本實用新型涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種嵌入式RDSS通信模塊。

背景技術(shù)：

集中器是集中抄表系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備，具備電力行業(yè)集中器型式規(guī)范“Q/GDW1375.2-2013電力用戶用電信息采集系統(tǒng)型式規(guī)范第2部分：集中器型式規(guī)范”，按集中器型式規(guī)范要求，集中器采用模塊化設(shè)計，一般包括顯示部分、本地通信模塊和遠程通信模塊，顯示部分固定，本地通信模塊和遠程通信模塊均可以置換，本地通信模塊和遠程通信模塊可以通過更換通信模塊直接改變通信方式。集中器本地通信模塊能夠通過下行信道自動抄收并存儲各種具有載波通信功能的通信終端（比如電表等）的電量數(shù)據(jù)，其下行信道可以是低壓電力線載波（窄帶載波、寬帶載波等）、短距離無線及RS485等通信方式，因此，本地通信模塊包括基于窄帶載波通信的本地通信模塊、基于寬帶載波通信的本地通信模塊、基于短距離無線通信的本地通信模塊和基于RS485通信的本地通信模塊；集中器遠程通信模塊能通過上行信道與主站進行數(shù)據(jù)交換，其上行信道采用共用通信網(wǎng)，支持無線公網(wǎng)（GSM、GPRS、CDMA等）、電話PSTN、以太網(wǎng)、光纖等通信方式，因此遠程通信模塊包含基于GSM通信的遠程通信模塊、基于GPRS通信的遠程通信模塊、基于CDMA通信的遠程通信模塊、基于以太網(wǎng)通信的遠程通信模塊和基于光線通信的遠程通信模塊等。

目前電力市場上70%的客戶地區(qū)不具備通信通道，不能通過傳統(tǒng)通信通道搜集客戶供電狀態(tài)和用電量信息并上傳到主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)，而基于RDSS（Radio Determination Satellite Service, 衛(wèi)星無線電測定業(yè)務）的通信技術(shù)可以很好的解決這個問題。目前電力系統(tǒng)采用集中器來管理客戶用電量和用電狀態(tài)信息，通過集中器與用戶終端電表連接，并將搜集的用戶用電信息通過RDSS發(fā)送給智能用電信息采集系統(tǒng)。

十三五期間，國家電網(wǎng)要投資5400億更新和建設(shè)農(nóng)村電網(wǎng)。南方電網(wǎng)和陜西、蒙西（內(nèi)蒙古和西藏）兩個地方電網(wǎng)都有同樣的計劃。而在這些電力公司的服務范圍中，農(nóng)村電網(wǎng)中偏遠及通信通道不佳等條件較差地區(qū)占絕大部分。十三五的“戶戶通”工程，將確保所有偏遠住戶通電，其供電狀態(tài)和用電計量采集，已經(jīng)成為必須解決的問題。其次，國家電網(wǎng)的農(nóng)村電網(wǎng)改造將對273萬口機井進行電動化和可計量、可遙控管理，基于RDSS具備遠程數(shù)據(jù)傳輸和計量功能的集中器，將在不投資通信通道的情況下大有用途。

目前現(xiàn)有集中器上行信道采用無線公網(wǎng)（GSM、GPRS、CDMA等）和有線網(wǎng)（電話PSTN、以太網(wǎng)、光纖）等通信方式；無線網(wǎng)存在部分地區(qū)信號未覆蓋或覆蓋但信號弱的問題；有線網(wǎng)存在鋪設(shè)線纜的問題，鋪設(shè)難度大，維護工作量大，建設(shè)成本高。

目前市場上采用外掛式RDSS通信模塊解決上述問題，集中器的遠程通信模塊通過網(wǎng)絡(luò)將用戶用電量等數(shù)據(jù)發(fā)送給外掛式RDSS通信模塊，由RDSS通信模塊通過RDSS技術(shù)與上行主站進行數(shù)據(jù)交換。用于RDSS技術(shù)的衛(wèi)星信號覆蓋面積廣，無需鋪設(shè)線纜，信號穩(wěn)定，可以解決傳統(tǒng)集中器遠程通信模塊直接與上行主站進行數(shù)據(jù)交換存在的問題。但外掛式RDSS通信模塊采用架設(shè)天線的方式進行安裝，采用220V或12V供電方式，需在集中器與外掛式RDSS通信模塊之間鋪設(shè)供電線纜和數(shù)據(jù)通信線纜，模塊硬件和安裝成本高，維護困難，防盜性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有集中器中外掛式RDSS通信模塊硬件和安裝成本高、維護困難和防盜性差等問題。

為達到上述目的，本實用新型提供一種嵌入式RDSS通信模塊，包括RDSS電路和電源轉(zhuǎn)換電路，還包括儲能電路，儲能電路采用直流電供電并儲存電能提供給電源轉(zhuǎn)換電路，電源轉(zhuǎn)換電路將儲能電路儲存的電能轉(zhuǎn)換成RDSS電路所需的電源，供RDSS電路使用。

更進一步，儲能電路包括限流電路、保護電路和儲能器件，限流電路的與外部直流供電相連接，保護電路輸入端與限流電路輸出端相連，保護電路輸出端與儲能器件輸入端相連，儲能器件輸出端與電源轉(zhuǎn)換電路輸入端相連。

更進一步，還包括控制電路，RDSS電路的狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出端與控制電路的狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入端連接，控制電路配置數(shù)據(jù)輸出端與RDSS電路的配置數(shù)據(jù)輸入端連接，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端與控制電路的電源輸入端連接。

更進一步，還包括網(wǎng)絡(luò)接口電路，RDSS電路的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出端與網(wǎng)絡(luò)接口電路的輸入端連接，網(wǎng)絡(luò)接口電路的輸出端與RDSS電路的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸入端連接。

更進一步，還包括狀態(tài)顯示電路，控制電路的顯示數(shù)據(jù)輸出端與狀態(tài)顯示電路的數(shù)據(jù)輸入端連接，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端與狀態(tài)顯示電路的電源輸入端連接。

更進一步，還包括授時電路，授時電路的輸出端與控制電路的授時數(shù)據(jù)輸入端連接，授時電路的輸入端與控制電路的授時數(shù)據(jù)輸出端連接，電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端與授時電路的電源輸入端連接。

更進一步，授時電路包括低通濾波電路和壓控晶體振蕩器，低通濾波電路的輸入端與控制電路的壓控數(shù)據(jù)輸出端相連接，低通濾波電路的輸出端與壓控晶體振蕩器的輸入端相連接，壓控晶體振蕩器的輸出端與控制電路的時鐘信號輸入端相連接。

本實用新型的有益效果是：嵌入式RDSS通信模塊采用直流電供電，無需鋪設(shè)供電線纜，便于安裝和維護，嵌入式RDSS通信模塊采用儲能電路儲存電能，解決了RDSS電路信號發(fā)射瞬間功率大，但外部供電電源功率不夠的問題，因此，RDSS通信模塊可以按集中器的標準接口，做成一個嵌入式的模塊，嵌入到集中器中，相比較于外掛式RDSS通信模塊，本實用新型提出的嵌入式RDSS通信模塊安裝維護簡單，成本低，更加安全易用。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有外掛式RDSS通信模塊加集中器應用方案結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊嵌入到集中器的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖4為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及儲能電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖5為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及包含控制電路等電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖6為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及授時電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步詳細描述。

本實用新型為解決現(xiàn)有外掛式RDSS通信模塊硬件和安裝成本高，維護困難，防盜性差的問題，提出了一種嵌入式RDSS通信模塊。圖1為現(xiàn)有外掛式RDSS通信模塊加集中器應用方案結(jié)構(gòu)原理圖。如圖1所示，集中器將需發(fā)送的數(shù)據(jù)通過自身的遠程通信模塊的網(wǎng)絡(luò)接口經(jīng)網(wǎng)絡(luò)線纜發(fā)送給外掛式RDSS通信模塊，由RDSS通信模塊內(nèi)部完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到射頻信號的轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)以衛(wèi)星能接收的射頻信號的方式發(fā)送出去，對外掛式RDSS模塊進行配置和管理的信號通過RS422/RS232傳輸線纜傳遞，外掛式RDSS通信模塊的供電通過供電線纜傳遞，一般為220V交流電壓或12V直流電。外掛式RDSS通信模塊在實施時需鋪設(shè)供電、網(wǎng)絡(luò)通信和RS422/RS232通信線纜，安裝成本高，維護難度大；在應用時需在集中器的基礎(chǔ)上再配設(shè)外掛式RDSS通信模塊主機，成本也高。本實用新型提出的嵌入式RDSS通信模塊可以解決這些問題，圖2為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊嵌入到集中器的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖2所示，嵌入式RDSS通信模塊兼容目前集中器配備的遠程通信模塊與集中器對接的接口和尺寸，能夠作為一個標準的模塊嵌入到集中器中，可以直接替換集中器的遠程通信模塊和外掛式RDSS通信模塊，集中器將收集的用戶用電量等數(shù)據(jù)直接通過集中器遠程通信模塊接口的雙排針連接器發(fā)送給嵌入式RDSS通信模塊，嵌入式RDSS通信模塊內(nèi)部將用電量等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星能接收的射頻信號，通過外置的天線，發(fā)送給衛(wèi)星（例如以北斗短報文的形式），由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給上行主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)。嵌入式RDSS通信模塊能夠直接替換集中器以GSM/GPRS/CDMA/電話PSTN/以太網(wǎng)/光纖等方式通信的遠程通信模塊和外掛式RDSS通信模塊，集成度高，成本低，接口兼容集中器標準規(guī)范，很容易安裝，維護也簡單。

圖3為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖3所示，該嵌入式RDSS通信模塊主要由儲能電路、電源轉(zhuǎn)換電路和RDSS電路組成。儲能電路用于儲存外部直流供電提供的電能，這里外部直流供電指的是集中器遠程通信模塊接口提供的直流電。電源轉(zhuǎn)換電路用于將儲能電路儲存的電能轉(zhuǎn)換成RDSS電路工作所需的直流電。 RDSS電路在發(fā)射信號瞬間所需功率較高，而外部直流供電無法直接提供，因此需要儲能電路，在RDSS電路未對外發(fā)射信號時，儲能電路將電能儲存起來，這樣RDSS電路在需要發(fā)射信號時能從儲能電路獲取足夠的電能，并通過電源轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成RDSS電路所需的電源，給RDSS電路提供對外發(fā)射信號時所需的功率。電源轉(zhuǎn)換電路主要包含一個DC/DC（直流轉(zhuǎn)直流開關(guān)電源）轉(zhuǎn)換芯片和一個LDO（Low Dropout regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器）降壓轉(zhuǎn)換芯片，將儲能電路提供的電能轉(zhuǎn)換成RDSS電路所需的電源，提供RDSS電路無信號發(fā)射和信號發(fā)射時不同的功率需求。RDSS電路包含射頻收發(fā)芯片、基帶處理芯片和功率放大芯片；RDSS電路具備短報文通信功能，用于將集中器本地通信模塊收集的用戶端用電量數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星發(fā)送給主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)；同時RDSS電路可以提供定位功能，通過衛(wèi)星定位確定集中器當前的安裝位置，將集中器的安裝位置通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)送給主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)；RDSS電路還可以提供授時功能，產(chǎn)生一個高精度的秒脈沖1pps_r，所述1pps_r為RDSS電路定位解算產(chǎn)生的高精度秒脈沖。

具體，目前標準的集中器可以通過其遠程通信模塊接口，給遠程通信模塊提供電壓為4V的直流電源，正常工作電流500mA，最大電流2A,最大電流可持續(xù)1ms，因此正常情況下，集中器可以通過其遠程通信模塊接口提供2W功率，最大可提供持續(xù)1ms的短時8W功率。實際兼容集中器遠程通信模塊接口的嵌入式RDSS通信模塊，其RDSS電路在對外發(fā)射信號時需13W左右的功率，因此，若想用嵌入式RDSS通信模塊替換集中器遠程通信模塊，需要解決這個功率不匹配的問題。儲能電路可以很好的解決這個問題，儲能電路在RDSS電路不給衛(wèi)星發(fā)射信號時，儲存電能，在RDSS電路給衛(wèi)星發(fā)射信號時，提供足夠電能給電源轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)電源轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為所需電源。具體，電源轉(zhuǎn)換電路可選DC/DC轉(zhuǎn)換芯片TPS61230，進行升壓轉(zhuǎn)換，將集中器提供的4V直流電經(jīng)儲能電路儲能后轉(zhuǎn)換成RDSS電路所需的5V 3A電源，供RDSS電路使用。在外部直流供電和電源轉(zhuǎn)換電路之間增加儲能電路，還可以解決集中器直流供電欠壓工作的問題，當外部直流供電欠壓時，儲能電路仍然可以正常儲存電能，并在RDSS電路給衛(wèi)星發(fā)射信號時提供足夠的功率；同時因為儲能電路的儲能作用，嵌入式RDSS模塊具備防盜功能，在被盜時，由于儲能電路短時間仍能給嵌入式RDSS模塊供電，嵌入式RDSS模塊能通過接口電平狀態(tài)判斷自身的在位狀態(tài)，并及時將被盜時不在位信息發(fā)送給主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)，主站可以及時發(fā)現(xiàn)異常集中器，并采取措施處理。

圖4為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及儲能電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖4所示，儲能電路包含限流電路、保護電路和儲能器件；限流電路采用專用限流芯片，例如TPS2553，用于限制外部直流供電在給儲能器件供電時的電流，防止剛上電時，因儲能器件所需電流過大，引起外部直流供電工作異常的問題；保護電路采用短路保護二極管，例如BZG05B5V6，用于保護儲能器件，防止短路時，燒毀儲能器件；儲能器件用于在RDSS電路未給衛(wèi)星發(fā)送射頻信號時存儲電能，在RDSS電路給衛(wèi)星發(fā)送射頻信號時提供電能給電源轉(zhuǎn)換電路，由電源轉(zhuǎn)換電路的DC/DC轉(zhuǎn)換芯片TPS61230轉(zhuǎn)換出RDSS電路發(fā)射信號所需的5V 3A電源。采用儲能器件可以實現(xiàn)電能的存儲，同時給RDSS電路提供發(fā)射信號所需的功率。儲能器件包括儲能電池、超級電容等。儲能電池包括釩電池、鋰電池等；鋰電池充電次數(shù)有限，體積小，成本低；釩電池充電次數(shù)高，壽命較長，體積偏大，成本低。超級電容不同于傳統(tǒng)常規(guī)電容，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間，具有特殊性能的電源；超級電容體積小，容量大，功率密度高，充放電時間短，循環(huán)壽命長，工作范圍寬，具備大電流放電能力，充放電電路簡單，不受過充電和過放電影響，綠色環(huán)保，是目前小型化應用一種理想的儲能器件。儲能電路解決了嵌入式RDSS模塊小型化設(shè)計中RDSS電路信號發(fā)射功率與外部直流供電功率不匹配的問題，采用限流電路，解決了上電瞬間儲能器件吸收電流過大引起外部直流供電工作異常的問題，采用保護電路，保護儲能器件在外部直流供電短路時不被燒壞。

圖5為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及包含控制電路等電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖5所示，作為本實用新型的另外一個實施例，該嵌入式RDSS通信模塊除包含儲能電路、電源轉(zhuǎn)換電路、RDSS電路外，還包含狀態(tài)顯示電路、網(wǎng)絡(luò)接口電路和授時電路。RDSS電路的狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出端與控制電路的狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入端連接，控制電路配置數(shù)據(jù)輸出端與RDSS電路的配置數(shù)據(jù)輸入端連接；RDSS電路的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸出端與網(wǎng)絡(luò)接口電路的輸入端連接，網(wǎng)絡(luò)接口電路的輸出端與RDSS電路的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸入端連接；控制電路的顯示數(shù)據(jù)輸出端與狀態(tài)顯示電路的數(shù)據(jù)輸入端連接，授時電路的輸出端與所述控制電路的授時數(shù)據(jù)輸入端連接，授時電路的輸入端與控制電路的授時數(shù)據(jù)輸出端連接；電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端分別與授時電路的電源輸入端連接、控制電路的電源輸入端連接和狀態(tài)顯示電路的電源輸入端連接。電源轉(zhuǎn)換電路包含的LDO降壓轉(zhuǎn)換芯片，將集中器提供的4V直流電轉(zhuǎn)換成3.3V直流電，供控制電路、狀態(tài)顯示電路和授時電路使用。狀態(tài)顯示電路，包含電源、數(shù)據(jù)發(fā)射等LED顯示，用于指示RDSS通信膜塊的工作狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)接口電路用在需要以網(wǎng)絡(luò)的方式傳遞數(shù)據(jù)的場合，用于從下一級用戶電表端獲取用戶用電量等信息或給上一級主站發(fā)送集中器獲取的用戶用電量等數(shù)據(jù)。授時電路用于產(chǎn)生和提供準確的本地授時時間，用于提供高精度授時和守時服務?？刂齐娐分饕粋€控制芯片，控制芯片包括ARM、MCU、FPGA、DSP等，用于控制狀態(tài)顯示電路顯示的狀態(tài)，用于從集中器遠程通信接口獲取用戶用電量等數(shù)據(jù)，并將用戶用電量數(shù)據(jù)發(fā)送給RDSS電路，同時獲取RDSS電路的信號發(fā)射等狀態(tài)信息和高精度的秒脈沖1pps_r，控制電路還從授時電路獲取頻率信號并產(chǎn)生壓控信號對授時電路進行調(diào)節(jié)控制。

圖6為本實用新型嵌入式RDSS通信模塊涉及授時電路的一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。如圖6所示，授時電路包含壓控晶體振蕩器和低通濾波電路。壓控晶體振蕩器帶壓控功能，包括VCXO、VC-TCXO和VC-OCXO。壓控晶體振蕩器輸出頻率信號f_c提供給控制電路，控制電路獲取RDSS電路輸出的1pps_r信號并將獲取的f_c信號進行分頻產(chǎn)生秒信號1pps_b，所述1pps_b為f_c經(jīng)控制電路分頻產(chǎn)生的秒信號，控制電路內(nèi)部測量1pps_r和1pps_b之間的相差，相差數(shù)據(jù)經(jīng)控制電路中控制芯片內(nèi)部的DA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成產(chǎn)生壓控信號，壓控信號經(jīng)授時電路的低通濾波電路濾波后，提供給壓控晶體振蕩器，對壓控晶體振蕩器的輸出進行調(diào)節(jié)控制，當1pps_r和1pps_b之間的相差減小到一定的閾值后，判斷壓控晶體振蕩器相位與參考1pps_r信號的相位鎖定，此時，用f_c計數(shù)產(chǎn)生時間，獲得嵌入式RDSS模塊本地準確的時間，在RDSS電路搜星異常時，由控制電路中控制芯片內(nèi)部集成的保持算法，補償壓控晶體振蕩器自身的溫漂和老化影響，使嵌入式RDSS模塊時間維持較高的守時精度。

本實用新型提出的嵌入式RDSS通信模塊，兼容集中器標準規(guī)范中遠程通信模塊的標準接口，集成度高，安裝簡單，維護方便。集中器可以通過嵌入式RDSS通信模塊采用RDSS業(yè)務的方式將用戶端用電狀態(tài)和用電量等信息發(fā)送給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給主站管理中心的智能用電信息采集系統(tǒng)，還能提供定位服務及授時和守時等時間服務，同時具備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信接口，功能強大，便于使用，與現(xiàn)有集中器加外掛式RDSS通信模塊的方案相比，具備較高的應用和推廣價值。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所述權(quán)利要求為準。