本實(shí)用新型涉及無線數(shù)據(jù)采集器，更具體地說，它涉及一種無線載波轉(zhuǎn)換終端。

背景技術(shù)：

采集器在遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)中作為計(jì)量表和集中器的通信中轉(zhuǎn)站，是不可缺少的重要設(shè)備。根據(jù)國家電網(wǎng)要求分為國網(wǎng) I 型采集器和國網(wǎng)II型采集器，國網(wǎng) I 型采集器是根據(jù)最新的國網(wǎng)技術(shù)要求開發(fā)的應(yīng)用于遠(yuǎn)程,集中抄表系統(tǒng)，完成無線及電力載波信號和 RS485 信號的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對 RS485 表的無線或載波集中抄表；主要完成對 RS485 電表的電量采集無線抄表方案。并且在無線信號工作情況下以空氣為媒介，電力載波工作情況下利用低壓電力線作為通信信道，把用電量數(shù)據(jù)以無線、電力線方式上傳，提供給遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)。

依據(jù)國家電網(wǎng)公司“十二五”發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)，2011年至2015年各網(wǎng)省公司全面開展用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)工作，進(jìn)一步加快系統(tǒng)主站、終端設(shè)備、智能電表及通信信道的建設(shè)進(jìn)度和深化應(yīng)用的進(jìn)程，通過不斷推進(jìn)用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)，逐步實(shí)現(xiàn)“全采集、全覆蓋、全費(fèi)控”的建設(shè)目標(biāo)，及時(shí)、完整、準(zhǔn)確地為SG186營銷系統(tǒng)及其相關(guān)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為企業(yè)經(jīng)營管理各環(huán)節(jié)的決策、分析提供支撐，為實(shí)現(xiàn)智能用電雙向互動(dòng)服務(wù)提供信息基礎(chǔ)。 在此背景下，如何提升本地采集的可靠性是影響用電信息采集系統(tǒng)能否達(dá)到目標(biāo)的關(guān)鍵因素。

當(dāng)前采用的本地采集方式主要有電力線載波、RS485以及微功率無線三種，其中電力線載波因?yàn)樵诔杀竞褪┕し矫娴母偁巸?yōu)勢而被國家電網(wǎng)選作最主要的通信方式。從目前大規(guī)?，F(xiàn)場應(yīng)用來看，載波通信的數(shù)據(jù)采集率已經(jīng)可以達(dá)到80-95%，但是在某些區(qū)域存在載波孤島，即載波失效區(qū)域，無法通過電力載波傳輸信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種無線載波轉(zhuǎn)換終端，通過結(jié)合無線自組網(wǎng)技術(shù)，在電力載波網(wǎng)絡(luò)中嵌入?yún)^(qū)域無線自組網(wǎng)產(chǎn)品，解決了在載波孤島/載波失效區(qū)，無法傳輸電量采集信息的問題，提升了電力載波網(wǎng)絡(luò)的抄表可靠性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案：一種無線載波轉(zhuǎn)換終端，其特征在于，包括：微功率無線通信模塊，用于載波有效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端與載波失效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端之間的通信連接，接收載波失效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端通過高頻電流進(jìn)行調(diào)制過的電量采集信息并進(jìn)行反調(diào)制還原后輸出電量采集信息；主控模塊，與所述微功率無線通信模塊通信連接，接收并響應(yīng)于所述電量采集信息，用于控制各通信模塊之間通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)分析和控制指示燈的狀態(tài)，輸出轉(zhuǎn)換信息；電力載波通信模塊，與所述主控模塊通信連接，接收并響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換信息，用于將經(jīng)主控模塊處理后的電量采集信息通過電力線上傳至電力載波網(wǎng)絡(luò)，且與設(shè)置于電力載波網(wǎng)絡(luò)中的集中器通信；

電源模塊，分別與各模塊連接，用于給各模塊供電。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：所述主控模塊包括MCU以及與MCU連接的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和晶振電路；MCU的VDDOUT引腳、VDDCORE引腳和VDDPLL引腳連接在一起且連接點(diǎn)處外接第一旁路電容后接地，MCU的VDDIN引腳和VDDIO引腳均耦接于電源模塊且連接點(diǎn)外接第二旁路電容后接地。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：所述微功率無線通信模塊包括RF無線射頻芯片，RF無線射頻芯片與SAM3N的MCU電連接，RF無線射頻芯片的第一電源輸入端和第二電源輸入端與電源模塊連接且連接點(diǎn)處分別外接第一濾波電容和第二濾波電容后再接地以降低電源波紋的影響。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：所述電力載波通信模塊包括PLC芯片以及與PLC芯片連接的強(qiáng)電接口、弱電接口以及和弱電接口耦接的電平轉(zhuǎn)換電路，強(qiáng)電接口與電力載波線電連接，電平轉(zhuǎn)換電路分別與RF無線射頻芯片和MCU電連接，用于將PLC芯片輸出端的高電壓轉(zhuǎn)換成可被RF無線射頻芯片和MCU接收的低電壓。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：還包括用于備用的RS485通信模塊和紅外通信模塊；RS485通信模塊分別與微功率無線通信模塊和主控模塊之間雙向連接，用于通過RS485總線傳輸數(shù)據(jù)；紅外通信模塊分別與微功率無線通信模塊和主控模塊之間雙向連接，用于配置參數(shù)。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：所述RS485通信模塊包括依次電連接的光耦隔離電路、458芯片轉(zhuǎn)換電路和保護(hù)電路，458芯片轉(zhuǎn)換電路分別與RF無線射頻芯片和MCU電連接。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：還包括數(shù)據(jù)儲存模塊，與主控模塊之間雙向連接，用于將一段時(shí)間內(nèi)微功率無線通信模塊傳輸給主控模塊的電量采集信息存儲起來。

本實(shí)用新型進(jìn)一步優(yōu)選為：所述電源模塊包括，依次連接的PLC電源電路、紅外電源電路、主板電源電路以及與市電耦接的RS485電源電路，PLC電源電路耦接于市電。

通過采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型相對現(xiàn)有技術(shù)相比：通過微功率無線通信模塊在載波失效區(qū)和載波有效區(qū)之間建立無線自組網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)載波失效區(qū)與載波有效區(qū)的通信，解決了在載波孤島/載波失效區(qū)，無法傳輸電量采集信息的問題，提升了電力載波網(wǎng)絡(luò)的抄表可靠性。

附圖說明

圖1為無線載波轉(zhuǎn)換終端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為電源模塊原理圖；

圖3為MCU引腳圖；

圖4為MCU外圍電路原理圖；

圖5為實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路原理圖；

圖6為微功率無線通信模塊電路原理圖；

圖7為電力載波通信模塊電路原理圖；

圖8為RS485通信模塊電路原理圖；

圖9為紅外通信模塊電路原理圖；

圖10為指示燈模塊電路原理圖。

圖中：1、主控模塊；2、電源模塊；3、微功率無線通信模塊；4、電力載波通信模塊；5、RS485通信模塊；6、紅外通信模塊；7、數(shù)據(jù)儲存模塊；8、指示燈模塊。

具體實(shí)施方式

參照圖1至圖10對一種無線載波轉(zhuǎn)換終端做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種無線載波轉(zhuǎn)換終端，包括主控模塊1、電源模塊2、電力載波通信模塊4、微功率無線通信模塊3、RS485通信模塊5、紅外通信模塊6、數(shù)據(jù)儲存模塊7以及指示燈模塊8。

微功率無線通信模塊3，用于載波有效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端與載波失效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端之間的通信連接，接收載波失效區(qū)內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端通過高頻電流進(jìn)行調(diào)制過的電量采集信息并進(jìn)行反調(diào)制還原后輸出電量采集信息；主控模塊1，與所述微功率無線通信模塊3通信連接，接收并響應(yīng)于所述電量采集信息，用于控制各通信模塊之間通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)分析和控制指示燈的狀態(tài)，輸出轉(zhuǎn)換信息；電力載波通信模塊4，與所述主控模塊1通信連接，接收并響應(yīng)于所述轉(zhuǎn)換信息，用于將經(jīng)主控模塊1處理后的電量采集信息通過電力線上傳至電力載波網(wǎng)絡(luò)，且與設(shè)置于電力載波網(wǎng)絡(luò)中的集中器通信；

RS485通信模塊5，分別與微功率無線通信模塊3和主控模塊1之間雙向連接，用于轉(zhuǎn)換終端通過RS485總線傳輸數(shù)據(jù)，在微功率無線通信模塊3和電力載波通信模塊4通信均失效時(shí)，能夠通過RS485總線將電量采集信息傳遞給另一無線載波轉(zhuǎn)換終端；紅外通信模塊6，分別與微功率無線通信模塊3和主控模塊1之間雙向連接，用于現(xiàn)場配置參數(shù)；數(shù)據(jù)儲存模塊7，與主控模塊1之間雙向連接，用于存儲數(shù)據(jù)參數(shù)，在斷電后所有存儲數(shù)據(jù)參數(shù)不丟失；電源模塊2，分別與各模塊連接，用于給各模塊供電。

如圖2所示，電源模塊2包括PLC電源電路，紅外電源電路，主板電源電路和RS485電源電路。

PLC電源電路提供的是15V的直流電源，先將220V的市電通過變壓器E進(jìn)行降壓至10V，再經(jīng)過整流橋堆整流電路形成所需要的15V直流電；

本實(shí)施例中變壓器E采用的是型號為LOFA12082的變壓器，變壓器E的第1引腳串聯(lián)一只PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻，PTC熱敏電阻另一端耦接于一壓敏電阻，壓敏電阻的另一端耦接于變壓器E第4引腳，變壓器E的第4引腳與壓敏電阻的連接點(diǎn)耦接于220V的N端，PTC熱敏電阻與壓敏電阻的連接點(diǎn)耦接于220V的L端，其中壓敏電阻起到過流保護(hù)的作用。

本實(shí)施例選用的整流橋堆型號為MB10S整流橋堆，其兩輸入端分別與變壓器E第7引腳和第8引腳耦接，V-端接地，V+端輸出15V直流電；在V+輸出端并聯(lián)一個(gè)大容量（220uF）以上的電解電容和一個(gè)小容量的陶瓷電容（0.1uF—0.33uF）。大電容主要起到儲能作用削減負(fù)載出現(xiàn)的尖峰電流，給后面的電流提供穩(wěn)定的直流輸出，同時(shí)濾除電路當(dāng)中的低頻雜質(zhì)紋波，小電容主要是濾除電路當(dāng)中的高頻成分紋波。

紅外電源電路提供的是的5V的直流電，先將15V的直流電經(jīng)過降壓電路I生成5V的直流電,這里使用的穩(wěn)壓器件型號為Ｌ7805；

主板電源提供的是3.3V的直流電，將5V的直流電經(jīng)過降壓電路II生成3.3V直流電，這里使用的穩(wěn)壓器件型號為Ｌ78L05；

RS485電源電路提供的是5V的直流電源，先將220V的市電通過變壓器E進(jìn)行降壓至7V，再經(jīng)過整流橋堆整流電路形成9V的直流電，最后經(jīng)過穩(wěn)壓管形成5V的直流電；

MB10S整流橋堆的兩輸入端分別與變壓器E第5引腳和第6引腳耦接，V-端接地，V+端輸出9V直流電；

本實(shí)施例選用的是型號為L78L05的穩(wěn)壓管型，其IN端與整流橋堆的V+端耦接，GND端接地，OUT端輸出所需要的5V直流電。

如圖3、圖4和圖5所示，主控模塊1包括型號為SAM3N的MCU芯片以及與此芯片連接的外圍電路構(gòu)成，MCU通過內(nèi)部電路實(shí)現(xiàn)各模塊間信息的轉(zhuǎn)換。MCU的Pin1為參考電壓的輸入端，外接一個(gè)0.1UF退耦電容；Pin7為穩(wěn)壓器、ADC和DAC的電源供應(yīng)端；Pin29為復(fù)位腳，接10K電阻上拉到VCC；Pin8、Pin41和Pin48引腳連接在一起，連接點(diǎn)外接第一旁路電容后接地，Pin7和Pin33引腳均耦接于電源模塊且連接點(diǎn)外接第二旁路電容后接地，第一旁路電容和第二旁路電容有助于降低輸出噪聲和提高負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。

外圍電路包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、晶振參考電路以及晶體振蕩器，此部分參考SAM3N的MCU芯片的使用手冊，這里不再詳細(xì)敘述。

如圖6所示，微功率無線通信模塊3包括型號為DN-MDL-0470020-0716的RF無線射頻芯片，RF無線射頻芯片的Pin1和Pin2引腳與電源的連接點(diǎn)分別外接一個(gè)100uF的鉭電容和一個(gè)0.1uF陶瓷電容后再接地以降低電源波紋的影響；Pin5和Pin6和Pin7引腳與主控模塊1耦接；其中Pin16、Pin18和Pin8引腳與RS485通信模塊5耦接；其中Pin5、Pin7和Pin9與電力載波通信模塊4耦接；其中Pin13和Pin15引腳與指示燈模塊8耦接。

如圖7所示，電力載波通信模塊4包括PLC（Power line Communication電力載波通訊）芯片以及與PLC芯片連接的強(qiáng)電接口、弱電接口以及和弱電接口耦接的電平轉(zhuǎn)換電路；電力載波通信模塊4的強(qiáng)電接口選用2×4雙排插針作為連接件，電力載波通信模塊4的強(qiáng)電接口選用2×6雙排插針作為連接件，強(qiáng)電接口與電力載波線電連接，電平轉(zhuǎn)換電路分別與RF無線射頻芯片和SAM3N的MCU電連接，將PLC芯片輸出端的5V轉(zhuǎn)換成可被RF無線射頻芯片和SAM3N的MCU接收的3.3V。

如圖8所示，RS485通信模塊5包括依次電連接的光耦隔離電路、458芯片轉(zhuǎn)換電路和保護(hù)電路；其中458芯片轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換芯片采用了型號為ADM487EARZ的芯片，一接口通過RS14，RS15，RS16與MCU USART（Pin27，Pin26，Pin25）串口相連。另一接口通過RS17，RS18，RS19與微功率無線模塊備用串口相連。

如圖9所示，紅外通信模塊6包括紅外接收電路和紅外發(fā)射電路，紅外接收電路采用了型號為IRM3638的芯片，紅外發(fā)射電路采用了型號為W0038C的芯片；其中一接口通過0Ω跳線電阻（RC20，RC21，RC22）接到底板上MCU的Pin15,Pin16,Pin3，另接口通過0Ω跳線電阻（RC23，RC24，RC25）接到微功率無線模塊的Pin18，Pin6 ，Pin8。

如圖10所示，指示燈模塊8，包括電源燈、告警燈、上行通信指示燈和下行通信指示燈，電源燈與主板電源電路連接；

告警燈的第一輸入端與MCU USART的Pin18耦接，第二輸入端與微功率無線通信模塊3的Pin17耦接，第三輸入端與主板電源耦接；

上行通信指示燈，其第一輸入端與微功率無線通信模塊3的Pin13耦接，第二輸入端MCU USART的Pin44；第三輸入端耦接于MCU USART的Pin43；第四輸入端耦接于微功率無線通信模塊3的Pin15；第五輸入端耦接于主板電源電；

下行通信指示燈，第一輸入端耦接于微功率無線通信模塊3的Pin20；第二輸入端耦接于MCU USART的Pin11；第三輸入端耦接于MCU USART的Pin12；第四輸入端耦接于微功率無線通信模塊3的Pin19,；第五輸入端耦接于主板電源電路。

電源燈LED4（綠色單色燈），用于指示系統(tǒng)上電。上電時(shí)候常亮，失電時(shí)常滅。

告警燈LED3（紅色單色燈），用于指示系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障。有告警信號閃爍。

上行通信指示燈LED2（紅綠雙色燈），用于轉(zhuǎn)換終端與集中器通信指示燈。上行通道接收數(shù)據(jù)時(shí)紅燈閃爍，上行通道發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)綠燈閃爍。

下行通信指示燈LED1（紅綠雙色燈），用于轉(zhuǎn)換終端與電表或其他采集器通信指示燈。下行通道接收數(shù)據(jù)時(shí)紅燈閃爍，下行通道發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)綠燈閃爍。

所有的狀態(tài)指示燈都為普通的LED發(fā)光管，小功率發(fā)光管，工作電壓在3.3V，發(fā)光二極管的壓降一般在1.6-2.1V，驅(qū)動(dòng)電流在3-20mA（當(dāng)作為指示作用時(shí)控制電流在10mA以下來減少系統(tǒng)功耗）左右，所以限流電阻一般選取470-680Ω左右。該方案中發(fā)光管選用市場上通用的Φ5的直插發(fā)光二極管。

本實(shí)用新型具體使用過程如下：位于載波失效區(qū)/載波孤島區(qū)域內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端通過微功率無線通信模塊3將通過485口或者串口采集到智能表的數(shù)據(jù)通過組網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給處于載波有效區(qū)內(nèi)無線載波轉(zhuǎn)換終端，最后無線載波轉(zhuǎn)換終端通過電力載波通信模塊4將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電力載波網(wǎng)絡(luò)中的集中器，集中器利用GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中后臺主站；或者是后臺主站將操作指令通過GPRS轉(zhuǎn)發(fā)至集中器，集中器將信號用電力載波通信模塊4轉(zhuǎn)發(fā)至無線載波轉(zhuǎn)換終端，無線載波轉(zhuǎn)換終端將操作指令通過微功率無線通信模塊3轉(zhuǎn)發(fā)至位于載波孤島區(qū)域內(nèi)的無線載波轉(zhuǎn)換終端。最后通過RS485通信模塊5或者串口將命令轉(zhuǎn)發(fā)給智能表。在此信息傳輸過程中，本實(shí)用新型通過結(jié)合無線自組網(wǎng)技術(shù)，在PLC網(wǎng)絡(luò)中嵌入?yún)^(qū)域無線自組網(wǎng)產(chǎn)品，使載波孤島內(nèi)的數(shù)據(jù)能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)并入PLC網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。