CN107257250A - 一种基于Micro‑USB接口的电力无线通信终端 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种基于Micro‑USB接口的电力无线通信终端，包括电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块、天线接口、Micro‑Sim卡接口以及三个Micro‑USB接口；主通信处理模块分别与数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块以及天线接口相连；串行数据接口模块与第一个Micro‑USB接口相连；以太网接口模块与第二个Micro‑USB接口相连；第三个Micro‑USB接口分别与主通信处理模块以及电源处理模块相连；Micro‑Sim卡接口与SIM卡接口模块相连。该电力无线通信终端实现了通信接口的统一化，方便管理的同时也能够减小终端体积。

Description

一种基于Micro-USB接口的电力无线通信终端
技术领域
本发明创造涉及一种电力无线通信终端，尤其是一种基于Micro-USB接口的电力无线通信终端。
背景技术
随着智能电网建设进程的快速推进，电力业务的种类及数量快速增长，其对业务数据的通信方式、通信质量、安全可靠性、稳定性等方面的要求越来越严格，通信方式逐渐由光纤向无线方式转变，无线通信方式也趋于多样化，“互联网+”战略的实施及大云物移等新技术应用，促使电力语音、图像、视频等新型业务需求显著增长，这些业务数据的传输需要更大的通信带宽、更高的稳定性、更小的数据时延，此外，电网信息安全也越来越受到国家电网公司的重视，要求各种重要业务数据具备通信加密功能，而现有的通信终端无法满足以上所有需求。
目前，国家电网公司已在全国范围内建立多个1.8GHz TD-LTE及230MHz无线通信专网试点工程，同时，为节约既有投资，多地存在专网与公网共存现象，许多配用电业务通信方式仍采用公网接入方式，要求通信终端同时具备公网和专网接入功能，无线公专网互补通信方式将是电力无线通信的发展趋势，现有通信终端多支持公网多模或专网单模1.8GHz TD-LTE无线通信方式，缺乏同时支持公网和专网无线通信终端，无法满足公专网互补的业务接入需求。
智能电网建设深度的加大促进了电力业务与互联网的融合进度，催生出了包括配电自动化、用电信息采集、智能机器人巡检、无人机巡检、故障指示器、源网荷互动、电动汽车充电桩、负荷控制、网络视频监控等新型电力业务，这些业务的通信接口、通信协议、安全策略、及运行环境存在较大差异，当前，电力无线业务接入主要采用CPE终端的方式，CPE设备采用通信模组与处理器分立的策略，体积尺寸大，功耗大，成本高，数据接口不统一，对于不同的业务需求需要设计不同的通信终端形态，不利于统一安装及维护管理，如何进一步研发体积更小、功耗更低、安装简易、成本低廉、接口统一的新型通信终端，成为电力无线通信网络建设的关键环节。
发明内容
本发明创造要解决的技术问题是现有的电力无线通信终端体积尺寸大、功耗大、成本高、数据接口不统一，对于不同的业务需求需要设计不同的通信终端形态，不利于统一安装及维护管理。
为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，包括电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块、天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口；主通信处理模块分别与数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块以及天线接口相连；串行数据接口模块与第一个Micro-USB接口相连；以太网接口模块与第二个Micro-USB接口相连；第三个Micro-USB接口分别与主通信处理模块以及电源处理模块相连；Micro-Sim卡接口与SIM卡接口模块相连；电源处理模块分别为主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块供电。
采用三个Micro-USB接口作为串行RS232数据、以太网数据、USB数据接口的物理形式，从而实现接口的统一化，方便管理的同时也能够减小终端体积；利用数据加密模块能够实现数据加密功能，在加密芯片内部实现了国家商用密码产品所需的SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎，增强了数据通信的安全性。
作为本发明创造的进一步限定方案，还包括与主通信处理模块相连的信号指示灯。
作为本发明创造的进一步限定方案，数据加密模块与主通信处理模块之间通过SPI总线相连。采用数据加密模块中的电力专用加密芯片与主通信处理模块通过SPI总线连接，具有较高的通信安全性。
作为本发明创造的进一步限定方案，还包括一根与第二个Micro-USB接口相连的网络数据线；在网络数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有RJ45接头。
作为本发明创造的进一步限定方案，还包括一根与第一个Micro-USB接口相连的串行数据线；在串行数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有三芯通用凤凰端子。
作为本发明创造的进一步限定方案，还包括一个终端外壳；电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块均设置在终端外壳内的主板上；天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口分布设置在终端外壳内侧面上。采用终端外壳能够便于室外使用。
作为本发明创造的进一步限定方案，在终端外壳的背面设有U型导轨安装卡扣。采用U型导轨安装卡扣能够方便终端安装在U型导轨上。
本发明创造的有益效果在于：采用三个Micro-USB接口作为串行RS232数据、以太网数据、USB数据接口的物理形式，从而实现接口的统一化，方便管理的同时也能够减小终端体积；利用数据加密模块能够实现数据加密功能，在加密芯片内部实现了国家商用密码产品所需的SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎，增强了数据通信的安全性。
附图说明
图1为本发明创造的通信终端结构示意图；
图2为本发明创造的电源处理模块电路原理图；
图3为本发明创造的主通信处理模块电路原理图；
图4为本发明创造的以太网接口模块电路原理图；
图5为本发明创造的串行数据接口模块电路原理图；
图6为本发明创造的SIM卡接口模块电路原理图；
图7为本发明创造的数据加密模块电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明创造的公开的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端包括：电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块、天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口；主通信处理模块分别与数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块以及天线接口相连；串行数据接口模块与第一个Micro-USB接口相连；以太网接口模块与第二个Micro-USB接口相连；第三个Micro-USB接口分别与主通信处理模块以及电源处理模块相连；Micro-Sim卡接口与SIM卡接口模块相连；电源处理模块分别为主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块供电。
进一步地，还包括与主通信处理模块相连的信号指示灯；数据加密模块与主通信处理模块之间通过SPI总线相连；还包括一根与第二个Micro-USB接口相连的网络数据线；在网络数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有RJ45接头；还包括一根与第一个Micro-USB接口相连的串行数据线；在串行数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有三芯通用凤凰端子；还包括一个终端外壳；电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块均设置在终端外壳内的主板上；天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口分布设置在终端外壳内侧面上；在终端外壳的背面设有U型导轨安装卡扣。
本发明创造的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端的终端外壳采用聚碳酸酯塑料制成，呈黑色带孔长方体状，长宽高分别为6.5cm、6cm、2.5cm，在终端外壳的侧面设有3个Micro-USB接口孔、1个Micro-sim卡接口孔以及1个SMA天线接头孔，三个Micro-USB接口孔均匀地分布于同一侧面上。
如图2所示，电源处理模块由电压变换芯片及其***电路构成，电源处理模块通过电压变换芯片实现直流电源电压的变换功能，通过Micro-USB接口输入5V、12V或24V中的一种直流电压，同时输出3.3V、1.2V、1.8V三种电压信号为其他模块供电。
如图3所示，主通信处理模块由LTE芯片及其***电路构成，主通信处理模块用于完成数据报文的解析及变换处理任务，利用LTE芯片中的应用处理器内核，将整个LTE公网、专网数据采集与本地UART、SPI、以太网协议、网关、SIM卡识别等功能集中到模块内部，使模块成为一个相对完整的***，并可以灵活根据***要求进行重新定义于外置天线相连实现无线数据的收发功能。
如图7所示，数据加密模块由电力专用加密芯片及其***电路构成，数据加密模块通过SPI总线连接主通信处理模块，主通信处理模块侧作为主设备，数据加密模块侧作为从设备，实现数据加密功能，采用电力专用加密芯片与主通信处理模块通过SPI总线连接，加密芯片内部实现了国家商用密码产品所需的SM2和SM1算法专用加密模块、DES/3DES加密模块和RSA公钥算法引擎。另外，电力专用加密芯片提供32位硬件加密处理器，可用于实现公钥算法、摘要算法以及AES、DES等对称算法，电力专用加密芯片内嵌32位真随机数发生器TRNG，可满足COS开发者的密码学应用，可节约软件开销，提高软件实现效率。
如图4所示，以太网接口模块由PHY芯片及其***电路构成，以太网接口模块用于完成网口数据的收发任务，模块中的PHY芯片及其***电路实现以太网数据传输所需的时钟、数据编码线路状态及与主通信处理模块数据链路控制器的接口，以太网接口模块中网络变压器用于实现将PHY芯片信号增强、隔离、电平转换功能。
如图5所示，串行数据接口模块由RS232电平转换芯片及其***电路构成，串行数据接口模块用于完成串行RS232数据的收发功能，模块中的RS232电平转换芯片实现TTL电平与RS232电平的相互转换，芯片可通过软件控制使能，非使能状态时，用于传输TTL电平，用于与TTL电平接口的设备相连，完成数据的收发任务。
如图6所示，SIM卡接口模块用于完成SIM卡的识别与数据读取功能，图6中U5为SIM卡，提供sim卡电源、时钟、数据、编程、状态监测等接口及其保护电路，同时支持1.8V与3.V的SIM卡。
以太网接口模块采用专用网络数据线缆与以太网接口的配用电终端设备相连，其中，专用网络数据线缆一端为标准Micro-USB公头，另一端为标准RJ45水晶头，根据应用业务的无线网络核心网接入规范，可将通信终端配置为Router、Bridge和NAT三种工作模式。
串行数据接口模块采用专用串行数据线缆与支持RS232接口的配用电设备相连，其中，专用串行数据线缆一端为标准Micro-USB公头，另一端为三芯通用凤凰端子，通信终端工作于串口透传模式，主通信模块完成串行数据包与TCP/IP数据包的协议转换及转发工作。
与电源处理模块相连的Micro-USB接口，用于为电源处理模块通过电源输入，同时还用于提供USB数据传输功能，USB数据通信用于维护技术人员调试专用，不能作为实际业务数据传输通道。
通信终端支持公网TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、GSM和专网1.8G LTE通信模式，根据配用电业务具体应用环境，可将通信终端配置为手动或自动切换通信模式，若配置为手动切换方式，则通信终端上电启动后会根据已设置的通信模式，搜索相应基站网络信号并选择小区，读取SIM卡信息，进行入网鉴权，合法用户通过鉴权正常入网；若将通信终端配置为自动网络切换模式，则通信终端上电启动后会自动搜索所有无线信号，根据SIM卡信息，自动选择通信网络。
通信终端通过专用串行线缆接入配用电业务时，通信终端工作于串口透传模式，根据配用电业务终端串行数据接口电平，可将通信终端配置成RS232或TTL数据传输方式。当配用电主站下发业务控制或配置信息时，串行数据接口模块从主通信处理模块接收相应的信息，直接转发到配用电业务终端，配用电业务终端报文含义并作出相应的响应；当配用电业务终端向主站上传报文时，串行数据处理模块，接收相应的报文并转发到主通信处理模块，主通信模块与数据加密模块通信完成对报文加密处理操作，将加密数据通过无线通信通道转发。
通信终端通过专用网络线缆接入配用电业务时，根据无线网络的核心网具体通信机制，可将通信终端配置为Router、Bridge和NAT三种工作模式，当配用电主站向配用电业务终端下发报文时，主通信处理模块通过无线数据采集器件接收报文，并对报文内容进行解析及变换处理，通过以太网接口模块发送到配用电业务终端，配用电业务终端根据报文含义作出相应的响应；当配用电业务终端向主站上传报文时，通过以太网接口模块将报文发送到主通信处理单元，主通信处理单元根据相应通信规约对报文进行变换，再经过数据加密模块进行加密处理，最后，将处理过的报文通过无线通信通道转发出去。
通信终端通过主通信模块无线通道发出的数据，经过基站转发到核心网***，由核心网***经过路由再将数据转发到对应配用电主站安全网关，安全网关对报文进行安全认证，合法报文最终通过安全网关到达主站；主站向业务终端下发报文经过和上述相似的传输过程，到达业务终端。

Claims (7)

1.一种基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：包括电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块、天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口；主通信处理模块分别与数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块、SIM卡接口模块以及天线接口相连；串行数据接口模块与第一个Micro-USB接口相连；以太网接口模块与第二个Micro-USB接口相连；第三个Micro-USB接口分别与主通信处理模块以及电源处理模块相连；Micro-Sim卡接口与SIM卡接口模块相连；电源处理模块分别为主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：还包括与主通信处理模块相连的信号指示灯。
3.根据权利要求1所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：数据加密模块与主通信处理模块之间通过SPI总线相连。
4.根据权利要求1所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：还包括一根与第二个Micro-USB接口相连的网络数据线；在网络数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有RJ45接头。
5.根据权利要求1所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：还包括一根与第一个Micro-USB接口相连的串行数据线；在串行数据线的一端设有Micro-USB公头，另一端设有三芯通用凤凰端子。
6.根据权利要求1所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：还包括一个终端外壳；电源处理模块、主通信处理模块、数据加密模块、以太网接口模块、串行数据接口模块以及SIM卡接口模块均设置在终端外壳内的主板上；天线接口、Micro-Sim卡接口以及三个Micro-USB接口分布设置在终端外壳内侧面上。
7.根据权利要求6所述的基于Micro-USB接口的电力无线通信终端，其特征在于：在终端外壳的背面设有U型导轨安装卡扣。
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