一種用于用電信息采集終端的4g通信模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于用電信息采集終端的4G通訊模塊，該4G通訊模塊包括電源管理電路（3）、控制電路（4）、電平轉(zhuǎn)換及隔離電路（2）、4G LTE芯片（1）、SIM卡接口電路（8）、USB調(diào)試/升級接口(7)、天線（6）、用于與用電信息采集終端CPU連接的通信接口（5），電源管理電路（3）為 4G通信模塊提供工作電源，4G LTE芯片（1）接收用電信息采集 終端的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主站系統(tǒng)，控制電路（4）控制4G LTE芯片（1）上電，電平轉(zhuǎn)換及隔離電路（2）對通信接口（5）和4G LTE芯片（1）之間的信號進行電平轉(zhuǎn)換和電流隔離。本實用新型由于在用電信息采集終端上采用4G通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)到主站系統(tǒng)，相比較3G及2G模塊，大大提高了數(shù)據(jù)的上傳速率，從而能實現(xiàn)對用電現(xiàn)場的實時監(jiān)控和管理。
【專利說明】
一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊
[0001 ] 技術(shù)領(lǐng)域:
[0002]本實用新型涉及一種4G通信模塊，尤其涉及一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]現(xiàn)在國內(nèi)用電信息終端與主站遠程通信大多采用GPRS2G通信模塊。4G網(wǎng)絡(luò)作為最新一代通訊技術(shù)，在傳輸速度上有著非常大的提升。該技術(shù)在國內(nèi)移動通信領(lǐng)域已被廣泛應用，隨著用電信息采集終端技術(shù)的發(fā)展，其對上傳通道的帶寬和速率都要求很高，因此，4G通信技術(shù)在用電信息采集終端上的應用越來越受到人們的關(guān)注。
[0005]目前廣泛使用的GPRS模塊在移動運營商2G基站停建或者被升級為4G基站的大環(huán)境下未來勢必會影響其通信質(zhì)量，更無法有效滿足未來智能電網(wǎng)通信網(wǎng)向電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大數(shù)據(jù)通信需求。
[0006]【實用新型內(nèi)容】:
[0007]本實用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種大大提高了數(shù)據(jù)的上傳速率，能實現(xiàn)對用電現(xiàn)場進行實時監(jiān)控和管理的用于用電信息采集終端的4G通信模塊。
[0008]本實用新型的目的可以通過如下措施來達到:一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊，其特征在于其包括接收用電信息采集終端的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主站系統(tǒng)的4G LTE芯片、用于CPU通信接口與4G LTE芯片之間的信號進行電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換及隔離電路、為4G通信模塊提供工作電源的電源管理電路、控制4G LTE芯片上電的控制電路、用于與用電信息采集終端CPU連接的CHJ通信接口、SM卡接口電路、USB調(diào)試/升級接口、天線，4G LTE芯片分別連接電平轉(zhuǎn)換及隔離電路、電源管理電路、控制電路、SM卡接口電路、USB調(diào)試/升級接口、天線，電平轉(zhuǎn)換及隔離電路、電源管理電路、控制電路均與CPU通信接口相連。
[0009]為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述的4G LTE芯片采用SHCOM公司的五模13頻LTE模塊S頂7100C。
[0010]為了進一步實現(xiàn)本實用新型的目的，所述電源管理電路包括主電源電路和為4GLTE芯片提供電能補給的輔助電源電路，所述輔助電源電路包括可充電的鎳氫電池組或超級電容器，主電源電路包括MICREL公司的低壓差LDO芯片MIC29302WU。
[0011 ]本實用新型同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果:本實用新型4G模塊采用S頂COM公司的五模13頻LTE芯片SM7100C，支持多種通信制式:GSM，TD_SCDMA/WCDMA，TDD_LTE/FDD-LTE?？梢约嫒?G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)，滿足現(xiàn)場不同頻段下與主站通信，相比較2G模塊同時擁有更快的通信速率。本實用新型由于在用電信息采集終端上采用4G通信技術(shù)傳輸其數(shù)據(jù)到主站系統(tǒng)，大大提高了數(shù)據(jù)的上傳速率，從而能實現(xiàn)對用電現(xiàn)場的實時監(jiān)控和管理。
[0012]【附圖說明】:
[0013]圖1是本實用新型的原理框圖；
[0014]圖2是本實用新型的4GLTE芯片與電平轉(zhuǎn)換及隔離電路的電路圖；
[0015]圖3是本實用新型的電源管理電路的主電源電路的電路圖；
[0016]圖4是本實用新型的電源管理電路的輔助電源電路的電路圖。
[0017]【具體實施方式】:下面結(jié)合附圖的本實用新型的最佳實施方式做詳細說明:
[0018]實施例:一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊(參見圖1)，其包括4GLTE芯片
1、電平轉(zhuǎn)換及隔離電路2、電源管理電路3、控制電路4、用于與用電信息采集終端CPU連接的CHJ通信接口 5、SM卡接口電路8、USB調(diào)試/升級接口 7、天線6，4G LTE芯片I分別連接電平轉(zhuǎn)換及隔離電路2、電源管理電路3、控制電路4、SM卡接口電路8、USB調(diào)試/升級接口 7、天線6，電平轉(zhuǎn)換及隔離電路2、電源管理電路3、控制電路4均與CPU通信接口 5相連。電源管理電路3為4G通信模塊提供工作電源，4G LTE芯片I接收用電信息采集終端的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主站系統(tǒng)，控制電路4用于控制4G通信模塊內(nèi)的4G LTE芯片上電。
[0019]圖2是本實用新型的4GLTE芯片與電平轉(zhuǎn)換及隔離電路圖，如圖所示，D4為4G LTE芯片，其采用SMCOM公司的五模13頻LTE模塊SM7100C，SIM7100C提供UART和USB兩種通信接口與終端CPU進行通信。本實用新型4G LTE芯片S頂7100C使用UART進行通信，使用USB口用于芯片軟件升級或現(xiàn)場維護。
[0020]電平轉(zhuǎn)換電路對CPU通信接口與4GLTE芯片之間的信號進行電平轉(zhuǎn)換。本實用新型的開機和復位電平匹配通過在LTE芯片和終端CPU之間串接反向低壓鍺二極管V9和V5實現(xiàn)。該反向鍺二極管同時完成了電流隔離和電平匹配的功能。0N/0FF和RESET管腳是1.8V接口電平，對接3.3V電平必須要加電平匹配電路。給4G LTE芯片D4上電以后，CPU需發(fā)送一個開機信號才能使它正常工作，該開機信號是用電信息采集終端發(fā)出的一個Is的低電平脈沖信號，該信號經(jīng)一個低壓鍺二級管V9之后發(fā)送給4G LTE芯片D4，4G LTE芯片D4帶有硬復位接口(100ms以上低電平有效)，在本實用新型處于無法預知的故障時，可嘗試通過對4G LTE芯片D4硬復位的方式來重新開機，在正常啟動本實用新型時，其復位信號應保持高電平；
[0021]4G LTE芯片管腳是1.8V接口電平，對接3.3V電平必須要加電平匹配電路。本實用新型收發(fā)電路通過三極管轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)電平匹配和信號隔離，即圖中LTE芯片D4的發(fā)送管腳與三極管V17的發(fā)射極相連，V17的基極上拉到VDD_1V8，V17的集電極與終端CPU的接收信號9260_RXD相連，同時通過R34上拉到VCC3V3，該上拉電阻確定了 CPU接收管腳在空閑時的電平；當D4發(fā)送信號10^為1.8V高電平時，V17截止，終端CPU的接收信號為3.3V高電平；當D4發(fā)送信為低電平時，三極管V17導通，9260_RXD也隨之變?yōu)榈碗娖?。V17導通壓降小于0.2V，滿足LTE芯片對低電平的要求。，V3的發(fā)射極與終端CPU的發(fā)送信號9260_TXD相連，V3的基極通過R8上拉到VDD_1V8，LTE芯片D4的接收管腳與三極管V3的集電極相連，同時通過R23上拉到VDD_1V8，該上拉電阻確定了D4接收管腳在空閑時的電平；當CPU發(fā)送信號9260_TXD為3.3V高電平時，V3截止，D4的接收信號為1.8V高電平；當CHJ發(fā)送信號9260_TXD為低電平時，三極管V3導通，M_RXD也隨之變?yōu)榈碗娖?。本實用新型三極管電平轉(zhuǎn)換電路簡單巧妙的實現(xiàn)了 1.8V和3.3V兩種高電平的信號匹配，同時也避免了 D4未開機時，CPU信號對LTE芯片D4的倒灌影響。在沒有給4G LTE芯片供電時，即使在本實用新型連接于用電信息采集終端的通信接口上有電流，由于LTE芯片D4內(nèi)部1.8 V無輸出，CHJ與4GLTE芯片之間的三極管為高阻態(tài)，從而不會有電流灌入4G LTE芯片。
[0022 ] 電源管理電路包括主電源電路和輔助電源電路。
[0023]圖3是電源管理電路的主電源電路的電路圖，如圖所示，主電源電路包括MICREL公司的低壓差線性LDO MIC29302WU，即圖中的D2，由于4G LTE芯片對電源的要求比較高，在進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，其對電流的需求比較大，平均電流達I安，峰值電流最大可達2安培，紋波不應大于400毫伏，而低壓差線性LDO D2可滿足該需求，它的額定工作電流為3A，最大壓降為300毫伏(常溫)，可減少在發(fā)射信號時的功耗，低壓差線性LDO D2帶有一個使能引腳，高電平有效，由用電信息采集終端控制它的上下電。圖中Vll為5V TVS保護器件，防止通信接口的電壓突變，電容C12、C17、C19為主電源電路提供必要的電能補給以防止有大電流時引起主電源電路的電壓跌落，C13、C14、C20和C21瓷片電容主要做為去耦濾波電容，在做PCB設(shè)計時，上述電容靠近4G LTE芯片電源管腳，電阻R11、R12用于調(diào)節(jié)低壓差線性穩(wěn)壓器D2的輸出電壓，其輸出電壓Vout=1.24X (I + R11/R12) = 3.968VA27為假負載，當對本實用新型進行斷電復位時，如果儲能電容上的電量沒有釋放回路，在下一次啟動電源信號到來時，主電源電路還將維持在工作電壓，容易造成斷電復位的失??；另外此電阻的存在也可以實現(xiàn)LDO的快速調(diào)節(jié)，極大減小電源紋波。4G芯片S頂7100C的數(shù)字I/O口信號電源為1.8V，由片內(nèi)電源輸出，該電壓為4G LTE芯片端提供轉(zhuǎn)換電平。在沒有給4G LTE芯片4V VMDM供電時，片內(nèi)電源就不會工作，即使此時用電信息采集終端的串口信號是高電平，也無法影響到4G LTE芯片端。
[0024]圖4是本實用新型的電源管理電路的輔助電源電路的電路圖，如圖所示，本實用新型將鎳氫電池作為輔助電源電路輸入。D6是一個功率型PMOS管，用來切換輔助電源電路供電。當交流掉電時，啟動輔助電源電路開始供電。輔助電源電路控制信號BAT_EN通過基極電阻R31與三極管V40基極相連，同時通過下拉電阻R29可靠拉低，鎳氫電池電源VBAT_rO^PM0S管D6源極連接，同時通過R24與V40集電極相連。V40集電極與D6柵極連接，D6漏極與二極管V16正極相連，V16負極與主電源電路的LDO D2輸入連接。當控制信號BAT_EN輸出高時三極管V40導通驅(qū)動PMOS管D6打開，電池經(jīng)由二極管V16給LDO供電，支撐用電信息終端完成停上電和其他重要事件的主動上報。
[0025]上述僅為本實用新型的部分技術(shù)方案實例，并非用來限定本實用新型的范圍，SP凡依據(jù)本實用新型的權(quán)利要求所作的等同變化與修飾，均為本實用新型技術(shù)方案內(nèi)的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊，其特征在于其包括接收用電信息采集終端的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)經(jīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到主站系統(tǒng)的4G LTE芯片(I)、用于CPU通信接口( 5)與4GLTE芯片(I)之間的信號進行電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換及隔離電路(2)、為4G通信模塊提供工作電源的電源管理電路(3)、控制4G LTE芯片(I)上電的控制電路(4)、用于與用電信息采集終端CPU連接的CPU通信接口( 5 )、SM卡接口電路(8 )、USB調(diào)試/升級接口( 7)、天線(6 )，4G LTE芯片(I)分別連接電平轉(zhuǎn)換及隔離電路(2)、電源管理電路(3)、控制電路(4)、SM卡接口電路(8)、USB調(diào)試/升級接口(7)、天線(6)，電平轉(zhuǎn)換及隔離電路(2)、電源管理電路(3)、控制電路(4)均與CPU通信接口(5)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊，其特征在于所述的4G LTE芯片(I)采用SHCOM公司的五模13頻LTE模塊S頂710C。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于用電信息采集終端的4G通信模塊，其特征在于所述電源管理電路(3)包括主電源電路和為4G LTE芯片(I)提供電能補給的輔助電源電路，所述輔助電源電路包括可充電的鎳氫電池組或超級電容器，主電源電路包括MICREL公司的低壓差LDO芯片 MIC29302WU。
【文檔編號】H04W88/06GK205566663SQ201620043156
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月18日
【發(fā)明人】趙曉燕, 王晶, 張云軍, 邱濤, 孫朝陽, 鄭利慶, 李雅琴, 高陽
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司, 國家電網(wǎng)公司, 煙臺東方威思頓電氣股份有限公司