一种信息采集远端通信终端的制作方法

1.本实用新型涉及通讯电路模块设计技术，具体地讲，是涉及一种信息采集远端通信终端。


背景技术：

2.随着科技的发展，各种设备器件的运行都离不开电力的使用。用电信息的采集和监控是电网运行与管理的重要组成部分。目前一般是在用电终端的合适点位配置相应的采集终端来获取相关的用电信息，但是目前采用的终端结构较为庞大，重量又重，导致生产制造和维护成本很高，而且在面对一些相对狭窄的安装应用空间时还无法满足现场的实际需求。因此，亟需改进。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种基本功能齐全、结构简化的小型化信息采集远端通信终端，以适应特定实际应用场景的需求。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种信息采集远端通信终端，包括用于封装的外壳，设置于外壳内并通过相应接口连接的第一pcb板和第二pcb板，所述第一pcb板上承载有开关电源模块和时钟电路单元，第二pcb板上承载有主芯片电路、通讯模块、485电路和电源转换电路；所述开关电源模块接入交流输入并转换为直流后输出至时钟电路单元、电源转换电路；所述时钟电路单元由开关电源模块供电，并与主芯片电路通信校准时间以提供标准时间计时；所述电源转换电路用于将开关电源模块的直流供电转换为主芯片电路、通讯模块和485电路所需所需的直流电压；所述485电路用于采集外部电表数据并转换为对应的差分信号后通过主芯片电路和通讯模块进行远距离发送；所述主芯片电路用于处理通信数据；所述通讯模块用于将采集并处理后的数据向远端发送。
6.具体的，所述第二pcb板上设有用于在外壳上显示终端运行状态对应颜色的led指示电路。
7.具体的，所述开关电源模块包括连接于交流火线进线端l和交流零线进线端n之间的压敏电阻rv1，一端连接交流火线进线端l的保险丝管f1，一端接保险丝管f1另一端且另一端接交流零线进线端n的保护电阻r1，与保护电阻r1并联的安规电容c1，分别连接于安规电容c1两端的电感l1和电感l2，进线端与电感l1和电感l2的另一端连接的桥堆芯片u1，与桥堆芯片u1的正输出端连接的热敏电阻rt1，一端接桥堆芯片u1负输出端且另一端接热敏电阻rt1另一端的电解电容c3，以及与电解电容c3两端连接并转换输出直流的高频开关转换单元。
8.具体的，所述高频开关转换单元包括型号为topswitch224的高频开关芯片ic1和高频变压器t1，其中高频变压器t1的初级电源端一端接电解电容c3正极，另一端接高频开关芯片ic1的drain引脚，高频变压器t1的初级反馈端通过二极管d3、电容c3和电容c4接高
频开关芯片ic1的source引脚并通过电容c8接地，高频变压器t1的次级接二级滤波单元，高频开关芯片ic1的source引脚接电解电容c3负极，高频开关芯片ic1的control引脚通过采样电路连接二级滤波单元。
9.具体地，所述采样电路包括连接于高频开关芯片ic1的source引脚和control引脚之间的电容c5，并联后一端连接高频开关芯片ic1的control引脚且另一端接地的电容c6和电容c7，输出端分别接高频开关芯片ic1的control引脚和高频变压器t1的初级反馈端的光耦n1，连接于光耦n1输入端之间的电阻r3和电阻r4，负极与光耦n1一输入端连接的二极管d5，串联后与二极管d5并联的电阻r2和电容c9，以及串联后一端接二极管d5正极且另一端接二级滤波单元的电阻r6和电阻r7，其中电阻r7还通过电阻r5接地，电阻r3还与二级滤波单元连接。
10.具体地，所述二级滤波单元包括二极管d4、电感l3、电感l4、电感l5、电解电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r9和电阻r10，二极管d4正极接高频变压器t1的次级正输出端，电解电容c10一端接二极管d4负极，另一端接高频变压器t1的次级负输出端并接地，电容c11与电解电容c10并联，电感l3一端接二极管d4负极，电容c12一端接电感l3另一端且另一端接地，电容c13和电阻r9均与电容c12并联，电感l4和电感l5分别连接于电阻r9的两端，电感l5另一端接地，电阻r10一端连接电感l4另一端且另一端接地，该电感l4和电阻r10连接的一端作为直流供电输出，并通过瞬态二极管tvs1接地。
11.具体地，所述时钟电路单元包括时钟芯片ic2，一端接3.3v供电且另一端接时钟芯片ic2的scl引脚的电阻r11，一端接3.3v供电且另一端接时钟芯片ic2的sda引脚的电阻r12，依次串联后正极接5v供电的二极管d6、d7、d8和d9，一端与二极管d9负极连接且另一端接时钟芯片ic2的vdd引脚的电阻r15，以及正极接电池bt1且负极接电阻r15的二极管d10，其中，时钟芯片ic2的scl引脚和sda引脚均与主芯片电路连接通信。
12.具体地，所述电源转换电路包括用于为485电路和主芯片电路供电的第一电源转换电路和用于为通讯模块供电的第二电源转换电路；所述第一电源转换电路包括稳压芯片ic3，以及与稳压芯片ic3连接的电容c16、电容c17、电容c18和瞬态二极管tvs2；所述第二电源转换电路包括稳压芯片ic4，以及与稳压芯片ic4连接的电阻r17、r18、r19和电容c20、c21、c22、c23。
13.具体地，所述485电路包括转换芯片ic5，一端接5v供电且另一端接转换芯片ic5的ro引脚的电阻r26，依次串联后一端接转换芯片ic5的ro引脚且另一端接地的电阻r27和电阻r28，一端接5v供电且另一端接转换芯片ic5的re和de引脚的电阻r25，集电极与转换芯片ic5的re和de引脚连接且发射极与与转换芯片ic5的gnd引脚连接的三极管q2，一端接转换芯片ic5的di引脚且另一端接三极管q3基极的电阻r25，一端接转换芯片ic5的di引脚且另一端接主芯片电路的电阻r9，一端接转换芯片ic5的a引脚且另一端作为一路差分信号485a输出的电阻r29，并联后一端接电阻r29另一端且另一端接5v供电的电阻r30和瞬态二极管tvs3，一端接转换芯片ic5的b引脚且另一端作为另一路差分信号485b输出的电阻r31，并联后一端接电阻r31另一端且另一端接地的电阻r32和瞬态二极管tvs4，以及连接于两路差分信号之间的瞬态二极管tvs5，其中转换芯片ic5的vcc引脚接5v供电并通过电容c24接地。
14.具体地，所述主芯片电路采用stm32单片机电路，所述通讯模块采用型号为n58的4g通信模块。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型巧妙对采集终端的通信部分进行结构简化和小型化设计，在保留必要功能的基础上使终端的结构尺寸更加符合现场装配的实现需求，大大提高了在各电力柜、机柜内安装的便捷性，并通过开关电源供电的设计提高了终端运行的稳定性。本实用新型设计巧妙，结构简单，使用方便，成本低廉，适于在采集终端通信中应用。
附图说明
17.图1为本实用新型-实施例的原理框图。
18.图2为本实用新型-实施例中开关电源模块的电路原理图。
19.图3为本实用新型-实施例中时钟电路单元的电路原理图。
20.图4为本实用新型-实施例中第一接口的电路原理图。
21.图5为本实用新型-实施例中第一电源转换电路的电路原理图。
22.图6为本实用新型-实施例中第二电源转换电路的电路原理图。
23.图7为本实用新型-实施例中485电路单元的电路原理图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。
25.实施例
26.如图1至图7所示，该信息采集远端通信终端，包括用于封装的外壳，设置于外壳内并通过相应接口连接的第一pcb板和第二pcb板，所述第一pcb板上承载有开关电源模块和时钟电路单元，第二pcb板上承载有主芯片电路、通讯模块、485电路和电源转换电路；所述开关电源模块接入交流输入并转换为直流后输出至时钟电路单元、电源转换电路；所述时钟电路单元由开关电源模块供电，并与主芯片电路通信校准时间以提供标准时间计时；所述电源转换电路用于将开关电源模块的直流供电转换为主芯片电路、通讯模块和485电路所需所需的直流电压；所述485电路用于采集外部电表数据并转换为对应的差分信号后通过主芯片电路和通讯模块进行远距离发送；所述主芯片电路用于处理通信数据；所述通讯模块用于将采集并处理后的数据向远端发送。
27.具体的，所述第二pcb板上设有用于在外壳上显示终端运行状态对应颜色的led指示电路。
28.具体的，所述开关电源模块包括连接于交流火线进线端l和交流零线进线端n之间的压敏电阻rv1，一端连接交流火线进线端l的保险丝管f1，一端接保险丝管f1另一端且另一端接交流零线进线端n的保护电阻r1，与保护电阻r1并联的安规电容c1，分别连接于安规电容c1两端的电感l1和电感l2，进线端与电感l1和电感l2的另一端连接的桥堆芯片u1，与桥堆芯片u1的正输出端连接的热敏电阻rt1，一端接桥堆芯片u1负输出端且另一端接热敏电阻rt1另一端的电解电容c3，以及与电解电容c3两端连接并转换输出直流的高频开关转换单元。
29.具体的，所述高频开关转换单元包括型号为topswitch224的高频开关芯片ic1和高频变压器t1，其中高频变压器t1的初级电源端一端接电解电容c3正极，另一端接高频开
关芯片ic1的drain引脚，高频变压器t1的初级反馈端通过二极管d3、电容c3和电容c4接高频开关芯片ic1的source引脚并通过电容c8接地，高频变压器t1的次级接二级滤波单元，高频开关芯片ic1的source引脚接电解电容c3负极，高频开关芯片ic1的control引脚通过采样电路连接二级滤波单元。
30.具体地，所述采样电路包括连接于高频开关芯片ic1的source引脚和control引脚之间的电容c5，并联后一端连接高频开关芯片ic1的control引脚且另一端接地的电容c6和电容c7，输出端分别接高频开关芯片ic1的control引脚和高频变压器t1的初级反馈端的光耦n1，连接于光耦n1输入端之间的电阻r3和电阻r4，负极与光耦n1一输入端连接的二极管d5，串联后与二极管d5并联的电阻r2和电容c9，以及串联后一端接二极管d5正极且另一端接二级滤波单元的电阻r6和电阻r7，其中电阻r7还通过电阻r5接地，电阻r3还与二级滤波单元连接。
31.具体地，所述二级滤波单元包括二极管d4、电感l3、电感l4、电感l5、电解电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r9和电阻r10，二极管d4正极接高频变压器t1的次级正输出端，电解电容c10一端接二极管d4负极，另一端接高频变压器t1的次级负输出端并接地，电容c11与电解电容c10并联，电感l3一端接二极管d4负极，电容c12一端接电感l3另一端且另一端接地，电容c13和电阻r9均与电容c12并联，电感l4和电感l5分别连接于电阻r9的两端，电感l5另一端接地，电阻r10一端连接电感l4另一端且另一端接地，该电感l4和电阻r10连接的一端作为直流供电输出，并通过瞬态二极管tvs1接地。
32.具体地，所述时钟电路单元包括时钟芯片ic2，一端接3.3v供电且另一端接时钟芯片ic2的scl引脚的电阻r11，一端接3.3v供电且另一端接时钟芯片ic2的sda引脚的电阻r12，依次串联后正极接5v供电的二极管d6、d7、d8和d9，一端与二极管d9负极连接且另一端接时钟芯片ic2的vdd引脚的电阻r15，以及正极接电池bt1且负极接电阻r15的二极管d10，其中，时钟芯片ic2的scl引脚和sda引脚均与主芯片电路连接通信。
33.具体地，所述电源转换电路包括用于为485电路和主芯片电路供电的第一电源转换电路和用于为通讯模块供电的第二电源转换电路；所述第一电源转换电路包括稳压芯片ic3，以及与稳压芯片ic3连接的电容c16、电容c17、电容c18和瞬态二极管tvs2；所述第二电源转换电路包括稳压芯片ic4，以及与稳压芯片ic4连接的电阻r17、r18、r19和电容c20、c21、c22、c23。
34.具体地，所述485电路包括转换芯片ic5，一端接5v供电且另一端接转换芯片ic5的ro引脚的电阻r26，依次串联后一端接转换芯片ic5的ro引脚且另一端接地的电阻r27和电阻r28，一端接5v供电且另一端接转换芯片ic5的re和de引脚的电阻r25，集电极与转换芯片ic5的re和de引脚连接且发射极与与转换芯片ic5的gnd引脚连接的三极管q2，一端接转换芯片ic5的di引脚且另一端接三极管q3基极的电阻r25，一端接转换芯片ic5的di引脚且另一端接主芯片电路的电阻r9，一端接转换芯片ic5的a引脚且另一端作为一路差分信号485a输出的电阻r29，并联后一端接电阻r29另一端且另一端接5v供电的电阻r30和瞬态二极管tvs3，一端接转换芯片ic5的b引脚且另一端作为另一路差分信号485b输出的电阻r31，并联后一端接电阻r31另一端且另一端接地的电阻r32和瞬态二极管tvs4，以及连接于两路差分信号之间的瞬态二极管tvs5，其中转换芯片ic5的vcc引脚接5v供电并通过电容c24接地。
35.具体地，所述主芯片电路采用stm32单片机电路，所述通讯模块采用型号为n58的
4g通信模块。
36.本实用新型的工作过程如下：
37.第一pcb板包括开关电源和时钟电路两部分，为减小尺寸空间和重量采用了开关电源方案设计，开关电源交流输入前端采用了简单的过压、过流保护和emi抗干扰电路，交流220v～输入首先经压敏、保险丝管和emi电路，其中采用压敏电阻vr1 20d681k吸收雷击浪涌，玻璃保险丝管f1 t1.0a/250v防止后级电路过流熔断保护，emi由安规电容c1 0.047uf/330v、磁珠l1、l2(clh1608t-22nj-s)组成的差模和共模滤波，经过保护和抗干扰后再进行桥堆u1 lb10s和高压电解电容c2 10uf/400v的整流滤波，其中rt1 22ntc是上电瞬间对电解电容c2充电，形成的瞬间大电流的限流作用，形成直流高压300v功开关电源电路，主要经高频变压器初级供给高频开关管芯片ic1topswitch221y，在开关芯片内产生振荡脉冲，开关管导通变压器初级进行储能，同时变压器偏置级反馈初级端的感应电压回开关芯片，其控制振荡脉冲的脉宽占空比，便于输出控制，由于采用的是反激式方式，开关管断开时，初级线圈释放能量，次级感应电压经过肖特基二极管d4 fmb-29l和滤波电容c10 470uf/35v整流滤波后输出，为减小纹波和噪声，后级采用了π型滤波，由c11 0.1uf、电感l3 3.3uh 6.5a和电容c12 330uf/25v进行滤波，输出5.0v直流电压供负载，由比较器d5 tl431、光耦n1 nec2501、取样电阻r6 0欧姆、r7 10k、r5 10k组成采用比较控制电路，将开关电源输出到负载的直流电压5.0v进行取样，与d5 tl431内部的2.5v基准电压比较，产生的误差电压信号经过光耦隔离，送开关电源的偏置级，一起将此时的电压值送开关芯片处理，由开关芯片内部处理后，来调整脉冲宽度的占空比，即调整高频变压器初级部分的储能，这样次级感应到的电压也相应变化，最后达到所需要的直流电源值。
38.时钟电路由时钟芯片ic2 rx-8025t和周边阻容器件构成，上电后，通过时钟芯片ic2 rx-8025t的第2脚scl、第13脚sda与主板芯片通信，设置好当前对应的标准时间，同时也读出当前时间，进行校对，该时钟芯片rx-8025t是带温度补偿的，内部时钟受外界环境温度影响而自动进行时钟频率的调整，从而实现误差小的时间值，另再掉电情况下，由旁边的3.6v锂电池供电，通过二极管d10 ll4148送给时钟芯片，平时由电源电压5.0v通过d6～d9 ll4148降压(降压后的电压值大于电池降压后的电压值)供时钟芯片，让时钟芯片正常工作并保持正常的时间值，在掉电情况由电池供时钟芯片电压，主要是保持时钟芯片内部的时钟能正常振荡计时。
39.经过开关电源处理产生的基准直流电压和时钟时间数据就通过双排插针con1送主电路板，给主电路板供电和提供时间信息。
40.第二pcb板包括主芯片电路、两路485电路、电源转换电路、sim卡接口电路、红外和存储电路及指示灯电路部分。主芯片采用stm32f020 48pin扁平封装，32位的微处理器，嵌入式芯片，内部集成的异步通信口和普通io口数量满足实际需求，工作电压3.3v，振荡频率8mhz，属低功耗型工作状态，主芯片配置4路异步口分别对应第10、11脚usart4tx/rx、第12、13脚usart2tx/rx、第21、22脚uart3tx/rx、第29、30脚uart1tx/rx，各自对应4g通信模块、红外通信、485ii通信和485i通信，第25、26脚两路普通io口模拟串行clk、sda与电源板的时钟芯片通信，第15～18脚为主芯片普通io口，分别模拟spi方式对应的mosi、clk、miso、cs信号，与外置flash串行芯片通信，保存数据信息。第28脚、第27脚、第33脚作为普通io口驱动外部指示灯，作为终端工作状态指示。第40脚到第43脚和46脚，作为普通io口分别对应
pwrkey、reset、state1、state0、poweroff，与n58模块对应引脚连接通信。
41.电源转换电路接由电源板接口上来的主电压5.0v，一路第二电源转换电路送ic4 mic29302bt-4.0v稳压芯片及周边相关阻容元器件构成的稳压电路，将5.0v电压转换为n58通信模块供电用的3.8v电压，其中r18 110k、r19 47k为取样电阻，实现所需输出电压的调节作用。电阻r20 1k、q1 9014组成控制电路，在不使用n58模块时，由主芯片第46脚gprspowoff进行控制，高电平不输出n58模块电源电压，低电平输出。另一路第一电源转换电路经过c16 0.1uf滤波到ic3 1117-3.3稳压芯片，生成稳定的3.3v电压，再经过c17 0.1uf、c18 220uf/16v电容滤波，形成稳定纹波小的直流电压，同时接瞬态抑制二极管tvs2smb5.0ca进行瞬间高压抑制，保护主芯片不受高压损坏。
42.两路485电路，主要是采集外部电表数据或相关485接口设备信息的，由于两路电路一样，仅介绍一路，由主芯片发出的异步通信信息tx，到电阻r24 200限流，再一路到485转换芯片ic5 isl3152的di脚数据接收端口，另一路经过电阻r25 1k到控制三极管q2 9014的基极，其三极管集电极上拉r25 10k电阻到供电电压5v端，三极管集电极作为输出到转换芯片ic5的re、de脚，进行数据流流向控制，低电平为接收(电平转换器接收)，高电平为发送，其控制电平是根据发送数据高、低电平控制，数据为高电平时，转换芯片re、de脚由q2反转后成低电平，转换器处于接收状态，但同时转换器芯片di脚接收电平为高平时，转换器差分输出为高电平表示，当异步通信信息发送为低电平时，转换芯片接收di为低电平，控制端经过低电平反转为高电平(发送状态)，此时转换芯片输出差分为低电平方式，芯片采用isl3152，属半双工状态，收、发是分时复用，速率可达0.1mbps，满足信息传输速率要求，转换芯片为差分输出方式，能远距离传输数据，抗干扰能力强，差分电路上有r29 10、r31 10为限流电阻，r30 1k、r32 1k为上、下拉，作为驱动供电端，tvs3～tvs5为瞬态抑制二极管smb6.5ca，用于吸收瞬间高压(如静电)对转换电平芯片的影响。主芯片通过485电路将信息电平进行转换为差分信号，以便于长距离、稳定、可靠的信息传输。
43.红外电路主要用于现场指令设置和数据查询等，由红外接收头ic hs0038b、周边阻容电路构成，主要是红外接收头接收如掌上机或其它设备红外发送头发出的数据信息。指示灯是终端状态的具体表现，有绿色运行灯表示终端是否正常运行，由绿色发光二极管和相应电阻组成，上行红色灯由红色发光二极管及相应电阻组成，表示终端往4g远端通信状态是否正常运行，下行绿色灯由绿色发光二极管和相应电阻组成，表示终端往电表抄收数据状态是否正常，网络指示灯绿色由绿色发光二极管及相应电阻和三极管组成，表示4g通信模块状态正常否。4g通信模块的sim卡接口设置在主电路板上，其接口端配置sim卡simcard smpt08-c0-0190卡，该卡为弹出式，操作方便易行，卡接口有通信接口端，分别为simvcc、simio、simclk、simreset，是与n58模块的对应引件通信连接，信号引脚分别配置滤波电容、防静电esd管、限流降噪电阻。该主电路板与n58通信模块的接口，主要为两个单排插座con3、con4 1x10，分别提供模块电源和数据端口、控制端口。
44.上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。