一种电力宽带入户终端系统的主控板技术方案

本发明专利技术提供了一种电力宽带入户终端系统的主控板，其集成了以太网模块、电源接口模块、指示灯模块、MCU模块，其能将智能电表、电源转换模块、交换机模块有机联系起来，进而对各模块是否正常工作进行监控。通过主控板对能终端系统的数据上行的控制，电网公司可通过电网公司服务器远程读取智能电表采集的用户用电信息,同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看智能电表采集的用户用电信息。通过主控板对能终端系统的数据下行的控制，电网公司可远程发出指令来时智能电表执行相应的操作,同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看电网公司传来的信息。

A main control board for electric power broadband terminal system

The invention provides a main control board for electric broadband terminal system, which integrates Ethernet module, interface module, power supply indicator lamp module, MCU module, the intelligent meter, power conversion module, switch module organically, and to monitor the work of each module is normal. The main control board of the data terminal system uplink control, Power Grid Corp through the Power Grid Corp server remotely read smart meter acquisition of electricity users, and users can enter the computer through the WEB server address in the browser, view the smart meter collection from the web user electricity information. By controlling the data downlink of the energy terminal system through the main control panel, when the Power Grid Corp can send instructions to the remote terminal, the smart meter performs corresponding operation. Meanwhile, users can enter the WEB server address in the browser through the computer, and check the information coming from the webpage from the web page.

【技术实现步骤摘要】
一种电力宽带入户终端系统的主控板
本专利技术涉及一种主控板，具体是一种电力宽带入户终端系统的主控板，属于通讯设备配件

技术介绍
随着社会的发展，目前几乎家家户户都接入了互联网，而且每个家庭上网的设备往往不止一台，如台式计算机需要上网，智能手机需要上网，智能电视需要上网，在不远的将来家庭会进入物联网时代，到时候电冰箱、空调、电视机也都需要接入互联网。如果这些设备联网时都依赖网线，会造成线路布局凌乱，如果采用无线路由器进行联网，又会存在信号不稳定、干扰严重等问题。由于大部分需要联网的设备都通过电力线进行供电，如果利用电力线载波技术将入户的网络信号调制到家庭的入户电力线中，这样家中的所有智能设备既可以通过电力线供电，也可以通过电力线上网，从而很好地解决了以上问题。同时，在21世纪初，电网方面也提出了智能电网的概念。传统的电网监控需要依赖大量的人力进行电表抄表、设备检查、电路通短控制等操作，其运行效率低下，故障频发，人力成本高。因此市面上亟需相关的智能电网技术来替代人力，利用智能电网技术，即可实现远程抄表、远程故障检测、远程故障隔离、远程控制等多种功能。为此，我们设计了一种电力宽带入户终端系统，其在实现智能电网基本功能的同时，还能够如果将入户的网络信号调制到家庭的电力输出总线中，使用户家中的所有智能设备不需要另外进行网络部署，即可使用原有的电力线实现稳定上网。该终端系统由智能电表、电源转换模块、交换机模块、主控板、电力猫模块及相关线路组成，其中智能电表、电源转换模块、交换机模块、电力猫模块都可以直接采用现有产品，因此主控板则成为了该终端系统的设计关键。专利
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电力宽带入户终端系统的主控板，其在终端系统中起到将智能电表、电源转换模块、交换机模块有机联系起来并控制数据上行和下行的作用。本专利技术的具体技术方案如下：一种电力宽带入户终端系统的主控板，其集成了以太网模块、电源接口模块、指示灯模块、MCU模块；以太网模块采用USR-TCP232-E2嵌入式以太网模块，其内部集成WEB服务器功能，其网络接口端设有网线连接终端系统的交换机模块的第三个RJ45端口，其信号端连接到MCU模块；电源接口模块承接电源转换模块的供电，进而转换成多种电压接口为主控板进行供电；指示灯模块设有2个工作指示灯和一组多彩指示灯，指示灯模块与MCU模块相连接并由工作指示灯对整个主控板的工作状态进行指示；MCU模块由STM32系列芯片及外围电路构成，其作为整个主控板的主控部分，其设有RS485接口并通过RS485总线与终端系统的智能电表的RS485接口相连接。本电力宽带入户终端系统的主控板将智能电表、电源转换模块、交换机模块有机联系起来，进而对各模块是否正常工作进行监控。通过主控板对能终端系统的数据上行的控制，电网公司可通过电网公司服务器远程读取智能电表采集的用户用电信息,同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看智能电表采集的用户用电信息。通过主控板对能终端系统的数据下行的控制，电网公司可远程发出指令来时智能电表执行相应的操作,同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看电网公司传来的信息。附图说明图1为本专利技术主控板的硬件组成以及主控板在终端系统中与其他模块的连接示意图。图2为主控板与智能电表的通信规约的字节格式。图3为主控板与智能电表的通信规约的帧格式。图4为主控板的MCU模块的电路图。图5为MCU模块的RS485接口转换电路图。图6为MCU模块与以太网模块的接口电路图。图7为主控板的以太网模块的核心电路连接图。图8为主控板的电源接口模块的电路图。图9为主控板的指示灯模块工作指示灯的电路图。图10为主控板控制数据上行工作流程图。图11为主控板控制数据下行工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，本电力宽带入户终端系统的主控板集成了以太网模块、电源接口模块、指示灯模块、MCU模块；以太网模块采用USR-TCP232-E2嵌入式以太网模块，其内部集成WEB服务器功能，其网络接口端设有网线连接终端系统的交换机模块的第三个RJ45端口，其信号端连接到MCU模块；电源接口模块承接电源转换模块的供电，进而转换成多种电压接口为主控板进行供电；指示灯模块设有2个工作指示灯和一组多彩指示灯，指示灯模块与MCU模块相连接并由工作指示灯对整个主控板的工作状态进行指示；MCU模块由STM32系列芯片及外围电路构成，其作为整个主控板的主控部分，其设有RS485接口并通过RS485总线与终端系统的智能电表的RS485接口相连接。主控板与智能电表的通信规约设置如下：1）、字节格式每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11位。其传输序列如图2所示，D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位，先传低位，后传高位。2）、帧格式帧格式如图3所示。帧格式中的校验码部分按照以下算法生成：（1）将帧起始符的数据一直到帧数据域的全部数据按照0和1的二进制序列进行排列，形成一长串由0与1组成的序列，记为K；（2）设置以下几组数：a、1011；b、100110；c、11010011；d、1101001110；f、101111111101；g、1011111000110101；（3）将序列K与a至f中的任意序列进行异或运算，具体选择哪一个序列根据实际通信速率、对错误的容忍度进行确定，然后在运算结果中再加入8bit的奇偶校验位，将整个总的需要序列放入校验位中作为整体校验数据。3）、帧格式数据域部分为了进一步增加数据的容错性、让错误数据更容易被发现，在帧格式数据域的末尾，添加一个数字，这个数字为数据域所有数字的和。由于智能电表的数据变化在短时间能不会非常大，但是如果遇到雷击、大型电机启动等强干扰时，信号线路往往会满偏或者置零，这时候局部或整体数据的变换非常大，在服务器端，我们通过对这个数字进行求导，判断这个导数的平顺性，即可发现整个帧的数字是否靠谱，从而将不靠谱的数据丢弃。所述MCU模块由STM32F103芯片及外围电路构成，其作为整个主控板的主控部分；如图2所示，STM32F103芯片的68、69脚分别串接电阻R3、R41后分别作为信号接收端RXD和信号发送端TXD，STM32F103芯片的12和13脚接外部时钟电路，14脚接复位电路；VDD3.3V端接电感L1的一端，电感L1的另一端接电容C3和C4的一端，电容C3和C4的另一端接地，电感L1的另一端作为VDDA端接入STM32F103芯片的22脚；VDD5V端经REF3133芯片转换为标准3.3V电源，再串接电阻R12后输入STM32F103芯片的21脚作为基准正电压VREF+端，电阻R12的两端还分别串接电容C9、C10后接PGND端；STM32F103芯片的50、75、100、28、11脚接VDD3.3V端，VDD3.3V端接电容C13～C20的一端，电容C13～C20的另一端接地；所述MCU模块设有RS485总线接口并通过RS485总线与智能电表的RS485接口相连接，如图3所示，STM32F103芯片的47、48脚分别串接电阻R6、R40后接入RS485接口通讯芯片MAX485芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力宽带入户终端系统的主控板，其特征是：所述主控板集成了以太网模块、电源接口模块、指示灯模块、MCU模块；以太网模块采用USR‑TCP232‑E2嵌入式以太网模块，其内部集成WEB服务器功能，其网络接口端设有网线连接终端系统的交换机模块的第三个RJ45 端口，其信号端连接到MCU模块；电源接口模块承接电源转换模块的供电，进而转换成多种电压接口为主控板进行供电；指示灯模块设有2个工作指示灯和一组多彩指示灯，指示灯模块与MCU模块相连接并由工作指示灯对整个主控板的工作状态进行指示；MCU模块由STM32系列系列芯片及外围电路构成，其作为整个主控板的主控部分，其设有RS485接口并通过RS485总线与终端系统的智能电表的RS485接口相连接；所述主控板与智能电表的通信规约设置为：1）、字节格式每字节含8 位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11 位，D0 是字节的最低有效位，D7 是字节的最高有效位，先传低位，后传高位；2）、帧格式帧格式中的校验码部分按照以下算法生成：（1）将帧起始符的数据一直到帧数据域的全部数据按照0和1的二进制序列进行排列，形成一长串由0与1组成的序列，记为K；（2）设置以下几组数：a、1011；b、1001 10；c、1101 0011；d、1101 0011 10；f、1011 1111 1101 ；g、1011 1110 0011 0101；（3）将序列K与a至f中的任意序列进行异或运算，具体选择哪一个序列根据实际通信速率、对错误的容忍度进行确定，然后在运算结果中再加入8bit的奇偶校验位，将整个总的需要序列放入校验位中作为整体校验数据；3）、帧格式数据域部分在帧格式数据域的末尾，添加一个数字，这个数字为数据域所有数字的和，计算方法为：调用主控板中MCU模块的N个加法单元，每个加法单元只把两个数相加，然后输出这两个数的和，再调用N/2个加法单元，将前述的数字和以两个为一组，进行相加，输出和，进而再调用N/4个加法单元，重复以上步骤，最后得出一个数字和；所述主控板的控制工作流程包括数据上行和数据下行两个部分，具体如下：（1）数据上行工作流程a）各模块上电、初始化；b）MCU模块检查智能电表模块、电源转换模块、交换机模块、电力猫模块、以太网模块是否正常，如果发现异常，指示灯模块指示故障；c）MCU模块通过RS485接口读取智能电表的数据信息，数据信息包括但不限于用电量、剩余电量、有功功率、无功功率、谐波情况、电能质量的信息，如果发现异常，指示灯模块指示故障；d）MCU模块将得到的数据信息按照主控板与智能电表的通信规约的格式进行整合，并加入校验码，再上传至以太网模块，由以太网模块经交换机模块将数据上传到电网公司服务器和以太网模块内部指向的WEB服务器；e）电网公司可通过电网公司服务器远程读取智能电表采集的用户用电信息，同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看智能电表采集的用户用电信息；（2）数据下行工作流程a）各模块上电、初始化；b）MCU模块检查智能电表模块、电源转换模块、交换机模块、电力猫模块、以太网模块是否正常，如果发现异常，指示灯模块指示故障；c）在MCU模块中设置侦听数据的IP地址和相应的端口号；d）电网公司服务器发出指令数据经过交换机传入以太网模块，再由以太网模块将数据发送给MCU模块，MCU模块控制要侦听的数据，如果遇到需要侦听的数据，将其解析，分析其控制指令，并传输至智能电表和以太网模块内部指向的WEB服务器上，如MCU模块长时间侦听不到数据，指示灯模块指示故障；e）MCU模块通过RS485接口将控制指令传输至智能电表，智能电表执行控制指令；用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看电网公司传来的信息。...

【技术特征摘要】
1.一种电力宽带入户终端系统的主控板，其特征是：所述主控板集成了以太网模块、电源接口模块、指示灯模块、MCU模块；以太网模块采用USR-TCP232-E2嵌入式以太网模块，其内部集成WEB服务器功能，其网络接口端设有网线连接终端系统的交换机模块的第三个RJ45端口，其信号端连接到MCU模块；电源接口模块承接电源转换模块的供电，进而转换成多种电压接口为主控板进行供电；指示灯模块设有2个工作指示灯和一组多彩指示灯，指示灯模块与MCU模块相连接并由工作指示灯对整个主控板的工作状态进行指示；MCU模块由STM32系列系列芯片及外围电路构成，其作为整个主控板的主控部分，其设有RS485接口并通过RS485总线与终端系统的智能电表的RS485接口相连接；所述主控板与智能电表的通信规约设置为：1）、字节格式每字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位（1），共11位，D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位，先传低位，后传高位；2）、帧格式帧格式中的校验码部分按照以下算法生成：（1）将帧起始符的数据一直到帧数据域的全部数据按照0和1的二进制序列进行排列，形成一长串由0与1组成的序列，记为K；（2）设置以下几组数：a、1011；b、100110；c、11010011；d、1101001110；f、101111111101；g、1011111000110101；（3）将序列K与a至f中的任意序列进行异或运算，具体选择哪一个序列根据实际通信速率、对错误的容忍度进行确定，然后在运算结果中再加入8bit的奇偶校验位，将整个总的需要序列放入校验位中作为整体校验数据；3）、帧格式数据域部分在帧格式数据域的末尾，添加一个数字，这个数字为数据域所有数字的和，计算方法为：调用主控板中MCU模块的N个加法单元，每个加法单元只把两个数相加，然后输出这两个数的和，再调用N/2个加法单元，将前述的数字和以两个为一组，进行相加，输出和，进而再调用N/4个加法单元，重复以上步骤，最后得出一个数字和；所述主控板的控制工作流程包括数据上行和数据下行两个部分，具体如下：（1）数据上行工作流程a）各模块上电、初始化；b）MCU模块检查智能电表模块、电源转换模块、交换机模块、电力猫模块、以太网模块是否正常，如果发现异常，指示灯模块指示故障；c）MCU模块通过RS485接口读取智能电表的数据信息，数据信息包括但不限于用电量、剩余电量、有功功率、无功功率、谐波情况、电能质量的信息，如果发现异常，指示灯模块指示故障；d）MCU模块将得到的数据信息按照主控板与智能电表的通信规约的格式进行整合，并加入校验码，再上传至以太网模块，由以太网模块经交换机模块将数据上传到电网公司服务器和以太网模块内部指向的WEB服务器；e）电网公司可通过电网公司服务器远程读取智能电表采集的用户用电信息，同时用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看智能电表采集的用户用电信息；（2）数据下行工作流程a）各模块上电、初始化；b）MCU模块检查智能电表模块、电源转换模块、交换机模块、电力猫模块、以太网模块是否正常，如果发现异常，指示灯模块指示故障；c）在MCU模块中设置侦听数据的IP地址和相应的端口号；d）电网公司服务器发出指令数据经过交换机传入以太网模块，再由以太网模块将数据发送给MCU模块，MCU模块控制要侦听的数据，如果遇到需要侦听的数据，将其解析，分析其控制指令，并传输至智能电表和以太网模块内部指向的WEB服务器上，如MCU模块长时间侦听不到数据，指示灯模块指示故障；e）MCU模块通过RS485接口将控制指令传输至智能电表，智能电表执行控制指令；用户可通过电脑在浏览器中输入WEB服务器地址，从网页查看电网公司传来的信息。2.根据权利要求1所述的终端系统，其特征是：在数据下行工作流程的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃柳思，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45