǎng)和專網(wǎng)接入功能，無線公專網(wǎng)互補(bǔ)通信方式將是電力無線通信的發(fā)展趨勢，現(xiàn)有通信終端多支持公網(wǎng)多?；?qū)＞W(wǎng)單模1.8ghztd-lte無線通信方式，缺乏同時支持公網(wǎng)和專網(wǎng)無線通信終端，無法滿足公專網(wǎng)互補(bǔ)的業(yè)務(wù)接入需求。

智能電網(wǎng)建設(shè)深度的加大促進(jìn)了電力業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)的融合進(jìn)度，催生出了包括配電自動化、用電信息采集、智能機(jī)器人巡檢、無人機(jī)巡檢、故障指示器、源網(wǎng)荷互動、電動汽車充電樁、負(fù)荷控制、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控等新型電力業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)的通信接口、通信協(xié)議、安全策略、及運(yùn)行環(huán)境存在較大差異，當(dāng)前，電力無線業(yè)務(wù)接入主要采用cpe終端的方式，cpe設(shè)備采用通信模組與處理器分立的策略，體積尺寸大，功耗大，成本高，數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一，對于不同的業(yè)務(wù)需求需要設(shè)計不同的通信終端形態(tài)，不利于統(tǒng)一安裝及維護(hù)管理，如何進(jìn)一步研發(fā)體積更小、功耗更低、安裝簡易、成本低廉、接口統(tǒng)一的新型通信終端，成為電力無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的電力無線通信終端體積尺寸大、功耗大、成本高、數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一，對于不同的業(yè)務(wù)需求需要設(shè)計不同的通信終端形態(tài)，不利于統(tǒng)一安裝及維護(hù)管理。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造提供了一種基于micro-usb接口的電力無線通信終端，包括電源處理模塊、主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊、sim卡接口模塊、天線接口、micro-sim卡接口以及三個micro-usb接口；主通信處理模塊分別與數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊、sim卡接口模塊以及天線接口相連；串行數(shù)據(jù)接口模塊與第一個micro-usb接口相連；以太網(wǎng)接口模塊與第二個micro-usb接口相連；第三個micro-usb接口分別與主通信處理模塊以及電源處理模塊相連；micro-sim卡接口與sim卡接口模塊相連；電源處理模塊分別為主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊以及sim卡接口模塊供電。

采用三個micro-usb接口作為串行rs232數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、usb數(shù)據(jù)接口的物理形式，從而實現(xiàn)接口的統(tǒng)一化，方便管理的同時也能夠減小終端體積；利用數(shù)據(jù)加密模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能，在加密芯片內(nèi)部實現(xiàn)了國家商用密碼產(chǎn)品所需的sm2和sm1算法專用加密模塊、des/3des加密模塊和rsa公鑰算法引擎，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)通信的安全性。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，還包括與主通信處理模塊相連的信號指示燈。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，數(shù)據(jù)加密模塊與主通信處理模塊之間通過spi總線相連。采用數(shù)據(jù)加密模塊中的電力專用加密芯片與主通信處理模塊通過spi總線連接，具有較高的通信安全性。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，還包括一根與第二個micro-usb接口相連的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線；在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線的一端設(shè)有micro-usb公頭，另一端設(shè)有rj45接頭。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，還包括一根與第一個micro-usb接口相連的串行數(shù)據(jù)線；在串行數(shù)據(jù)線的一端設(shè)有micro-usb公頭，另一端設(shè)有三芯通用鳳凰端子。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，還包括一個終端外殼；電源處理模塊、主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊以及sim卡接口模塊均設(shè)置在終端外殼內(nèi)的主板上；天線接口、micro-sim卡接口以及三個micro-usb接口分布設(shè)置在終端外殼內(nèi)側(cè)面上。采用終端外殼能夠便于室外使用。

作為本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步限定方案，在終端外殼的背面設(shè)有u型導(dǎo)軌安裝卡扣。采用u型導(dǎo)軌安裝卡扣能夠方便終端安裝在u型導(dǎo)軌上。

本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果在于：采用三個micro-usb接口作為串行rs232數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、usb數(shù)據(jù)接口的物理形式，從而實現(xiàn)接口的統(tǒng)一化，方便管理的同時也能夠減小終端體積；利用數(shù)據(jù)加密模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能，在加密芯片內(nèi)部實現(xiàn)了國家商用密碼產(chǎn)品所需的sm2和sm1算法專用加密模塊、des/3des加密模塊和rsa公鑰算法引擎，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)通信的安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造的通信終端結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明創(chuàng)造的電源處理模塊電路原理圖；

圖3為本發(fā)明創(chuàng)造的主通信處理模塊電路原理圖；

圖4為本發(fā)明創(chuàng)造的以太網(wǎng)接口模塊電路原理圖；

圖5為本發(fā)明創(chuàng)造的串行數(shù)據(jù)接口模塊電路原理圖；

圖6為本發(fā)明創(chuàng)造的sim卡接口模塊電路原理圖；

圖7為本發(fā)明創(chuàng)造的數(shù)據(jù)加密模塊電路原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明創(chuàng)造的公開的基于micro-usb接口的電力無線通信終端包括：電源處理模塊、主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊、sim卡接口模塊、天線接口、micro-sim卡接口以及三個micro-usb接口；主通信處理模塊分別與數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊、sim卡接口模塊以及天線接口相連；串行數(shù)據(jù)接口模塊與第一個micro-usb接口相連；以太網(wǎng)接口模塊與第二個micro-usb接口相連；第三個micro-usb接口分別與主通信處理模塊以及電源處理模塊相連；micro-sim卡接口與sim卡接口模塊相連；電源處理模塊分別為主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊以及sim卡接口模塊供電。

進(jìn)一步地，還包括與主通信處理模塊相連的信號指示燈；數(shù)據(jù)加密模塊與主通信處理模塊之間通過spi總線相連；還包括一根與第二個micro-usb接口相連的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線；在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線的一端設(shè)有micro-usb公頭，另一端設(shè)有rj45接頭；還包括一根與第一個micro-usb接口相連的串行數(shù)據(jù)線；在串行數(shù)據(jù)線的一端設(shè)有micro-usb公頭，另一端設(shè)有三芯通用鳳凰端子；還包括一個終端外殼；電源處理模塊、主通信處理模塊、數(shù)據(jù)加密模塊、以太網(wǎng)接口模塊、串行數(shù)據(jù)接口模塊以及sim卡接口模塊均設(shè)置在終端外殼內(nèi)的主板上；天線接口、micro-sim卡接口以及三個micro-usb接口分布設(shè)置在終端外殼內(nèi)側(cè)面上；在終端外殼的背面設(shè)有u型導(dǎo)軌安裝卡扣。

本發(fā)明創(chuàng)造的基于micro-usb接口的電力無線通信終端的終端外殼采用聚碳酸酯塑料制成，呈黑色帶孔長方體狀，長寬高分別為6.5cm、6cm、2.5cm，在終端外殼的側(cè)面設(shè)有3個micro-usb接口孔、1個micro-sim卡接口孔以及1個sma天線接頭孔，三個micro-usb接口孔均勻地分布于同一側(cè)面上。

如圖2所示，電源處理模塊由電壓變換芯片及其外圍電路構(gòu)成，電源處理模塊通過電壓變換芯片實現(xiàn)直流電源電壓的變換功能，通過micro-usb接口輸入5v、12v或24v中的一種直流電壓，同時輸出3.3v、1.2v、1.8v三種電壓信號為其他模塊供電。

如圖3所示，主通信處理模塊由lte芯片及其外圍電路構(gòu)成，主通信處理模塊用于完成數(shù)據(jù)報文的解析及變換處理任務(wù)，利用lte芯片中的應(yīng)用處理器內(nèi)核，將整個lte公網(wǎng)、專網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與本地uart、spi、以太網(wǎng)協(xié)議、網(wǎng)關(guān)、sim卡識別等功能集中到模塊內(nèi)部，使模塊成為一個相對完整的系統(tǒng)，并可以靈活根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行重新定義于外置天線相連實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的收發(fā)功能。

如圖7所示，數(shù)據(jù)加密模塊由電力專用加密芯片及其外圍電路構(gòu)成，數(shù)據(jù)加密模塊通過spi總線連接主通信處理模塊，主通信處理模塊側(cè)作為主設(shè)備，數(shù)據(jù)加密模塊側(cè)作為從設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密功能，采用電力專用加密芯片與主通信處理模塊通過spi總線連接，加密芯片內(nèi)部實現(xiàn)了國家商用密碼產(chǎn)品所需的sm2和sm1算法專用加密模塊、des/3des加密模塊和rsa公鑰算法引擎。另外，電力專用加密芯片提供32位硬件加密處理器，可用于實現(xiàn)公鑰算法、摘要算法以及aes、des等對稱算法，電力專用加密芯片內(nèi)嵌32位真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器trng，可滿足cos開發(fā)者的密碼學(xué)應(yīng)用，可節(jié)約軟件開銷，提高軟件實現(xiàn)效率。

如圖4所示，以太網(wǎng)接口模塊由phy芯片及其外圍電路構(gòu)成，以太網(wǎng)接口模塊用于完成網(wǎng)口數(shù)據(jù)的收發(fā)任務(wù)，模塊中的phy芯片及其外圍電路實現(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸所需的時鐘、數(shù)據(jù)編碼線路狀態(tài)及與主通信處理模塊數(shù)據(jù)鏈路控制器的接口，以太網(wǎng)接口模塊中網(wǎng)絡(luò)變壓器用于實現(xiàn)將phy芯片信號增強(qiáng)、隔離、電平轉(zhuǎn)換功能。

如圖5所示，串行數(shù)據(jù)接口模塊由rs232電平轉(zhuǎn)換芯片及其外圍電路構(gòu)成，串行數(shù)據(jù)接口模塊用于完成串行rs232數(shù)據(jù)的收發(fā)功能，模塊中的rs232電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)ttl電平與rs232電平的相互轉(zhuǎn)換，芯片可通過軟件控制使能，非使能狀態(tài)時，用于傳輸ttl電平，用于與ttl電平接口的設(shè)備相連，完成數(shù)據(jù)的收發(fā)任務(wù)。

如圖6所示，sim卡接口模塊用于完成sim卡的識別與數(shù)據(jù)讀取功能，圖6中u5為sim卡，提供sim卡電源、時鐘、數(shù)據(jù)、編程、狀態(tài)監(jiān)測等接口及其保護(hù)電路，同時支持1.8v與3.v的sim卡。

以太網(wǎng)接口模塊采用專用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線纜與以太網(wǎng)接口的配用電終端設(shè)備相連，其中，專用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線纜一端為標(biāo)準(zhǔn)micro-usb公頭，另一端為標(biāo)準(zhǔn)rj45水晶頭，根據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)接入規(guī)范，可將通信終端配置為router、bridge和nat三種工作模式。

串行數(shù)據(jù)接口模塊采用專用串行數(shù)據(jù)線纜與支持rs232接口的配用電設(shè)備相連，其中，專用串行數(shù)據(jù)線纜一端為標(biāo)準(zhǔn)micro-usb公頭，另一端為三芯通用鳳凰端子，通信終端工作于串口透傳模式，主通信模塊完成串行數(shù)據(jù)包與tcp/ip數(shù)據(jù)包的協(xié)議轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)發(fā)工作。

與電源處理模塊相連的micro-usb接口，用于為電源處理模塊通過電源輸入，同時還用于提供usb數(shù)據(jù)傳輸功能，usb數(shù)據(jù)通信用于維護(hù)技術(shù)人員調(diào)試專用，不能作為實際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸通道。

通信終端支持公網(wǎng)tdd-lte、fdd-lte、td-scdma、wcdma、gsm和專網(wǎng)1.8glte通信模式，根據(jù)配用電業(yè)務(wù)具體應(yīng)用環(huán)境，可將通信終端配置為手動或自動切換通信模式，若配置為手動切換方式，則通信終端上電啟動后會根據(jù)已設(shè)置的通信模式，搜索相應(yīng)基站網(wǎng)絡(luò)信號并選擇小區(qū)，讀取sim卡信息，進(jìn)行入網(wǎng)鑒權(quán)，合法用戶通過鑒權(quán)正常入網(wǎng)；若將通信終端配置為自動網(wǎng)絡(luò)切換模式，則通信終端上電啟動后會自動搜索所有無線信號，根據(jù)sim卡信息，自動選擇通信網(wǎng)絡(luò)。

通信終端通過專用串行線纜接入配用電業(yè)務(wù)時，通信終端工作于串口透傳模式，根據(jù)配用電業(yè)務(wù)終端串行數(shù)據(jù)接口電平，可將通信終端配置成rs232或ttl數(shù)據(jù)傳輸方式。當(dāng)配用電主站下發(fā)業(yè)務(wù)控制或配置信息時，串行數(shù)據(jù)接口模塊從主通信處理模塊接收相應(yīng)的信息，直接轉(zhuǎn)發(fā)到配用電業(yè)務(wù)終端，配用電業(yè)務(wù)終端報文含義并作出相應(yīng)的響應(yīng)；當(dāng)配用電業(yè)務(wù)終端向主站上傳報文時，串行數(shù)據(jù)處理模塊，接收相應(yīng)的報文并轉(zhuǎn)發(fā)到主通信處理模塊，主通信模塊與數(shù)據(jù)加密模塊通信完成對報文加密處理操作，將加密數(shù)據(jù)通過無線通信通道轉(zhuǎn)發(fā)。

通信終端通過專用網(wǎng)絡(luò)線纜接入配用電業(yè)務(wù)時，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)具體通信機(jī)制，可將通信終端配置為router、bridge和nat三種工作模式，當(dāng)配用電主站向配用電業(yè)務(wù)終端下發(fā)報文時，主通信處理模塊通過無線數(shù)據(jù)采集器件接收報文，并對報文內(nèi)容進(jìn)行解析及變換處理，通過以太網(wǎng)接口模塊發(fā)送到配用電業(yè)務(wù)終端，配用電業(yè)務(wù)終端根據(jù)報文含義作出相應(yīng)的響應(yīng)；當(dāng)配用電業(yè)務(wù)終端向主站上傳報文時，通過以太網(wǎng)接口模塊將報文發(fā)送到主通信處理單元，主通信處理單元根據(jù)相應(yīng)通信規(guī)約對報文進(jìn)行變換，再經(jīng)過數(shù)據(jù)加密模塊進(jìn)行加密處理，最后，將處理過的報文通過無線通信通道轉(zhuǎn)發(fā)出去。

通信終端通過主通信模塊無線通道發(fā)出的數(shù)據(jù)，經(jīng)過基站轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)系統(tǒng)，由核心網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)過路由再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)配用電主站安全網(wǎng)關(guān)，安全網(wǎng)關(guān)對報文進(jìn)行安全認(rèn)證，合法報文最終通過安全網(wǎng)關(guān)到達(dá)主站；主站向業(yè)務(wù)終端下發(fā)報文經(jīng)過和上述相似的傳輸過程，到達(dá)業(yè)務(wù)終端。