G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器及其抄表方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器及其抄表方法，該G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器包括主控MCU、PLC調(diào)制解調(diào)器電路、模擬前端電路、線路驅(qū)動(dòng)電路、RS485電路、串口電路和電源電路；主控MCU通過串口與PLC調(diào)制解調(diào)器電路連接，PLC調(diào)制解調(diào)器電路通過模擬前端電路與線路驅(qū)動(dòng)電路連接，線路驅(qū)動(dòng)電路與電力線連接；主控MCU與RS485電路連接；主控MCU的串口與串口電路連接；電源電路為上述電路提供電源。本發(fā)明不僅能將衰減了的載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大再傳輸，而且能將集中器下發(fā)到G3載波網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到485網(wǎng)絡(luò)，間接地將將采用RS485方式通信的電能表納入了G3載波抄表系統(tǒng)的覆蓋范圍之內(nèi)，為客戶節(jié)約了投資。
【專利說明】G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器及其抄表方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器及其抄表方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，低壓側(cè)電力線通信信道質(zhì)量非常惡劣，載波通信質(zhì)量受各種噪聲，輸入阻抗變化，傳輸衰減諸多因素的影響，因此電力載波信號(hào)從集中器傳輸?shù)骄嚯x較遠(yuǎn)的載波表，將受到上述因素的嚴(yán)峻考驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)集中器發(fā)出的載波信號(hào)不能達(dá)到一個(gè)臺(tái)區(qū)下分散安裝的載波電能表的問題。另外，由于在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中，除了載波表、載波集中器，還有大量基于RS485接口進(jìn)行通信的電能表。如何將這種大量安裝的基于RS485通信的電能表，集成到G3低壓載波通信系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電力抄收業(yè)務(wù)自動(dòng)化又不用換表(485表換成G3載波表)，是所有電力客戶都非常關(guān)注的一個(gè)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種通信質(zhì)量佳且通用性好的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器及其抄表方法。
[0004]本發(fā)明提供的這種G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，包括主控MCU、PLC電路、RS485電路、串口電路和電源電路；主控MCU與PLC電路連接，主控MCU與RS485電路連接；主控MCU與串口電路連接；電源電路為上述電路提供電源。
[0005]所述PLC電路包括PLC調(diào)制解調(diào)器電路、模擬前端電路、線路驅(qū)動(dòng)電路；PLC調(diào)制解調(diào)器電路通過模擬前端電路與線路驅(qū)動(dòng)電路連接，線路驅(qū)動(dòng)電路與電力線連接。所述PLC調(diào)制解調(diào)器電路包括G3調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器通過I/O端口與所述主控MCU的I/O端口連接，其還通過I/O端口與模擬前端電路連接。所述G3調(diào)制解調(diào)器采用MAXM公司的型號(hào)為MAX2992的基于OFDM的電力線通信調(diào)制解調(diào)器；包括物理層和MAC層，MAC層包括IEEE802.15.4-2006以及適配6LoWPAN層；IEEE802.15.4-2006用于完成媒體訪問接入控制；適配6LoWPAN層用于實(shí)現(xiàn)路由查找、通信網(wǎng)絡(luò)建立和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。所述模擬前端電路包括MAXM公司的型號(hào)為MAX2991的基于OFDM信號(hào)的模擬前端芯片。所述線路驅(qū)動(dòng)電路包括大電流VCOM驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器、功率放大電路、模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)使能控制電路和載波耦合電路。所述RS485電路包括低電平發(fā)送數(shù)據(jù)電路和高電平接收數(shù)據(jù)電路。所述串口電路包括接收電路和發(fā)送電路。所述電源電路包括AC電源電路和DC電源電路；DC電源電路包括
3.3V電源電路、5V電源電路和15V電源電路。
[0006]基于G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法包括如下步驟:
步驟1，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上電后主動(dòng)掃描網(wǎng)絡(luò)；然后向集中器端的G3主模塊發(fā)起注冊，通過入網(wǎng)驗(yàn)證后，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器注冊到該集中器端的G3主模塊上，成為G3電力線載波網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
步驟2，主站發(fā)送抄表報(bào)文到集中器端的G3主模塊；
步驟3，該主模塊查看該報(bào)文中的目的表地址是否已關(guān)聯(lián)到某個(gè)已注冊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上；若已關(guān)聯(lián)，則直接將該命令下發(fā)到該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)至步驟4 ；
若所述主模塊檢測到要抄的RS485電能表還沒有與任何一臺(tái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器關(guān)聯(lián)，則將抄表報(bào)文通過組播方式傳輸?shù)脚_(tái)區(qū)下的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器；
步驟4，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將報(bào)文透傳到其下掛接的各RS485電能表，只有與該報(bào)文中的目的表地址一致的RS485電能表能應(yīng)答報(bào)文；該應(yīng)答報(bào)文回復(fù)到集中器端的G3主模塊；若要抄的RS485電能表沒有與任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器建立關(guān)聯(lián)，該G3主模塊將該RS485表地址與有回應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器地址關(guān)聯(lián)；完成一次抄表交互過程并退出。
[0007]所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的入網(wǎng)驗(yàn)證僅與所述G3主模塊有關(guān)，與所述集中器無關(guān)。所述入網(wǎng)驗(yàn)證采用基于DES加密算法的雙向驗(yàn)證機(jī)制。所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器與所述G3主模塊之間的路由由該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器定期維護(hù)，且其到該主模塊的路徑是動(dòng)態(tài)可變的。所述目的表地址為RS485表計(jì)的表地址。
[0008]本發(fā)明的物理層基于先進(jìn)的OFDM調(diào)制技術(shù)，是下行基于RS485方式與多個(gè)采用RS485接口的電能表進(jìn)行通信、上行采用滿足G3標(biāo)準(zhǔn)的載波方式與集中器進(jìn)行通信的設(shè)備。本發(fā)明不僅能將衰減了的載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大再傳輸，實(shí)現(xiàn)G3載波信號(hào)自動(dòng)中繼的作用，而且能將集中器下發(fā)到G3載波網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到RS485網(wǎng)絡(luò)，間接地將采用RS485方式通信的電能表納入了 G3載波抄表系統(tǒng)的覆蓋范圍之內(nèi)，為客戶節(jié)約了投資。
[0009]本發(fā)明完全不參與應(yīng)用層的報(bào)文解析工作，只對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)作透明傳輸，因此掛在其下的采用RS485方式進(jìn)行通信的電能表可以采用不同種類的應(yīng)用層抄表協(xié)議(即可以是GB645-07、GB645-97國內(nèi)抄表協(xié)議，也可以是COSEM/DLMS、IECl 107等國外抄表協(xié)議)，只要電能表采用的通信協(xié)議與集中器/主站采集軟件用的通信協(xié)議相同即可。
[0010]本發(fā)明在低壓集抄系統(tǒng)中是即插即用的，完全不需要其它設(shè)備(集中器或手持機(jī))對(duì)其進(jìn)行管理與配置，在集中器上是不需要設(shè)置本發(fā)明的地址的，也不需要集中器去維護(hù)本發(fā)明與其下掛接表的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于集中器與電能表來說，本發(fā)明就是一個(gè)透明的傳輸通道，因此可以很大程度的簡化現(xiàn)場安裝，減少維護(hù)的工作量。
[0011]只要提供要抄讀的電能表地址，集中器/主站就可以抄讀到本發(fā)明下掛接的表計(jì)數(shù)據(jù)。因此在有本發(fā)明加入的G3低壓載波抄表系統(tǒng)中，集中器/主站抄讀RS485表與抄讀載波表的操作是相同的，并且對(duì)RS485電能表與載波表在應(yīng)用層軟件處理上是等同的，簡化了主站與集中器的操作。
[0012]本發(fā)明同時(shí)又可作為即插即用的G3中繼器，同一種設(shè)備集成多種功能，不但能減少生產(chǎn)制造的成本，也減輕了現(xiàn)場安裝維護(hù)的工作量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體電路層次圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的主控MCU電路圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的串口電路圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的RS485電路圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的PLC電路圖。
[0018]圖6是本發(fā)明的模擬前端電路圖。
[0019]圖7是本發(fā)明的線路驅(qū)動(dòng)電路圖。[0020]圖8是本發(fā)明的AC電源電路圖。
[0021]圖9是本發(fā)明的DC電源電路圖。
[0022]圖10是本發(fā)明的PCB示意圖。
[0023]圖11是本發(fā)明的軟件架構(gòu)示意圖。
[0024]圖12是本發(fā)明的一種實(shí)施方式示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，本發(fā)明包括主控MCU、PLC電路、RS485電路、串口電路和電源電路。主控MCU通過串口與PLC電路連接；主控MCU通過485接口與RS485電路連接；主控MCU通過串口與串口電路連接。電源電路為上述電路提供電源，其包括AC電源電路和DC電源電路。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明的主控MCU采用NXP公司的型號(hào)為LPC1768的基于ARMCortex-M3內(nèi)核的微控制器芯片。
[0027]主控MCU通過AD端口與UARTO接口連接，用于調(diào)試；其通過串口與UART3接口連接，用于紅外數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送；其通過I/O端口與PLC電路中PLC基帶SPI端口連接；其通過串口與RS485電路連接。
[0028]如圖3所示，本發(fā)明的串口電路包括接收電路、發(fā)送電路、一個(gè)與主控MCU連接的三芯接插件P2和一個(gè)兩芯接插件P3。
[0029]接收電路包括運(yùn)算放大器U7、運(yùn)算放大器U8、三極管Q8和紅外接收管DDR1。
[0030]運(yùn)算放大器U7的5腳與3.3V電源連接；其4腳通過電阻R30與運(yùn)算放大器U8的I腳連接；該4腳還通過電阻R28與3.3V電源連接；其3腳通過電阻R63接地；其2腳接地，該管腳還通過電容C60與3.3V電源連接；其I腳通過電容C70與該運(yùn)算放大器的4腳連接，該I腳還與運(yùn)算放大器U8的4腳連接。電阻R61接于該運(yùn)算放大器的I腳和4腳之間。
[0031]紅外接收管DDRl的陰極與運(yùn)算放大器U7的4腳連接，其陽極接地。
[0032]三極管Q8的基極與集電極連接后與運(yùn)算放大器U7的I腳連接；其發(fā)射極與該運(yùn)算放大器的4腳連接。
[0033]運(yùn)算放大器U8的5腳與3.3V電源連接；其3腳通過電阻R60與3.3V電源連接，該管腳還通過電阻R62與運(yùn)算放大器U7的3腳連接，該管腳還通過電容C71接地；其2腳接地，該管腳還通過電容C62與3.3V電源連接；其I腳與主控MCU的85腳連接。
[0034]發(fā)送電路包括三極管Q9和紅外發(fā)射管DDT1。三極管Q9的基極通過電阻R65串聯(lián)電阻R31與主控MCU的82腳連接，該基極還通過電阻R64與3.3V電源連接；其發(fā)射極與
3.3V電源連接；其集電極通過電阻R66與紅外發(fā)射管DDTl的陽極連接。電阻R67與電阻R66并聯(lián)相接。
[0035]紅外發(fā)射管DDTl的陰極接地。電容C67接于3.3V電源與地之間。
[0036]三芯接插件P2用于UARTO接口的啟動(dòng)與監(jiān)控(Boot/monitor)信號(hào)傳遞。該接插件的I腳接地；其2腳通過電阻R16與主控MCU的98腳連接，用于5V至3V邏輯NXP串口數(shù)據(jù)發(fā)送，該2腳還通過電阻R5與3.3V電源連接；其3腳通過電阻R13與主控MCU的99腳連接，用于5V至3V邏輯NXP串口數(shù)據(jù)接收。
[0037]兩芯接插件P3用于與主控MCU連接。[0038]如圖4所示，RS485電路包括RS485收發(fā)器US2、光耦N1、光耦N2、光耦N3、3個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器、I個(gè)放電管、五芯接插件和2個(gè)兩芯接插件。
[0039]RS485電路包括低電平發(fā)送數(shù)據(jù)電路和高電平接收數(shù)據(jù)電路。
[0040]RS485收發(fā)器US2的I腳與光耦NI的3腳連接，其2腳和3腳連接后與光耦N2的3腳連接；其4腳與光耦N3的5腳連接；其5腳接數(shù)字地；其6腳通過電阻RS12與電源V_232連接，該管腳還通過瞬態(tài)電壓抑制器DS2接數(shù)字地，該管腳還通過熱敏電阻TR2與485A連接；其7腳通過電阻RSll接數(shù)字地，該管腳還通過瞬態(tài)電壓抑制器DSl接數(shù)字地，該管腳通過放電管PDl與該RS485收發(fā)器的6腳連接，該管腳還與485B連接；其8腳與電源V_232連接。電容CSl接于電源V_232和地之間。
[0041]瞬態(tài)電壓抑制器DS3接于電源V_232和數(shù)字地之間。
[0042]光耦NI的I腳通過電阻R9與電源V_232連接；其4腳接模擬地；其5腳通過電阻RS2與3.3V電源連接，該管腳還與主控MCU的74腳連接，用于主控MCU的RS485接收端485數(shù)據(jù)接收；其6腳與3.3V電源連接。
[0043]光耦N2的4腳與電源V_232連接；其3腳通過電阻RS7接數(shù)字地；其2腳與主控MCU的56腳連接，用于傳遞RS485使能信號(hào)485EN ;其I腳通過電阻RS5與3.3V電源連接。
[0044]光耦N3的6腳與電源V_232連接；其5腳通過電阻RSlO與電源V_232連接；其4腳接數(shù)字地；其3腳通過電阻R65接模擬地；其I腳與三極管Ql的集電極連接。三極管Ql的發(fā)射極與3.3V電源連接；其基極通過電阻RSl與該發(fā)射極連接，該基極還通過電阻R31與主控MCU的75腳連接，用于主控MCU的RS485發(fā)送端485數(shù)據(jù)發(fā)送。
[0045]電容C41接于3.3V電源和模擬地之間；電容C74接于3.3V電源和模擬地之間。電容C32接于電源￥_232與數(shù)字地之間；電容C68接于電源￥_232與數(shù)字地之間；電容C75接于電源V_232與數(shù)字地之間。
[0046]五芯接插件J4的I腳與3.3V電源連；其2腳與模擬地連接；其3腳與RS485接收數(shù)據(jù)管腳485RX連接；其4腳與RS485使能管腳485EN連接；其5腳與RS485發(fā)送數(shù)據(jù)管腳485TX連接。
[0047]二芯接插件P4的I腳與電源V_232連接，其2腳與數(shù)字地連接。
[0048]如圖5所示，PLC電路包括PLC調(diào)制解調(diào)器電路、模擬前端電路和線路驅(qū)動(dòng)電路。PLC調(diào)制解調(diào)器電路通過模擬前端電路與線路驅(qū)動(dòng)電路連接，線路驅(qū)動(dòng)電路與電力線連接。
[0049]PLC調(diào)制解調(diào)器電路包括G3調(diào)制解調(diào)器U3和PLC啟動(dòng)FLASH。
[0050]G3調(diào)制解調(diào)器U3的21腳與主控MCU的64腳連接，用于接收數(shù)據(jù)信號(hào)P2_9_RXD2 ；其22腳與主控MCU的65腳連接，用于發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)P2_8_TXD2 ;其43腳與主控MCU的78腳連接，用于傳遞時(shí)鐘信號(hào)P0_7_SCK1 ;其42腳與主控MCU的76腳連接，用于傳遞主機(jī)出從機(jī)入信號(hào)P0_9_M0SI1 ;其40腳與主控MCU的77腳連接，用于傳遞主機(jī)入從機(jī)出信號(hào)P0_8_MISOl ;其37腳與主控MCU的79腳連接，用于傳遞從機(jī)選擇信號(hào)P0_6_SSEL1 ;其31腳與主控MCU的49腳連接，用于傳 遞PLC程序信號(hào)PLC_PR0G ;其14腳與主控MCU的27腳連接，用于傳遞PLC復(fù)位信號(hào)P3_25_PLC_RST ;其62腳與主控MCU的92腳連接，用于傳遞模擬前端復(fù)位信號(hào)AFE_RST ;其43腳與主控MCU的78腳連接，用于傳遞時(shí)鐘信號(hào)P0_7_SCK1。
[0051]PLC啟動(dòng)FLASH的5腳與主控MCU的60腳連接，用于傳遞主機(jī)出從機(jī)入信號(hào)P0_18_M0S10 ;其2腳與主控MCU的61腳連接，用于傳遞主機(jī)入從機(jī)出信號(hào)P0_17_MIS00 ；其I腳通過電阻R4串聯(lián)電阻R3與主控MCU的63腳連接，用于傳遞從機(jī)選擇信號(hào)P0_16_SSELO,該I腳還通過電阻R4與G3調(diào)制解調(diào)器U3的29腳連接；其6腳與主控MCU的62腳連接，用于傳遞時(shí)鐘信號(hào)P0_15_SCK0 ;其I腳、2腳、6腳還分別通過排阻PRAK與3.3V電源連接；其4腳接模擬地；其3腳與7腳并接后通過排阻PRAK與3.3V電源連接；其8腳與
3.3V電源連接。電容C8接于3.3V電源與模擬地之間。
[0052]G3調(diào)制解調(diào)器U3采用MAXM公司的型號(hào)為MAX2992的基于OFDM的電力線通信調(diào)制解調(diào)器。
[0053]如圖6所示，本發(fā)明的模擬前端電路包括模擬前端芯片U5。
[0054]模擬前端芯片U5的47腳與G3調(diào)制解調(diào)器U3的62腳連接，用于傳遞模擬前端復(fù)位信號(hào)AFE_RST ;其17腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的I腳連接，用于傳遞模擬前端SPI片選信號(hào)AFE_SPI_CS ;其18腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的3腳連接，用于傳遞模擬前端SPI主機(jī)入從機(jī)出信號(hào)AFE_SPI_MIS0 ;其16腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的2腳連接，用于傳遞模擬前端SPI主機(jī)出從機(jī)入信號(hào)AFE_SPI_M0SI ;其15腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的4腳連接，用于傳遞模擬前端SPI時(shí)鐘信號(hào)AFE_SPI_SCK ;其14腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的41腳連接，用于傳遞模擬前端AGC凍結(jié)信號(hào)AFE_AGC_FRZ ;其25腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的51腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)AFE_TXC0NV ;其26腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的61腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)AFE_RXC0NV ;其27腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的52腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)AFE_TXDATA ;其28腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的60腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)信號(hào)AFE_RXDATA ;其29腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的55腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)AFE_TXCLK ;其30腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的57腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)AFE_RXCLK ;其32腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的63腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)使能信號(hào)AFE_RXEN ;其33腳與該調(diào)制解調(diào)器U3的64腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)使能信號(hào)AFE_TXEN。
[0055]本發(fā)明的模擬前端芯片U5采用MAXM公司的型號(hào)為MAX2991的基于OFDM信號(hào)的模擬前端芯片。
[0056]如圖7所示，本發(fā)明的線路驅(qū)動(dòng)電路包括大電流VCOM驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器U9、兩組功率放大電路、模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)使能控制電路、載波耦合電路。大電流VCOM驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器U9分別通過功率放大電路與載波耦合電路連接；載波耦合電路與電力線連接。
[0057]大電流VCOM驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器U9的2腳通過電阻R45與模擬前端芯片U5的10腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)輸出正信號(hào)AFE_TX_0UT_P ;其3腳和5腳并接后通過電阻R43在串聯(lián)電阻R37與12V電源連接，這兩管腳并接后還通過電阻R43串聯(lián)電阻R38后接地；其6腳通過電阻R42與模擬前端芯片U5的9腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)輸出負(fù)信號(hào)AFE_TX_0UT_N ;其4腳和9腳接地；其7腳傳遞輸出信號(hào)0UT_B，該管腳與功率放大電路中三極管Q2的基極連接；其I腳傳遞輸出信號(hào)0UT_A，該管腳與功率放大電路中三極管Q6的基極連接；其8腳與12V電源連接。電容C59接于12V電源與地之間。電容C63并接于電阻R38的兩端。
[0058]功率放大電路一包括三極管Q6和三極管Q7。三極管Q7的集電極與12V電源連接；其基極與三極管Q6的基極連接；其發(fā)射極與三極管Q6的發(fā)射極連接，該發(fā)射極還與MOS管Q5的漏極連接。電阻R46接于三極管Q7的基極與發(fā)射極之間。電容C64與電容C65并聯(lián)后接于12V電源與地之間。三極管Q6的集電極接地。
[0059]三極管Q7是NPN管，三極管Q6是PNP管。
[0060]功率放大電路二包括三極管Ql和三極管Q2。三極管Ql的集電極與12V電源連接；其基極與三極管Q2的基極連接；其發(fā)射極與三極管Q6的發(fā)射極連接，該發(fā)射極還與MOS管Q3的漏極連接。電阻R39接于三極管Ql的基極與發(fā)射極之間。電容C56與電容C57并聯(lián)后接于12V電源與地之間。三極管Q2的集電極接地。
[0061]三極管Ql是NPN管，三極管Q2是PNP管。
[0062]模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)使能控制電路包括MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5。MOS管Q4的柵極通過電阻R47與模擬前端芯片U5的33腳連接，用于傳遞發(fā)送數(shù)據(jù)使能信號(hào)AFE_TXEN ;其漏極通過電阻R40與12V電源連接，該源極還與MOS管Q5的柵極連接；其源極接地。
[0063]MOS管Q5的柵極通過電阻R48串聯(lián)電阻R45與模擬前端芯片U5的10腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)輸出正信號(hào)AFE_TX_0UT_P ;其柵極與三極管Q3的柵極連接；其源極與穩(wěn)壓管D7的陽極連接。該穩(wěn)壓管D7的陰極與12V電源連接。穩(wěn)壓管D8的陽極接地，其陰極與穩(wěn)壓管D7的陽極連接。
[0064]MOS管Q3的柵極通過電阻R41串聯(lián)電阻R42與模擬前端芯片U5的9腳連接，用于傳遞模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)輸出負(fù)信號(hào)AFE_TX_0UT_N ;其源極與穩(wěn)壓管D4的陽極連接。該穩(wěn)壓管D4的陰極與12V電源連接。穩(wěn)壓管D2的陽極接地，其陰極與穩(wěn)壓管D4的陽極連接。
[0065]雙向穩(wěn)壓二級(jí)管Zl接于MOS管Q5的源極與MOS管Q3的源極之間。
[0066]載波耦合電路包括耦合變壓器和電力線連接件J2。耦合變壓器的6腳與模擬前端芯片U5的3腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)輸入正信號(hào)AFE_RX_IN+ ;其7腳通過電容C61與其9腳連接；其10腳與模擬前端芯片U5的4腳連接，用于傳遞模擬前端接收數(shù)據(jù)輸入負(fù)信號(hào)AFE_RX_IN-;其5腳與電力線連接件J2的I腳連接；其4腳通過電容C58與其2腳連接，電容C69與電容C58并聯(lián)相接；其I腳與電力線連接件J2的2腳連接。
[0067]本發(fā)明的電源電路包括AC電源電路和DC電源電路。
[0068]如圖8所示，AC電源電路包括電力線連接接口 J2、整流電路、濾波電路、降壓電路、保護(hù)電路、穩(wěn)壓電路和變頻器電路。
[0069]AC電源電路一方面為本發(fā)明的稱合電路提供電力線輸入信號(hào),一方面在進(jìn)行交直流轉(zhuǎn)換后為各供電設(shè)備提供電源。
[0070]如圖9所示，DC電源電路包括3.3V電源電路、5V電源電路和15V電源電路。
[0071]如圖10所示，在具體制作時(shí)，本發(fā)明包括電源板、主板、485板以及耦合電路。220V交流電接入電源板，也接入耦合電路中；電源板為主板提供+15V電源和+3.3V電源；該電源板為485板提供+5V電源。RS-485總線接入485板，485板再通過UART接口與主板連接。
[0072]如圖11所示，本發(fā)明的軟件架構(gòu)包括主控MCU軟件架構(gòu)和G3調(diào)制解調(diào)器軟件架構(gòu)。本發(fā)明通過RS485接口與485電能表的應(yīng)用層進(jìn)行通信；而本發(fā)明的主控MCU通過UART與G3調(diào)制解調(diào)器通信。
[0073]主控MCU軟件架構(gòu)包括485與紅外對(duì)外通信接口模塊、G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)設(shè)置與升級(jí)模塊和G3調(diào)制解調(diào)器模塊。
[0074]本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議主要分為物理層和MAC層兩層。[0075]底層為物理層，主要完成數(shù)據(jù)的信道編碼、各種調(diào)制解調(diào)模式的配置、子信道分配、同步、信道估計(jì)、信道解碼等操作，是通信速率和可靠性的保障。本發(fā)明的物理層采用先進(jìn)的OFDM調(diào)制技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的物理層采用擴(kuò)頻技術(shù)的東軟載波、曉程載波，速度、抗干擾、組網(wǎng)能力都有了質(zhì)的提升。
[0076]第二層MAC層由兩個(gè)子層IEEE802.15.4-2006與適配6LoWPAN層構(gòu)成。
[0077]IEEE802.15.4-2006協(xié)議子層主要完成媒體訪問接入控制操作。
[0078]6LoWPAN子層完成傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層功能，主要實(shí)現(xiàn)路由查找，通信網(wǎng)絡(luò)建立以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)適配6LoWPAN層判斷接數(shù)數(shù)據(jù)包的目的地址是本設(shè)備地址時(shí)，本發(fā)明將應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過RS485接口發(fā)送至RS485電能表端；當(dāng)6LoWPAN層判斷出發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地址不是本設(shè)備地址時(shí)，本發(fā)明作為中繼器，直接轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)至電力線。
[0079]本發(fā)明是即插即用的，上電后即開始主動(dòng)掃描網(wǎng)絡(luò)；隨后向集中器端的G3主模塊(如存在)發(fā)起入網(wǎng)申請(qǐng)，通過入網(wǎng)驗(yàn)證后，本發(fā)明注冊到集中器端的G3主模塊上，成為G3電力線載波網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，將擔(dān)任起G3-G3、G3-RS485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)者的角色。
[0080]本發(fā)明的入網(wǎng)驗(yàn)證機(jī)制只與集中器端的G3主模塊有關(guān)，而與集中器無關(guān)。本發(fā)明入網(wǎng)后，即可正常工作，不需要任何設(shè)備對(duì)其進(jìn)行配置或管理；其入網(wǎng)驗(yàn)證機(jī)制采用基于DES加密算法的雙向驗(yàn)證機(jī)制。由此實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的自組網(wǎng)以及自配置。
[0081]當(dāng)本發(fā)明成為G3網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)后，其與集中器端的G3主模塊之間的路由將由本發(fā)明自己定期維護(hù)，且本發(fā)明到該主模塊的路徑是動(dòng)態(tài)可變的，依據(jù)當(dāng)時(shí)的鏈路通信質(zhì)量，按照標(biāo)準(zhǔn)的算法作動(dòng)態(tài)的調(diào)整，不需集中器干涉，具有網(wǎng)絡(luò)自愈的能力。
[0082]如圖12所示，G3-PLC通信系統(tǒng)通過G3主模塊創(chuàng)建G3-PLC網(wǎng)絡(luò)，主、從模塊和本發(fā)明共同維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)絡(luò)的健壯性。本發(fā)明可同時(shí)在G3網(wǎng)絡(luò)與G3網(wǎng)絡(luò)或G3網(wǎng)絡(luò)與RS485網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)透明傳輸，從而拓展G3-PLC網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。本發(fā)明還可通過自帶的紅外口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與本地程序升級(jí)。該圖中粗線條表示的是電力線；細(xì)線條(集中器主模塊以下網(wǎng)絡(luò)中)表示的是485通訊線。該圖對(duì)本發(fā)明在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中所處的位置進(jìn)行了示意說明。
[0083]在該G3-PLC網(wǎng)絡(luò)中，主站/集中器要抄讀本發(fā)明下掛接的RS485電能表，其具體步驟如下:
步驟1，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上電后主動(dòng)掃描網(wǎng)絡(luò)；然后向集中器端的G3主模塊發(fā)起注冊，通過入網(wǎng)驗(yàn)證后，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器注冊到該集中器端的G3主模塊上，成為G3電力線載波網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
步驟2，主站發(fā)送抄表報(bào)文到集中器端的G3主模塊；
步驟3，該主模塊查看該報(bào)文中的目的表地址是否已關(guān)聯(lián)到某個(gè)已注冊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上；若已關(guān)聯(lián)，則直接將該命令下發(fā)到該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)至步驟5 ；
若所述主模塊檢測到要抄的RS485電能表還沒有與任何一臺(tái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器關(guān)聯(lián)，則將抄表報(bào)文通過組播方式傳輸?shù)脚_(tái)區(qū)下的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器(載波表除外)，然后各數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將報(bào)文透傳到其下掛接的各RS485電能表；只有與該報(bào)文中的目的表地址一致的RS485電能表應(yīng)答；
步驟4，該應(yīng)答報(bào)文回復(fù)到集中器端的G3主模塊后，集中器端的G3主模塊將RS485表地址與有回應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器地址關(guān)聯(lián)；完成一次抄表交互過程并退出； 下次再次抄讀該RS485電能表時(shí)，就直接將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到與該RS485電能表關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上即可，不再需要通過組播方式找尋表計(jì)了，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。
[0084]步驟5，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器再將該命令透傳到下掛的RS485網(wǎng)絡(luò)，RS485網(wǎng)絡(luò)中與目的表地址相同的RS485電能表回復(fù)應(yīng)答報(bào)文，由此完成一次抄表交互過程并退出。
[0085]本發(fā)明將PLC網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到RS485網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，完全不參與應(yīng)用層的報(bào)文解析工作，只對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)作透明傳輸，所以是與應(yīng)用層無關(guān)的，可實(shí)現(xiàn)G3網(wǎng)絡(luò)-G3網(wǎng)絡(luò)，G3網(wǎng)絡(luò)-RS485網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的透明傳輸。因此本發(fā)明下面可接入任意類型、采用任意協(xié)議的以RS485方式進(jìn)行通信的電能表，只要電能表采用的通信協(xié)議與集中器/主站采集軟件用的通信協(xié)議相同。本發(fā)明僅僅是一個(gè)滿足G3標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，與任何應(yīng)用層協(xié)議無關(guān)，具有通用性。
[0086]在G3低壓集抄系統(tǒng)中，在集中器上是不需要設(shè)置本發(fā)明的地址的，也不需要集中器去維護(hù)本發(fā)明及其下面掛接表計(jì)的地址對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0087]此外，主站/集中器要抄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器下面掛接的RS485電能表的數(shù)據(jù)，只要提供要抄讀的RS485電能表的地址就足夠了，不需要再提供該電能表所連接到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的地址。由于主站/集中器對(duì)RS485表與載波表在應(yīng)用層軟件處理上是等同的，因此在有本發(fā)明加入的G3低壓集抄系統(tǒng)中，其抄讀RS485電能表的操作與其抄讀載波表的操作是沒有區(qū)別的。
【權(quán)利要求】
1.一種G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，該轉(zhuǎn)發(fā)器包括主控MCU、PLC電路、RS485電路、串口電路和電源電路；主控MCU與PLC電路連接，主控MCU與RS485電路連接；主控MCU與串口電路連接；電源電路為上述電路提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述PLC電路包括PLC調(diào)制解調(diào)器電路、模擬前端電路、線路驅(qū)動(dòng)電路；PLC調(diào)制解調(diào)器電路通過模擬前端電路與線路驅(qū)動(dòng)電路連接，線路驅(qū)動(dòng)電路與電力線連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述PLC調(diào)制解調(diào)器電路包括G3調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器通過I/O端口與所述主控MCU的I/O端口連接，其還通過I/O端口與模擬前端電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述G3調(diào)制解調(diào)器采用MAXIM公司的型號(hào)為MAX2992的基于OFDM的電力線通信調(diào)制解調(diào)器；包括物理層和MAC層，MAC層包括ffiEE802.15.4-2006以及適配6LoWPAN層；IEEE802.15.4-2006用于完成媒體訪問接入控制；適配6LoWPAN層用于實(shí)現(xiàn)路由查找、通信網(wǎng)絡(luò)建立和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述模擬前端電路包括MAXIM公司的型號(hào)為MAX2991的基于OFDM信號(hào)的模擬前端芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述線路驅(qū)動(dòng)電路包括大電流VCOM驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器、功率放大電路、模擬前端發(fā)送數(shù)據(jù)使能控制電路和載波耦合電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述RS485電路包括低電平發(fā)送數(shù)據(jù)電路和高電平接收數(shù)據(jù)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述串口電路包括接收電路和發(fā)送電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述電源電路包括AC電源電路和DC電源電路；DC電源電路包括3.3V電源電路、5V電源電路和15V電源電路。
10.一種適用于權(quán)利要求1所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟1，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上電后主動(dòng)掃描網(wǎng)絡(luò)；然后向集中器端的G3主模塊發(fā)起注冊，通過入網(wǎng)驗(yàn)證后，該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器注冊到該集中器端的G3主模塊上，成為G3電力線載波網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； 步驟2，主站發(fā)送抄表報(bào)文到集中器端的G3主模塊； 步驟3，該主模塊查看該報(bào)文中的目的表地址是否已關(guān)聯(lián)到某個(gè)已注冊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器上；若已關(guān)聯(lián)，則直接將該命令下發(fā)到該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn)至步驟4 ； 若所述主模塊檢測到要抄的RS485電能表還沒有與任何一臺(tái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器關(guān)聯(lián)，則將抄表報(bào)文通過組播方式傳輸?shù)脚_(tái)區(qū)下的所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器； 步驟4，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器將報(bào)文透傳到其下掛接的各RS485電能表，只有與該報(bào)文中的目的表地址一致的RS485電能表能應(yīng)答報(bào)文；該應(yīng)答報(bào)文回復(fù)到集中器端的G3主模塊；若要抄的RS485電能表沒有與任何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器建立關(guān)聯(lián)，該G3主模塊將該RS485表地址與有回應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器地址關(guān)聯(lián)；完成一次抄表交互過程并退出。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的入網(wǎng)驗(yàn)證僅與所述G3主模塊有關(guān)，與所述集中器無關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法，其特征在于，所述入網(wǎng)驗(yàn)證采用基于DES加密算法的雙向驗(yàn)證機(jī)制。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器與所述G3主模塊之間的路由由該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器定期維護(hù)，且其到該主模塊的路徑是動(dòng)態(tài)可變的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10 所述的G3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的抄表方法，其特征在于，所述目的表地址為RS485表計(jì)的表地址。
【文檔編號(hào)】G08C19/00GK103927862SQ201410179527
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】李魯智, 朱政堅(jiān), 曾樂陶 申請(qǐng)人:威勝集團(tuán)有限公司