CN112399415A - 一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，包括控制模块、与控制模块电连接的存储模块、电源模块、4G通讯模块和RS485通讯模块。本发明装置对挂在属于自己区域的电能表数据进行采集，然后通过装置内部的4G通讯模块将电能表的计量数据上传给后台主站***，完成对用户用电信息的采集；RS485通讯电路中，由第一光耦和第二光耦进行通讯隔离，实现了控制模块与每个楼层的电能表之间进行电气隔离，而且由第一双向稳压管以及热敏电阻，能够实现该电路的过压保护以及过热保护，提高了通讯的可靠性。

Description

一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway
技术领域
本发明涉及电能表技术领域，具体为一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway。
背景技术
很多商业写字楼、大学宿舍楼以及大型公司的员工宿舍楼在每个楼层的固定位置集中安装了带RS485通讯的电能表，用于计量用户的电费结算。传统的方案是通过在各个楼层之间铺设RS485总线，并将RS485总线布置到配电房里的带RS485通讯的DCU处，DCU通过RS485通讯对电表的用电量数据以及其它计量数据进行采集，并通过PLC或GPRS（或3G、4G）等通讯方式，将采集到的电表数据上传给后台主站***，从而实现整个电力消费***数据的自动采集。
传统的针对RS485表的集抄方案有以下缺点：
1、不同楼层之间的RS485布线比较麻烦，给安装人员带来一定工作量，布线不好，还会影响楼层内部的美观度；
2、传统的DCU设计较为复杂，不方便操作人员操作，且操作人员需要进行专门的培训；
3、传统的DCU设计复杂造就了成本较高；
4、DCU供电较复杂，一般为三相四线电力***，这样就给RS485表的集抄***带来的一定局限性。
为此，提出一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，供电简单、适用范围广且操作和维护简单，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，包括控制模块、与控制模块电连接的存储模块、电源模块、4G通讯模块和RS485通讯模块；
电源模块，用于给控制模块、存储模块、4G通讯模块和RS485通讯模块提供电能；
控制模块，通过4G通讯模块与后台主站服务器无线连接，通过RS485通讯模块与每个楼层的电能表连接，将采集到的数据传输给存储模块；
存储模块用于将控制模块采集到的数据信息进行数据存储；
4G通讯模块用于实现后台主站服务器与控制模块之间无线连接；
RS485通讯模块用于实现电能表与控制模块之间通讯连接，进行数据传输；
RS485通讯模块包括RS485通讯电路，RS485通讯电路包括第一光耦、第二光耦、第一集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、三极管、第一双向稳压管和热敏电阻，第一集成电路的型号为SN65HVD3082ED，第一光耦的第一端通过第三电阻外接5V直流电压电源，第一光耦的第二端与第一集成电路的第一端连接，第一光耦的第三端接地，第一光耦的第四端通过第一电阻与控制模块的MCU的RXD端连接，第一光耦的第四端通过第二电阻外接5V直流电压电源，第一集成电路的第二端与第一集成电路的第三端连接，第一集成电路的第三端通过第四电阻接地且与三极管的集电极连接，三极管的发射极外接5V直流电压电源，三极管的基极通过第五电阻与第一集成电路的第四端连接，第一集成电路的第四端通过第六电阻外接5V直流电压电源，第一集成电路的第四端与第二光耦的第四端连接，第二光耦的第三端接地，第二光耦的第一端外接5V直流电压电源，第二光耦的第二端通过第七电阻与控制模块的MCU的TXD端连接，第一集成电路的第五端接地，第一集成电路的第六端通过第九电阻接地，第一集成电路的第七端通过第八电阻接地，第一集成电路的第八端外接5V直流电压电源，第一双向稳压管并联在第一集成电路的第六端和第七端之间，热敏电阻与第一集成电路的第六端连接。
根据权利要求1所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述控制模块中包括以下步骤：
步骤一：上电；
步骤二：密码验证，30秒内无输入或密码错误，则自动进入运行状态，通过密码验证，进入下一步；
步骤三：参数配置，所述参数配置包括APN、远端IP、端口号和电表地址；
步骤四：登陆网络；
步骤五：建立TCP透明传输链接，设备与后台主站服务器建立TCP透明传输链接，当设备建立TCP链接成功后，如果5分钟未收到来自网络的信息报文，设备会自动复位，重新发起TCP链接。
优选的，所述电源模块包括电源电路，电源电路包括第二集成电路、第二双向稳压管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、钽电容、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、电感和二极管，第二集成电路的型号为MP1584，第二集成电路的第七端外接12V直流电压电源，第二集成电路的第七端通过第二双向稳压管接地，且第二集成电路的第七端通过第一电容接地，第二集成电路的第二端通过第十电阻与第二集成电路的第七端连接，第二集成电路的第六端通过第十一电阻接地，第二集成电路的第五端接地，第二集成电路的第八端通过第二电容与第二集成电路的第一端连接，第二集成电路的第三端通过第十二电阻和第三电容组成的串联电路接地，第二集成电路的第四端分别与第十三电阻和第十四电阻连接，第二集成电路的第一端通过二极管接地，且二极管的阳极接地，第二集成电路的第一端通过电感、第十三电阻和第十四电阻组成的串联电路接地，钽电容和第五电容均与第十三电阻和第十四电阻组成的串联电路并联。
优选的，所述控制模块通过RS485通讯模块与电能表连接的数量最多为32个。
优选的，所述第二集成电路的型号为MP1584。
优选的，所述MCU的型号为STM32FRBT6
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、装置对挂在属于自己区域的电能表数据进行采集，然后通过装置内部的4G通讯模块将电能表的计量数据上传给后台主站***，完成对用户用电信息的采集；
2、RS485通讯电路中，由第一光耦和第二光耦进行通讯隔离，实现了控制模块与每个楼层的电能表之间进行电气隔离，而且由第一双向稳压管以及热敏电阻，能够实现该电路的过压保护以及过热保护，提高了通讯的可靠性。
附图说明
图1为本发明的电气接线图；
图2为本发明的***原理图；
图3为本发明的控制模块的***原理图；
图4为本发明的RS485通讯电路的电路原理图；
图5为本发明的电源电路的电路原理图。
图中：N1、第一光耦；N2、第二光耦；U1、第一集成电路；U2、第二集成电路；TS1、第一双向稳压管；TS2、第二双向稳压管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；R6、第六电阻；R7、第七电阻；R8、第八电阻；R9、第九电阻；R10、第十电阻；R11、第十一电阻；R12、第十二电阻；R13、第十三电阻；R14、第十四电阻；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；E1、钽电容；Q1、三极管；RT1、热敏电阻；L1、电感；VD1、二极管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：
一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，包括控制模块、与控制模块电连接的存储模块、电源模块、4G通讯模块和RS485通讯模块；
电源模块，用于给控制模块、存储模块、4G通讯模块和RS485通讯模块提供电能；
控制模块，通过4G通讯模块与后台主站服务器无线连接，通过RS485通讯模块与每个楼层的电能表连接，将采集到的数据传输给存储模块；
存储模块用于将控制模块采集到的数据信息进行数据存储；
4G通讯模块用于实现后台主站服务器与控制模块之间无线连接；
RS485通讯模块用于实现电能表与控制模块之间通讯连接，进行数据传输；
RS485通讯模块包括RS485通讯电路，RS485通讯电路包括第一光耦N1、第二光耦N2、第一集成电路U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、三极管Q1、第一双向稳压管TS1和热敏电阻RT1，第一集成电路U1的型号为SN65HVD3082ED，第一光耦N1的第一端通过第三电阻R3外接5V直流电压电源，第一光耦N1的第二端与第一集成电路U1的第一端连接，第一光耦N1的第三端接地，第一光耦N1的第四端通过第一电阻R1与控制模块的MCU的RXD端连接，第一光耦N1的第四端通过第二电阻R2外接5V直流电压电源，第一集成电路U1的第二端与第一集成电路U1的第三端连接，第一集成电路U1的第三端通过第四电阻R4接地且与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极外接5V直流电压电源，三极管Q1的基极通过第五电阻R5与第一集成电路U1的第四端连接，第一集成电路U1的第四端通过第六电阻R6外接5V直流电压电源，第一集成电路U1的第四端与第二光耦N2的第四端连接，第二光耦N2的第三端接地，第二光耦N2的第一端外接5V直流电压电源，第二光耦N2的第二端通过第七电阻R7与控制模块的MCU的TXD端连接，第一集成电路U1的第五端接地，第一集成电路U1的第六端通过第九电阻R9接地，第一集成电路U1的第七端通过第八电阻R8接地，第一集成电路U1的第八端外接5V直流电压电源，第一双向稳压管TS1并联在第一集成电路U1的第六端和第七端之间，热敏电阻RT1与第一集成电路U1的第六端连接。
该RS485通讯电路中，由第一光耦N1和第二光耦N2进行通讯隔离，实现了控制模块与每个楼层的电能表之间进行电气隔离，而且由第一双向稳压管TS1以及热敏电阻RT1，能够实现该电路的过压保护以及过热保护，提高了通讯的可靠性。
具体的，所述控制模块中包括以下步骤：
步骤一：上电；
步骤二：密码验证，30秒内无输入或密码错误，则自动进入运行状态，通过密码验证，进入下一步；
步骤三：参数配置，所述参数配置包括APN、远端IP、端口号和电表地址；
步骤四：登陆网络；
步骤五：建立TCP透明传输链接，设备与后台主站服务器建立TCP透明传输链接，当设备建立TCP链接成功后，如果5分钟未收到来自网络的信息报文，设备会自动复位，重新发起TCP链接。
具体的，所述电源模块包括电源电路，电源电路包括第二集成电路U2、第二双向稳压管TS2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、钽电容E1、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、电感L1和二极管VD1，第二集成电路U2的型号为MP1584，第二集成电路U2的第七端外接12V直流电压电源，第二集成电路U2的第七端通过第二双向稳压管TS2接地，且第二集成电路U2的第七端通过第一电容C1接地，第二集成电路U2的第二端通过第十电阻R10与第二集成电路U2的第七端连接，第二集成电路U2的第六端通过第十一电阻R11接地，第二集成电路U2的第五端接地，第二集成电路U2的第八端通过第二电容C2与第二集成电路U2的第一端连接，第二集成电路U2的第三端通过第十二电阻R12和第三电容C3组成的串联电路接地，第二集成电路U2的第四端分别与第十三电阻R13和第十四电阻R14连接，第二集成电路U2的第一端通过二极管VD1接地，且二极管VD1的阳极接地，第二集成电路U2的第一端通过电感L1、第十三电阻R13和第十四电阻R14组成的串联电路接地，钽电容E1和第五电容C5均与第十三电阻R13和第十四电阻R14组成的串联电路并联。
带导轨式安装的Gateway可较方便的安装的每一层的RS485电能表旁边，减少RS485的走线。通过RS485通讯，Gateway对挂在属于自己区域的电能表数据进行采集，然后通过Gateway内部的4G模块，利用公网将电能表的计量数据上传给后台主站***，完成对用户用电信息的采集。每台Gateway下可下挂32台RS485电能表，用户实际安装时可根据RS485信号的强弱酌情增减下挂数量，4G模组采用上海移远公司的EC25 4G模组，支持4G、3G、2G、GPRS通讯。
产品上电后，指示灯常亮约4秒后熄灭，约2秒后指示灯灯亮，进入输入密码验证阶段，30秒内无输入或密码错误，则自动进入运行状态。如果通过密码验证，则进入参数配置流程，参数包含APN、远端IP、端口号、电表地址，为了方便工作，设置了反转指示灯的设置。配置完成后，进入APP Running，Gateway自动登陆网络，进入TCP透传工作状态。设备与后台主站服务器建立TCP透明传输链接成功后，指示灯常亮。通信时，指示灯闪烁。
设备正常上电后，如果初始化移动网络模块出现故障，模块会自动复位。当设备建立TCP链接成功后，如果5分钟未收到来自网络的信息报文，设备会自动复位，重新发起TCP链接。
综上所述，该低成本且易操作使电能表入网的Gateway设计简单，满足实用性的同时，又降低了设计成本。
具体的，所述控制模块通过RS485通讯模块与电能表连接的数量最多为32个。
具体的，所述第二集成电路U2的型号为MP1584。
具体的，所述MCU的型号为STM32FRBT6。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：包括控制模块、与控制模块电连接的存储模块、电源模块、4G通讯模块和RS485通讯模块；
电源模块，用于给控制模块、存储模块、4G通讯模块和RS485通讯模块提供电能；
控制模块，通过4G通讯模块与后台主站服务器无线连接，通过RS485通讯模块与每个楼层的电能表连接，将采集到的数据传输给存储模块；
存储模块用于将控制模块采集到的数据信息进行数据存储；
4G通讯模块用于实现后台主站服务器与控制模块之间无线连接；
RS485通讯模块用于实现电能表与控制模块之间通讯连接，进行数据传输；
RS485通讯模块包括RS485通讯电路，RS485通讯电路包括第一光耦、第二光耦、第一集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、三极管、第一双向稳压管和热敏电阻，第一集成电路的型号为SN65HVD3082ED，第一光耦的第一端通过第三电阻外接5V直流电压电源，第一光耦的第二端与第一集成电路的第一端连接，第一光耦的第三端接地，第一光耦的第四端通过第一电阻与控制模块的MCU的RXD端连接，第一光耦的第四端通过第二电阻外接5V直流电压电源，第一集成电路的第二端与第一集成电路的第三端连接，第一集成电路的第三端通过第四电阻接地且与三极管的集电极连接，三极管的发射极外接5V直流电压电源，三极管的基极通过第五电阻与第一集成电路的第四端连接，第一集成电路的第四端通过第六电阻外接5V直流电压电源，第一集成电路的第四端与第二光耦的第四端连接，第二光耦的第三端接地，第二光耦的第一端外接5V直流电压电源，第二光耦的第二端通过第七电阻与控制模块的MCU的TXD端连接，第一集成电路的第五端接地，第一集成电路的第六端通过第九电阻接地，第一集成电路的第七端通过第八电阻接地，第一集成电路的第八端外接5V直流电压电源，第一双向稳压管并联在第一集成电路的第六端和第七端之间，热敏电阻与第一集成电路的第六端连接。
2.根据权利要求1所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述控制模块中包括以下步骤：
步骤一：上电；
步骤二：密码验证，30秒内无输入或密码错误，则自动进入运行状态，通过密码验证，进入下一步；
步骤三：参数配置，所述参数配置包括APN、远端IP、端口号和电表地址；
步骤四：登陆网络；
步骤五：建立TCP透明传输链接，设备与后台主站服务器建立TCP透明传输链接，当设备建立TCP链接成功后，如果5分钟未收到来自网络的信息报文，设备会自动复位，重新发起TCP链接。
3.根据权利要求1所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述电源模块包括电源电路，电源电路包括第二集成电路、第二双向稳压管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、钽电容、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、电感和二极管，第二集成电路的型号为MP1584，第二集成电路的第七端外接12V直流电压电源，第二集成电路的第七端通过第二双向稳压管接地，且第二集成电路的第七端通过第一电容接地，第二集成电路的第二端通过第十电阻与第二集成电路的第七端连接，第二集成电路的第六端通过第十一电阻接地，第二集成电路的第五端接地，第二集成电路的第八端通过第二电容与第二集成电路的第一端连接，第二集成电路的第三端通过第十二电阻和第三电容组成的串联电路接地，第二集成电路的第四端分别与第十三电阻和第十四电阻连接，第二集成电路的第一端通过二极管接地，且二极管的阳极接地，第二集成电路的第一端通过电感、第十三电阻和第十四电阻组成的串联电路接地，钽电容和第五电容均与第十三电阻和第十四电阻组成的串联电路并联。
4.根据权利要求1所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述控制模块通过RS485通讯模块与电能表连接的数量最多为32个。
5.根据权利要求3所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述第二集成电路的型号为MP1584。
6.根据权利要求1所述的一种低成本且易操作使电能表入网的Gateway，其特征在于：所述MCU的型号为STM32FRBT6。
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