自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)的用電信息采集設(shè)備上，在各用電信息采集設(shè)備之間組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板，PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路、通用接口電路、收發(fā)信電路收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路和天線。天線將收到的射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路送到收發(fā)信電路，由其將射頻信號(hào)調(diào)解為數(shù)據(jù)包送到微處理器MCU控制電路；微處理器MCU控制電路將主體傳送的用戶用電信息數(shù)據(jù)送至收發(fā)信電路，由其調(diào)制為射頻信號(hào)，發(fā)送至射頻功率放大電路放大、經(jīng)低通濾波電路濾波，再送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)與其連接的天線向空中發(fā)送。本實(shí)用新型的有益效果是：有效地解決了低發(fā)射功率下長(zhǎng)距離的用電信息采集問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】 本實(shí)用新型涉及專(zhuān)門(mén)適用于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施，特別是涉及適用于“國(guó)家電網(wǎng)”的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊。
[0002]【背景技術(shù)】 隨著智能電網(wǎng)的推進(jìn)，用電信息采集系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的抄表結(jié)算需求向遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等方向發(fā)展。對(duì)通訊技術(shù)的可靠性與實(shí)時(shí)性要求很高。用電信息采集系統(tǒng)一般包含集中器、采集器和電能表等用電信息采集設(shè)備，現(xiàn)有技術(shù)電力電網(wǎng)系統(tǒng)的用電統(tǒng)計(jì)主體之用電信息采集和傳輸采用低頻段(10(T300kHz)有線載波傳輸方式，但該技術(shù)受電網(wǎng)環(huán)境影響大，隨著家用電器使用的增加，“電網(wǎng)污染”現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致采用“有線載波傳輸方式”的用戶用電信息采集和傳輸?shù)氖占统洺晒β试絹?lái)越低，其存在的主要問(wèn)題包括通訊速率低、實(shí)時(shí)性差、誤碼率高等等。有時(shí)候不得不采用人工收集抄錄的方式，原有的智能用電信息收集系統(tǒng)變成了半智能系統(tǒng)，工作效率大打折扣。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在的“有線載波傳輸方式”的抄錄成功率在受“電網(wǎng)污染”干擾嚴(yán)重的時(shí)候只有80%左右，并且有逐年下降的趨勢(shì)，當(dāng)初設(shè)計(jì)的目標(biāo)成功率98%以上，現(xiàn)在只有80%，收集抄錄成功率下降了近20%左右。
[0003]為解決這一問(wèn)題，在最新的國(guó)家電網(wǎng)公司的用電信息采集系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)中，將微功率無(wú)線通訊技術(shù)列入，在2005年無(wú)線電委員會(huì)的《微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備的技術(shù)要求》文件中規(guī)定470MHf510MHz為民用無(wú)線電計(jì)量?jī)x表專(zhuān)用頻段，但是允許的發(fā)射功率僅為50mW，而實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，無(wú)線信號(hào)因房屋等建筑物的阻擋、金屬表箱屏蔽等情況，50mW發(fā)射功率的通訊距離太短，不能滿足抄表應(yīng)用需求，現(xiàn)有技術(shù)只有通過(guò)中繼傳輸方式來(lái)提高傳輸距離，當(dāng)大面積使用時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)的選擇是不可能的，仍需要依靠人工設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0004]實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提出一種自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息傳輸不穩(wěn)定、效率不高等問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提出的技術(shù)方案是，一種自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)的用電信息采集設(shè)備上，在各用電信息采集設(shè)備之間組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路、通用接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、收發(fā)信電路、射頻功率放大電路、低通濾波電路、收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路、穩(wěn)壓電路和天線；
[0006]所述通用接口電路將其所附著的用電信息采集設(shè)備提供的電力送至所述穩(wěn)壓電路，經(jīng)該穩(wěn)壓電路處理后分別向各電路供以適配的電力；所述通用接口電路還與微處理器MCU控制電路之間聯(lián)接有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線；
[0007]所述天線將收到的射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路送到收發(fā)信電路，由收發(fā)信電路將射頻信號(hào)調(diào)解為數(shù)據(jù)包再送到所述微處理器MCU控制電路；
[0008]所述微處理器MCU控制電路處理接收到的數(shù)據(jù)包，將其送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路中，或通過(guò)通用接口電路送至所附著的主體中，或通過(guò)通用接口電路將主體傳送的用戶用電信息數(shù)據(jù)打包為數(shù)據(jù)包送至所述收發(fā)信電路，并發(fā)送控制信號(hào)至收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路使其轉(zhuǎn)換為發(fā)送狀態(tài)；[0009]所述收發(fā)信電路23)將接到的數(shù)據(jù)包調(diào)制為射頻信號(hào)，發(fā)送至射頻功率放大路電路放大、再經(jīng)低通濾波電路濾除高次諧波，再送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路，通過(guò)與該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路連接的天線向空中發(fā)送。
[0010]所述PCB通信主板(2)還包括與微處理器MCU控制電路連接、并向其提供復(fù)位電平的看門(mén)狗電路。
[0011]所述通用接口電路包括與用電信息采集設(shè)備的接口適配的排針J2，所述殼體設(shè)有令該排針J2伸出的開(kāi)口，該排針J2將用電統(tǒng)計(jì)裝置提供的12V供電送至所述穩(wěn)壓電路。
[0012]所述微處理器MCU控制電路的微處理器集成電路U2是采用ARM平臺(tái)的STM32F103系列，所述微處理器集成電路U2的ΡΑTΡΑ7和PCO腳連接到所述收發(fā)信電路，所述微處理器集成電路U2的PA14和PA15腳接入收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路，所述微處理器集成電路U2的ΡΒ10-Ρ11與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路連接，所述述微處理器集成電路U2的ΡΑ0、Η)2、ΡΑ9和PClO腳接入通用接口電路。
[0013]所述穩(wěn)壓電路包括三端穩(wěn)壓器Q1、穩(wěn)壓集成電路U4;所述通用接口電路送來(lái)的電壓Vl輸入至所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸入端，所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸出端輸出+5V的輸出電壓，該+5V的輸出電壓分別送至穩(wěn)壓集成電路U4的輸入端和向射頻功率放大路電路供電；所述穩(wěn)壓集成電路U4將輸入端的電壓+5V轉(zhuǎn)換成+3.3V的輸入電壓，向與其連接的所述微處理器MCU控制電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、收發(fā)信電路、低通濾波電路和收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路供電。
[0014]所述收發(fā)信電路的收發(fā)信集成電路Ul采用SI4432，其RX-P和RX-N腳與收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路連接；該收發(fā)信集成電路Ul的NIRQ、NSEL, SCLK, SDI和SDO與所述微處理器MCU控制電路連接，該收發(fā)信集成電路Ul的TX腳與射頻功率放大路電路(24)連接。
[0015]所述射頻功率放大電路包括N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3、三極管Q5、Q6 ;所述三極管Q5的集電極通過(guò)電阻Rl 13和Rl 18接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的柵極，該三極管Q5的基極經(jīng)電阻R36接入三極管Q2的集電極；所述收發(fā)信電路送來(lái)的射頻信號(hào)接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極，N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的漏極接入所述低通濾波電路。
[0016]所述低通濾波電路包括電感L9~L11和電容C41、C43和C34構(gòu)成的濾波電路。
[0017]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3，該電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3的SDA和SCL腳與所述微處理器MCU控制電路連接。
[0018]所述收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路包括收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的ANT2與天線連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的RX腳與與天線連接收發(fā)信電路連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的TX腳與所述低通濾波電路連接。
[0019]同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的有益效果是:有效地解決了低發(fā)射功率下長(zhǎng)距離的用電信息采集問(wèn)題；它能自動(dòng)搜索組網(wǎng)形成路由，無(wú)需人工配置路由表；具有自動(dòng)頻率組選擇的避讓干擾的自適應(yīng)能力；能將上下行通訊使用不同頻點(diǎn)，防止自身干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性；其路由表不是單一的，集中器與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間有多條路徑，當(dāng)某路徑出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能自動(dòng)選擇備用路徑 ，具有較好的防故障能力。
[0020]【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】圖1是本實(shí)用新型自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊的所述PCB通信主板2優(yōu)選實(shí)施例的邏輯結(jié)構(gòu)示意框圖；[0021]圖2是所述優(yōu)選實(shí)施例中微處理器MCU控制電路20的原理電路圖；
[0022]圖3是所述優(yōu)選實(shí)施例中通用接口電路21的原理電路圖；
[0023]圖4是所述優(yōu)選實(shí)施例中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22的原理電路圖；
[0024]圖5是所述優(yōu)選實(shí)施例中收發(fā)信電路23的原理電路圖；
[0025]圖6是所述優(yōu)選實(shí)施例中射頻功率放大電路24和低通濾波電路25的原理電路圖；
[0026]圖7是所述優(yōu)選實(shí)施例中收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26、穩(wěn)壓電路27和天線28的示意電路圖；
[0027]圖8是所述優(yōu)選實(shí)施例中看門(mén)狗電路29的不意電路圖；
[0028]圖9是所述優(yōu)選實(shí)施例的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)時(shí)的未組網(wǎng)之示意圖；
[0029]圖10是所述優(yōu)選實(shí)施例的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)時(shí)的正在組網(wǎng)中之示意圖；
[0030]圖11是所述優(yōu)選實(shí)施例的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)時(shí)的組網(wǎng)后的不意圖。
[0031]【具體實(shí)施方式】 下面，結(jié)合附圖所示之優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0032]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型之優(yōu)選實(shí)施例是一種自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)的用電信息采集設(shè)備上，在用電信息采集設(shè)備之間組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板2，所述PCB通信主板2包括微處理器MCU控制電路20、通用接口電路21、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22、收發(fā)信電路23、射頻功率放大電路24、低通濾波電路25、收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26、穩(wěn)壓電路27和天線28 ；
[0033]所述通用接口電路21將其所附著的用電信息采集設(shè)備提供的12V電源送至所述穩(wěn)壓電路27，經(jīng)該穩(wěn)壓電路27處理后分別向各電路供以適配的電力；所述通用接口電路21還與微處理器MCU控制電路20之間聯(lián)接有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線；
[0034]所述天線28將收到射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26送到收發(fā)信電路23，由收發(fā)信電路23將將射頻信號(hào)解調(diào)為數(shù)據(jù)包再達(dá)到所述微處理器MCU控制電路20 ；
[0035]所述微處理器MCU控制電路20處理接到的數(shù)據(jù)包，將其送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22中，或通過(guò)通用接口電路21送至所附著的主體中，或通過(guò)通用接口電路21將主體傳送的用戶數(shù)據(jù)打包為數(shù)據(jù)包送至所述收發(fā)信電路23，并發(fā)送控制信號(hào)至收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26使其轉(zhuǎn)換為發(fā)送狀態(tài)；
[0036]所述收發(fā)信電路23將接收到的數(shù)據(jù)包調(diào)制為射頻信號(hào)，發(fā)送至射頻功率放大路電路24放大、再經(jīng)低通濾波電路25濾除高次諧波，再送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26，通過(guò)與該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26連接的天線28向空中發(fā)送。此外，還有與微處理器MCU控制電路20連接的看門(mén)狗電路29，當(dāng)所述自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊在剛通電開(kāi)機(jī)時(shí)，如果其軟件系統(tǒng)沒(méi)有正常運(yùn)行，則該看門(mén)狗電話29重新提供以一次復(fù)位電平至所述微處理器MCU控制電路20中，使用軟件系統(tǒng)可靠運(yùn)行。如圖1所示，微處理器MCU控制電路20還連接有LED指示電路，以表明本模塊的工作狀態(tài)。
[0037]參見(jiàn)圖2，本例中，所述微處理器MCU控制電路20的微處理器集成電路U2是采用ARM平臺(tái)的STM32F103系列，該芯片具有32位的RISC內(nèi)核，工作頻率可達(dá)72MHz，128K的高速存儲(chǔ)器，低功耗工作模式。所述微處理器集成電路U2的ΡΑ4~ΡΑ7和PCO腳連接到所述收發(fā)信電路23，所述微處理器集成電路U2的PA14和PA15腳接入收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26，所述微處理器集成電路U2的ΡΒ10-Ρ11與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22連接，所述述微處理器集成電路U2的PAO、PD2、ΡΑ9和PClO腳接入通用接口電路21。
[0038]參見(jiàn)圖3，本例中，所述通用接口電路21包括與用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)裝置的接口適配的排針J2，所述殼體I設(shè)有令該排針J2伸出的開(kāi)口，該排針J2將用電統(tǒng)計(jì)裝置提供的12V供電送至所述穩(wěn)壓電路27。
[0039]參見(jiàn)圖4，本例中，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3，該電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3的SDA和SCL腳與所述微處理器MCU控制電路20連接。當(dāng)系統(tǒng)停電，所有需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息都將電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3中保存；當(dāng)自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊擔(dān)當(dāng)路郵工作時(shí)，所有接收到的數(shù)據(jù)包在未轉(zhuǎn)發(fā)前都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。
[0040]參見(jiàn)圖5，本例中，所述收發(fā)信電路23的收發(fā)信集成電路Ul采用SI4432，其RX-P和RX-N腳與收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26連接；該收發(fā)信集成電路Ul的NIRQ、NSEL、SCLK、SDI和SDO與所述微處理器MCU控制電路20連接，該收發(fā)信集成電路Ul的TX腳與射頻功率放大路電路24連接。
[0041]參見(jiàn)圖6,本例中所述射頻功率放大路電路24包括N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql、三極管Q5、Q2 ;所述三極管Q5的集電極C通過(guò)電阻R113和R118接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極，該三極管Q5的基極經(jīng)電阻R36接入三極管Q2的集電極；所述收發(fā)信電路23送來(lái)的射頻信號(hào)接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極，N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql的漏極接入所述低通濾波電路25。所述低通濾波電路25包括電感LfLll和電容C41、C43和C34構(gòu)成的濾波電路，由所述射頻功率放大路電路24送至射頻信號(hào)經(jīng)濾波電路處理后，被送至收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)路。
[0042]參見(jiàn)圖7，所述收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26包括收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的ANT2與天線28連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的RX腳與與天線28連接收發(fā)信電路23連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的TX腳與所述低通濾波電路25連接。
[0043]本例中所述穩(wěn)壓電路27包括三端穩(wěn)壓器Q1、穩(wěn)壓集成電路U4;所述通用接口電路21送來(lái)的電壓Vl輸入至所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸入端，所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸出端輸出+5V的輸出電壓，該+5V的輸出電壓分別送至穩(wěn)壓集成電路U4的輸入端和向射頻功率放大路電路24供電；所述穩(wěn)壓集成電路U4將輸入端的電壓+5V轉(zhuǎn)換成+3.3V的輸入電壓，向與其連接的所述微處理器MCU控制電路20、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路22、收發(fā)信電路23、低通濾波電路
25、和收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路26供電。
[0044]本例中，自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊的工作指標(biāo)為:
[0045]I)空中波特率:默認(rèn) 10Kbps, 1200bps ~200Kbps
[0046]2)接收靈敏度:優(yōu)于 _112dBm (BER=0.1%，IOkbps)
[0047]3)工作頻段:470MHz ~5IOMHz
[0048]4)信道頻率間隔:200kHz
[0049]5)天線:阻抗50 Ω，接頭SMA
[0050]6)供電電壓:+I2VDC[0051]7)工作電流:發(fā)送電流≤300mA ;靜態(tài)電流≤50mA
[0052]8)發(fā)射功率:≤17dBm
[0053]9)發(fā)射持續(xù)時(shí)間:≤200ms
[0054]參見(jiàn)圖9至圖11，對(duì)本實(shí)用新型自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊在用電信息采集系統(tǒng)中的使用加以說(shuō)明，將自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊通過(guò)接口電路21安插在用電信息采集系統(tǒng)的集中器91、采集器或電能表92~98上，就形成了微功率無(wú)線集中器、采集器或電能表，該系統(tǒng)中只有一個(gè)集中器，其它的皆為采集器或電能表；系統(tǒng)使用470.2MHz~488.4MHz頻段，共劃分總共31個(gè)頻率組，包括I個(gè)公共頻率組和30個(gè)工作頻率組，O號(hào)頻率組用于組網(wǎng)維護(hù)，I~30頻率組用于抄表等應(yīng)用。
[0055]參見(jiàn)圖9，在系統(tǒng)組網(wǎng)前，微功率無(wú)線集中器91和微功率無(wú)線采集器或電能表92~98之間沒(méi)有任何聯(lián)系。此時(shí)，所有的微功率無(wú)線采集器或電能表通過(guò)O號(hào)頻率組向微功率無(wú)線集中器91間歇性的發(fā)送信標(biāo)幀，微功率無(wú)線集中器91根據(jù)收到的信標(biāo)數(shù)據(jù)和信號(hào)強(qiáng)度確定鄰居節(jié)點(diǎn)，將滿足信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)的鄰居節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為子節(jié)點(diǎn)，如圖10中的采集器或電能表92、93和94為節(jié)點(diǎn)。
[0056]微功率無(wú)線集中器確定了一級(jí)子節(jié)點(diǎn)后，再逐個(gè)獲取一級(jí)子節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，去除信號(hào)強(qiáng)度不滿足要求的鄰居節(jié)點(diǎn)作為二級(jí)子節(jié)點(diǎn)。
[0057]微功率無(wú)線集中器91確定了二級(jí)子節(jié)點(diǎn)后，再逐個(gè)獲取二級(jí)子節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，去除信號(hào)強(qiáng)度不滿足要求的和已經(jīng)注冊(cè)的一級(jí)子節(jié)點(diǎn)，其余的作為三級(jí)子節(jié)點(diǎn)。依此方式，逐次搜索下一級(jí)子節(jié)點(diǎn)，直到搜索不到新的子節(jié)點(diǎn)，此時(shí)組網(wǎng)完成。
[0058]參見(jiàn)圖11，組網(wǎng)后的各節(jié)點(diǎn)與微功率無(wú)線集中器I之間可能存在多條路徑，如圖11 中，91 至Ij 95 的路徑有 91-92-95、91-93-95 和 91-93-92-95 三條。
[0059]組網(wǎng)后，各節(jié)點(diǎn)可能在A路徑中一級(jí)子節(jié)點(diǎn)，在B路徑中是二級(jí)子節(jié)點(diǎn)或其它級(jí)子節(jié)點(diǎn)，如圖Ι-c中，節(jié)點(diǎn)92可能是一級(jí)或二級(jí)子節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)95可能是二級(jí)或三級(jí)子節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)98可能是二級(jí)或三級(jí)或四級(jí)子節(jié)點(diǎn)。
[0060]組網(wǎng)完成后，微功率無(wú)線集中器91根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度、最短路徑對(duì)各路由進(jìn)行綜合分析，對(duì)到各節(jié)點(diǎn)的路由進(jìn)行排序，形成每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表。并通過(guò)O號(hào)頻率組將此路由表傳給相應(yīng)的微功率無(wú)線采集器或電能表92~98保存。
[0061]組網(wǎng)完成并將路由表傳給各微功率無(wú)線采集器或電能表92~98后，微功率無(wú)線集中器I偵測(cè)I~30號(hào)頻率組，判斷對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的干擾信號(hào)強(qiáng)度，然后選擇一個(gè)頻率組作為數(shù)據(jù)通訊的頻率組，此頻率組的編號(hào)則通過(guò)O號(hào)頻率組發(fā)送給各微功率無(wú)線采集器或電能表92~98。然后用選定的頻率組與各微功率無(wú)線采集器或電能表92~98進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)用電信息的采集。
[0062]在應(yīng)用中若發(fā)現(xiàn)選定的頻率組干擾較大、通訊效果差，微功率無(wú)線集中器I可隨時(shí)修改通訊頻率組，通過(guò)O號(hào)頻率組發(fā)給各微功率無(wú)線采集器或電能表92~98，以避開(kāi)干擾。
[0063]以電網(wǎng)集中器91為例，說(shuō)明本自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊接收信號(hào)時(shí)工作方式:天線接收到的射頻信號(hào)首先送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)模塊處于接收模式時(shí)，收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路開(kāi)通接收信號(hào)通路，將射頻信號(hào)送到收發(fā)信電路的收發(fā)信集成電路Ul (本例中Ul采用SI4432_的3腳接收信號(hào)輸入端，然后送到收發(fā)信集成電路Ul內(nèi)部進(jìn)行低噪聲放大、零中頻混頻、中頻濾波、GFSK解調(diào)等過(guò)程，將射頻信號(hào)還原成數(shù)據(jù)包，這個(gè)數(shù)據(jù)包通過(guò)收發(fā)信集成電路和微處理器集成電路U2連接的串口數(shù)據(jù)線送到該微處理器集成電路U2，由其將數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，取出用戶用電信息數(shù)據(jù)，用戶用電信息數(shù)據(jù)通過(guò)通用接口電路送到電網(wǎng)集中器本體中。
[0064]再以電網(wǎng)單相電能表為例說(shuō)明本自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊發(fā)送信號(hào)時(shí)工作方式:
[0065]當(dāng)電網(wǎng)單相電能表本體收到電網(wǎng)集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，電網(wǎng)單相電能表的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊的微處理器集成電路U2通過(guò)通用接口的排針J2從電網(wǎng)單相電能表本體讀取用戶用電信息數(shù)據(jù)，然后將其加上前導(dǎo)碼和同步碼，再將其打包成數(shù)據(jù)包，這個(gè)數(shù)據(jù)包通過(guò)串口數(shù)據(jù)線送到收發(fā)信電路的收發(fā)信集成電路Ul的調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方式為(GFSK)高斯濾波移頻鍵控調(diào)制方式，調(diào)制后的已調(diào)制中頻信號(hào)送到收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的發(fā)射混頻電路。
[0066]收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的發(fā)射混頻電路的任務(wù)是將已調(diào)制中頻信號(hào)和本地振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，將已調(diào)制中頻信號(hào)變換成UHF高頻載波信號(hào)，再將UHF高頻信號(hào)送到收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的發(fā)射射頻驅(qū)動(dòng)放大電路和射頻功率放大電路進(jìn)行放大，信號(hào)幅度達(dá)到17dBm ,這個(gè)信號(hào)從收發(fā)信集成電路Ul的2腳輸出，再送到UHF射頻功率放大器電路的緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3 (型號(hào):2SK3078A)，UHF高頻載波信號(hào)經(jīng)過(guò)UHF射頻功率放大器放大后送到低通濾波器電路，本例中低通濾波器由電感L9、LlO和Lll組成，UHF高頻載波信號(hào)經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波后，再送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)關(guān)集成電路U7 (型號(hào):UPG2164)，當(dāng)此時(shí)自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊處于發(fā)射模式時(shí)，收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)開(kāi)通發(fā)射信號(hào)通路，將UHF高頻載波信號(hào)送到天線，天線將UHF高頻載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波向空中發(fā)射。
【權(quán)利要求】
1.一種自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)的用電信息采集設(shè)備上，在各用電信息采集設(shè)備之間組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其特征在于: 包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板(2)，所述PCB通信主板(2)包括微處理器MCU控制電路(20)、通用接口電路(21)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(22)、收發(fā)信電路(23)、射頻功率放大電路(24)、低通濾波電路(25)、收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)、穩(wěn)壓電路(27)和天線(28)； 所述通用接口電路(21)將其所附著的用電信息采集設(shè)備提供的電力送至所述穩(wěn)壓電路(27)，經(jīng)該穩(wěn)壓電路(27)處理后分別向各電路供以適配的電力；所述通用接口電路(21)還與微處理器MCU控制電路(20)之間聯(lián)接有用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線； 所述天線(28)將收到的射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)送到收發(fā)信電路(23)，由收發(fā)信電路(23)將射頻信號(hào)調(diào)解為數(shù)據(jù)包再送到所述微處理器MCU控制電路(20)； 所述微處理器MCU控制電路(20 )處理接到的數(shù)據(jù)包，將其送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(22 )中，或通過(guò)通用接口電路(21)送至所附著的主體中，或通過(guò)通用接口電路(21)將主體傳送的用戶用電信息打包為數(shù)據(jù)包送至所述收發(fā)信電路(23)，并發(fā)送控制信號(hào)至收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)使其轉(zhuǎn)換為發(fā)送狀態(tài)； 所述收發(fā)信電路(23)將接到的數(shù)據(jù)包調(diào)制為射頻信號(hào)，發(fā)送至射頻功率放大路電路(24)放大、再經(jīng)低通濾波電路(25)濾除高次諧波，再送到收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)，通過(guò)與該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)連接的天線(28)向空中發(fā)送。
2.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于:還包括與微處理器MCU控制電路(20)連接、并向其提供復(fù)位電平的看門(mén)狗電路(29)。
3.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述通用接口電路(21)包括與用電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)裝置的接口適配的排針J2，所述殼體(1)設(shè)有令該排針J2伸出的開(kāi)口，該排針J2將用電統(tǒng)計(jì)裝置提供的12V供電送至所述穩(wěn)壓電路(27)。
4.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述微處理器MCU控制電路(20)的微處理器集成電路U2是采用ARM平臺(tái)的STM32F103系列，所述微處理器集成電路U2的ΡΑ4~ΡΑ7和PCO腳連接到所述收發(fā)信電路(23)，所述微處理器集成電路U2的PA14和PA15腳接入收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26 )，所述微處理器集成電路U2的ΡΒ10-Ρ11與所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(22)連接，所述述微處理器集成電路U2的ΡΑ0、PD2,ΡΑ9和PClO腳接入通用接口電路(21)。
5.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述穩(wěn)壓電路(27)包括三端穩(wěn)壓器Q1、穩(wěn)壓集成電路U4;所述通用接口電路(21)送來(lái)的電壓Vl輸入至所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸入端，所述三端穩(wěn)壓器Ql的輸出端輸出+5V的輸出電壓，該+5V的輸出電壓分別送至穩(wěn)壓集成電路U4的輸入端和向射頻功率放大路電路(24)供電； 所述穩(wěn)壓集成電路U4將輸入端的電壓+5V轉(zhuǎn)換成+3.3V的輸入電壓，向與其連接的所述微處理器MCU控制電路(20)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(22)、收發(fā)信電路(23)、低通濾波電路(25)和收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)供電。
6.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述收發(fā)信電路(23)的收發(fā)信集成電路Ul采用SI4432，其RX-P和RX-N腳與收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)連接；該收發(fā)信集成電路Ul的NIRQ、NSEL, SCLK, SDI和SDO與所述微處理器MCU控制電路(20)連接，該收發(fā)信集成電路Ul的TX腳與射頻功率放大路電路(24)連接。
7.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述射頻功率放大電路(24)包括N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3、三極管Q5、Q6 ;所述三極管Q5的集電極通過(guò)電阻R113和R118接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的柵極，該三極管Q5的基極經(jīng)電阻R36接入三極管Q2的集電極；所述收發(fā)信電路(23)送來(lái)的射頻信號(hào)接入N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Ql的柵極，N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Q3的漏極接入所述低通濾波電路(25)。
8.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述低通濾波電路(25)包括電感L9~L11和電容C41、C43和C34構(gòu)成的濾波電路。
9.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路(22 )包括電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3，該電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器U3的SDA和SCL腳與所述微處理器MCU控制電路(20 )連接。
10.按照權(quán)利要求1所述的自組網(wǎng)微功率無(wú)線通信模塊，其特征在于: 所述收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路(26)包括收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7,該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的ANT2與天線(28)連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)集成電路U7的RX腳與天線(28)連接收發(fā)信電路(23)連接，該收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)`集成電路U7的TX腳與所述低通濾波電路(25)連接。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203444631SQ201320398744
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】尹本勛, 李春暉, 龍翔林 申請(qǐng)人:銳拔科技（深圳）有限公司