網絡智能表計量終端的dcpl現場總線及網絡預收費網橋的製作方法
2023-05-20 18:22:11
專利名稱：網絡智能表計量終端的dcpl現場總線及網絡預收費網橋的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種網絡智能表具計量終端的DCPL現場總線及網絡預收費網橋，即DCPL網絡智能型水錶終端、DCPL網絡智能型煤氣表終端、DCPL網絡智能家庭用戶配電終端的DCPL現場總線，以及與該總線匹配的網絡預收費網橋，以建立接入DCPL通訊結構的網絡平臺。其中DCPL為DirectCurrent Power Line。
背景技術：
現有的現場總線有很多種，其中主要的有FF(Founda，tionfieldbus)、控制區域網路CAN(Controller Area Netwoek)、局部操作網絡Lon Works(locaIOperatingNetwork)、過程現場總線PROFIBUS(Process FieldBus)和HART協議(Highway Addressable Remote Transducer)以及DeviceNet、ControlNet、P-NET、RS485等。上述現有的現場總線都無法直接應用在網絡智能水錶終端、網絡智能家庭用戶配電終端及網絡智能煤氣表終端形成低成本的、可以在一根雙絞線上連接多臺現場從機(網絡智能表計量終端)及可尋址遠程數字通訊功能的，並提供直流電源功能的現場總線。
現場網絡總線體系的具體結構是主機(網絡預收費網橋)可以在一根雙絞線上連接多臺現場從機(網絡智能表計量終端)及可尋址遠程數字通訊功能，並提供直流電源功能。另外，本發明以下所涉及的，網絡智能用電計量配電終端、網絡智能水錶計量終端、網絡智能煤氣表計量終端，已在若干中國發明專利中敘述，專利號或中請號00135437.X；02218776.6；02137930.0；02263007.4；03219162.6；03112614.6。特別指出的是現有脈衝式遠傳三表抄收系統中採集器、區域機(或稱抄表器)不能實現在戶外公共環境與持卡用戶的IC卡進行信息交互的功能，也不適合本發明DCPL現場總線網絡橋接的要求。
發明內容
本發明所述DCPL現場總線、網絡預收費網橋及其網絡智能表計量終端預收費方法的主要特徵是將持卡用戶的IC卡，通過網絡預收費網橋進行非接觸刷卡，將用戶IC卡上的數據通過網絡預收費網橋讀寫、管理，並通過DCPL網絡將該用戶IC卡上的數據送到該用戶網絡智能表計量終端。特別指出的是，該水、電、氣表網絡智能計量終端預收費方法不同於現有國內採用的非網絡化的IC卡水錶、IC卡電錶、IC卡煤氣表預收費方法的表具。本發明所述水、電、氣表網絡智能表計量終端預收費方法的主要特徵是網絡預收費網橋能在戶外公共環境與持卡用戶的IC卡進行信息交互功能，同時戶外公共網絡預收費網橋設備通過DCPL網絡能尋檢、採集用戶網絡智能表計量終端的輸配數據及監管智能表計量終端的維護信息。本發明所述的DCPL網絡是可尋址遠程網絡智能水、電、氣表終端。本發明的網絡預收費網橋是將下位DCPL網絡連接的網絡智能計量表具終端與社區管理計算機進行無線數據通訊或有線RS485/CAN總線兩種網絡形式進行物理與通訊協議的橋接，稱之為網絡預收費網橋。也可簡單稱網橋是將DCPL網絡與其它有線或無線網絡(如採用國際標準的RS-485、CAN有線網絡)進行網絡橋接的一種電子設備。
以下對本發明的各個主題分別說明DCPL現場總線是一種新型兩線制有源的、在直流供電線路上的數位訊號是經調製的模擬信號進行傳輸、低價格、低功耗的現場總線，它具有與現場總線類似的體系結構，即網絡總線體系的具體結構是主機(網絡預收費網橋)在雙線(一般採用一根雙絞線)上連接多臺現場從機，本發明的特徵在於從機分別是若干個網絡智能型水錶終端、網絡智能型煤氣表終端和網絡智能家庭用戶配電終端，各終端並聯在總線上，主機與從機通過調製的FSK(頻移鍵控)信號進行數字通訊，其電路為由主機DCPL網絡現場總線提供36VDC或36VDC以下的安全電源，並通過該總線連接到若干個從機通訊電路的MBU兩個端點上，通訊電路中二極體橋起到MBU兩個端點是無級性連接方式(即MBU兩個端點連接總線時正負級可互換)，當主機與從機通訊時，DCPL網絡現場總線上有調製的FSK信號(本發明電路中邏輯電平「1」所對應的頻率為1300Hz，邏輯電平「0」所對應的頻率為2100Hz)，而調製的FSK信號是以電壓的形式疊加在現場總線上，這時從機的通訊電路中，FSK信號經電容、跟隨器、放大器、FSK帶通濾波器、解調器的輸出端RXD還原邏輯電平「1」與「0」，而解調器的輸出端RXD是連接到CPU通訊串口的RXD端，形成主、從機數字通訊，當從機與主機通訊時，從機中的CPU通訊串口的TXD端是與，通訊電路中TXD相連，這時從機數字通訊的邏輯電平「1」、「0」經，通訊電路中的調製器、FSK帶通濾波器、，放大器、，電容，電流放大器，將調製的FSK信號以電流的形式回傳給主機，形成從、主機數字通訊。
特別指出的是從機通訊電路UST7538BJG是專門為網絡智能用電計量配電終端、網絡智能水錶計量終端、網絡智能煤氣表計量終端從機設計的兩線制、直流供電、穩壓電路、收發控制、FSK調製/解調數字通訊的DCPL現場總線電路。
DCPL網絡上接入的從機通訊電路的工作原理框參看圖9。
由於DCPL網絡是在直流供電線路上疊加了FSK(頻移鍵控)數位訊號，因而，模擬和數字通訊可以同時進行。這就保證了網絡上每個智能水、電、氣表終端電源供給與數字通訊可以兼容，可以在一根雙絞線上連接多臺現場智能水、電、氣表終端。是為解決適應網絡智能水錶終端、網絡智能家庭用戶配電終端及網絡智能煤氣表終端的現場總線。其重要的特點是尋求提供安全電壓、兩線制、低功耗、低成本現場數字通訊總線的解決方案。注DCPL網絡通訊不是一般所說的220VAC電力(電感、電容耦合)載波通訊技術。本主題的優化方案是DCPL現場總線與從機的連接採用兩線制接線盒，並通過兩線制接線盒分別與若干個網絡智能型水錶終端、網絡智能型煤氣表終端和網絡智能家庭用戶配電終端進行連接(或採用具有網絡接口的IC卡表具終端)。DCPL現場總線體系的主要特點具體結構參看圖1、圖2。
2、網絡預收費網橋本發明所述網絡預收費網橋電路主要設有微處理晶片CPU、CPU上連接有數據存儲晶片、模擬開關、顯示驅動電路、光耦合器以及經調製解調晶片連接的通訊晶片等，其特徵在於CPU上還連接有射頻卡讀寫模塊，DCPL現場總線連接在網橋主機上，網橋主機經過RS485或CAN總線與小區管理計算機進行連接。參看圖2、圖8。
本申請中所涉及的水、電、氣表網絡智能計量終端已在若干中國發明專利中敘述，專利號或申請號00135437.X；02218776.6；02137930.0；02263007.4；03219162.6；03112614.6，本發明重點說明DCPL網絡主、從機數字通訊原理及自主開發的UST7538BJG晶片電路原理。
圖1為DCPL網絡結構示意圖；圖2、圖8為DCPL網絡與三種表具終端連接、應用示意圖；圖3為DCPL網絡智能水錶、氣表計量終端電路原理圖；(重點說明從機與主機數字通訊原理)；圖4為DCPL通訊網絡從機通訊模塊UST7538BJG電路原理圖；圖5為網絡預收費網橋的電路原理圖；圖6-1為主機與從機數字通訊調製信號傳輸示意圖；圖6-2為從機與主機數字通訊調製信號傳輸示意圖；圖7-1、圖7-2為數字通訊邏輯電平傳輸示意圖；
圖8為網絡預收費網橋與管理機無線、有線數據通訊結構示意圖；圖9為DCPL網絡上接入的從機通訊電路的工作原理框圖。
具體實施例方式
實施例1，參照圖1～圖3DCPL現場總線、網絡預收費網橋及其網絡智能表計量終端電路的主要特徵是將持卡用戶的IC卡，通過網絡預收費網橋進行非接觸刷卡，將用戶IC卡上的數據通過網絡預收費網橋讀寫、管理，並通過DCPL網絡將該用戶IC卡上的數據送到該用戶網絡智能表計量終端進行信息交互顯示。參照圖9從機通訊電路的工作原理框圖中MBU兩個端點是DCPL網絡接入端點，由主機DCPL網絡現場總線提供36VDC或36VDC以下的安全電源，並通過該總線連接到若干個從機通訊電路的MBU兩個端點上，UST7538BJG通訊電路中二極體橋起到MBU兩個端點是無級性連接方式，即MBU兩個端點連接總線時正負級可互換。當主機與從機通訊時，DCPL網絡現場總線上有調製的FSK信號(本發明電路中邏輯電平「1」所對應的頻率為1300Hz，邏輯電平「0」 所對應的頻率為2100Hz)，而調製的FSK信號是以電壓的形式疊加在現場總線上，這時從機的UST7538BJG通訊電路中，FSK信號經CV5電容、TV3跟隨器、U1放大器、FSK帶通濾波器、解調器的輸出端RXD還原邏輯電平「1」與「0」，而解調器的輸出端RXD是連接到CPU通訊串口的RXD端，形成主、從機數字通訊。
百分數當從機與主機通訊時，從機中的CPU通訊串口的TXD端是與UST7538BJG通訊電路中TXD相連，這時從機數字通訊的邏輯電平「1」、「0」經UST7538BJG通訊電路中的調製器、FSK帶通濾波器、U2放大器、CV3電容、TV1電流放大器，將調製的FSK信號以電流的形式回傳給主機，形成從、主機數字通訊。其中TV2為收發控制開關管，DCPL網絡供電與通訊波形圖參看附圖6-1、6-2。
參看圖3所述DCPL網絡智能型水錶、煤氣表終端從機一種實施例中的電路原理圖，在電路原理圖中主要器件採用微功耗晶片，其中IC2為CPU晶片是該電路的核心微處理器、IC1為低功耗DCPL網絡通訊調製解調晶片、IC3為LCD顯示器驅動電路、T9為磁傳感器及MG為閥門電機及紅外通訊電路等。
所述的IC1是DCPL網絡通訊調製解調UST7538BJG是自主開發的晶片，CPU晶片的通過選用P1.0口、P1.1口形成串行通訊與DCPL網絡通訊調製解調晶片的RXD、TXD進行數據讀寫操作，RS1、RS為R/T控制，CD為模擬調製信號檢測端，並通過無極性的MBU(12)、MBU(13)將符合ITU-TV2.3標準的模擬調製信號耦合到DCPL網絡線上，DCPL網絡線功能是一方面作為網絡通訊，另一方面作為電力提供線路。
參看圖4所述的IC1是DCPL網絡通訊調製解調晶片UST7538BJG的內部電路是通過厚膜電路加工而成，其中IC1 MSM7512是調製解調晶片、ZL是二極體整流橋、TV3是調製信號跟隨器、W1是穩壓器、TV2是通訊收發控制開關管，其它外圍電路形成直流供電電路及DCPL通訊網絡線路。
DCPL網絡工作原理參照圖3、圖4其特徵是網絡智能表具終端從機的調製解調晶片UST7538BJG的內部電路IC1 MSM7512晶片的調製模擬信號輸出端AOUT，經CV3、TV1電晶體，將調製模擬信號以電流放大形式耦合到DCPL網絡上，形成從機與主機半雙工通訊。而網絡預收費網橋主機與網絡智能表具終端從機的通訊方式，是將調製模擬電壓信號通過DCPL網絡在網絡智能表具終端從機電路UST7538BJG中由RV6、CV5、TV3、CV6輸入到IC1MSM7512晶片的調製模擬信號輸入端AIN，完成主機、從機的半雙工通訊。圖5是網絡預收費網橋主機電路系統中DCPL網絡電路原理。其中，其中U1為MSM7512調製解調晶片、U2為微處理晶片CPU(採用P89C51或MSP430系列的晶片)、U3為射頻卡讀寫模塊、U4為數據存儲晶片、U5為模擬開關、U6為顯示驅動電路、U7為無線通訊模塊採用單片射頻收發器nRF903模塊、U8-U10為光耦合器、U11為RS485通訊晶片等。U1晶片的調製模擬信號輸出端AO，經CC1、IC1A、TC1、TC3、TC4、TC5、L1等所組成的電路，將調製模擬信號進行電壓功率放大耦合在DCPL網絡上，使DCPL網絡供電直流電壓上疊加調製模擬電壓信號，這時可被DCPL網絡上的所有的從機監聽到調製模擬電壓信號。而網絡智能表具終端將調製模擬信號以電流放大形式耦合到DCPL網絡上，並通過L1、CC4諧振形成電壓降，經CC5、IC1B、CC6、RC11、CC7等電路放大、濾波輸入到U1 MSM7512晶片的調製模擬信號輸入端AI，完成從機、主機的半雙工通訊。電路中TC2、RC6是電路限流電路，U1 MSM7512晶片的RXD、TXD連接到網橋微處理器CPU的通訊串口端。參照圖6本發明所述主機、從機在DCPL網絡是直流供電線路上疊加了FSK(頻移鍵控)信號進行通訊的工作原理。從圖6-1所示中可知，主機與從機通訊是在DCPL網絡直流供電線路上疊加了調製電壓變化的FSK(頻移鍵控)信號。圖6-2從機與主機通訊是在DCPL網絡直流供電線路上疊加了調製電流變化的FSK(頻移鍵控)信號。
所述水、電、氣表終端預收費網絡的主要特徵是採用DCPL網絡智能用電計量配電終端、DCPL網絡智能水錶計量終端、DCPL網絡智能煤氣表計量終端以及DCPL網絡預收費網橋所組成的分布式系統。而每一個網絡預收費網橋通過用戶射頻IC卡讀寫、管理該用戶在DCPL網絡連接可集中管理的DCPL網絡智能表計量終端。
本發明所述水、電、氣表終端網絡預收費方法的主要特徵是將持卡用戶的IC卡，通過網絡預收費網橋進行非接觸刷卡，將用戶IC卡上的數據通過網絡預收費網橋讀寫、管理，並通過DCPL網絡將該用戶IC卡上的數據送到該用戶網絡智能表計量終端進行信息交互顯示。特別指出的是，該水、電、氣表終端網絡預收費方法不同於現有國內採用的非網絡化的IC卡水錶、IC卡電錶、IC卡煤氣表預收費方法的表具。
本發明所述水、電、氣表終端網絡預收費方法的主要特徵是網絡預收費網橋能在戶外公共環境與持卡用戶的IC卡進行信息交互功能，同時戶外公共網絡預收費網橋設備通過DCPL網絡能尋檢、採集用戶網絡智能表計量終端的輸配數據及監管智能表計量終端的維護信息。
本發明所述水、電、氣表終端網絡預收費方法的主要特徵是網絡預收費網橋與用戶網絡智能表計量終端採用兩線制直流供電，同時又是數據通訊的網絡線路，該DCPL網絡現場總線工作原理及電路為本發明的主要特徵之一。
本發明所述水、電、氣表終端網絡預收費方法的主要特徵是網絡預收費網橋與社區內管理計算機進行數據通訊主要採用的是433MHz/868MHz/915MHzISM頻段無線數據通訊與RS485/CAN總線方式進行數據通訊兩種模式。無線數據通訊通過GMSK/GFSK調製和解調，抗幹擾能力強，採用DDS+PLL技術，頻率穩定性好；靈敏度高達-100dBm，最大發射功率達+10dBm；數據速率可達76.8Kbit/S；可有170個頻道，適合需要多信道工作的特殊場合，社區內無線通訊距離，開闊地段大於1KM。所述的水、電、氣表網絡終端預收費方法主要特徵是社區內管理計算機與網絡預收費網橋可進行無線、有線數據通訊，其結構見圖8所示(注該發明特徵不同於現有手掌無線抄表器的抄收方式，國內外發明現有的無線抄表方式是人工採用手掌機(或移動車載無線通訊計算機)在接近用戶計量表具一定的距離，可移動戶外無線人工抄表。但非實時的進行用戶計量表具無線數據通訊網)。
所述的水、電、氣表網絡終端預收費方法主要特徵是持卡用戶的IC卡也可通過社區管理計算機的讀卡器，進行刷卡信息交互，完成水、電、氣表網絡終端預收費方法。本發明所述DCPL網絡通訊技術方案的更多細節為符合即將成為國家標準的ITU-TV2.3標準，1200bps半雙工；以及ITU-TV2.3標準，75bps發送器。特別說明的圖6-1、圖6-2所採用的數字通訊波形與圖7-1、7-2的邏輯電平傳輸是不同的。
權利要求
1.一種網絡智能表計量終端的DCPL現場總線，主機在雙線上連接多臺現場從機，其特徵在於從機分別是若干個網絡智能型水錶終端、網絡智能型煤氣表終端和網絡智能家庭用戶配電終端，各終端並聯在總線上，主機與從機通過調製的FSK(頻移鍵控)信號進行數字通訊，其電路為由主機DCPL網絡現場總線提供36VDC或36VDC以下的安全電源，並通過該總線連接到若干個從機通訊電路的MBU兩個端點上，通訊電路中二極體橋起到MBU兩個端點是無級性連接方式，當主機與從機通訊時，DCPL網絡現場總線上有調製的FSK信號，而調製的FSK信號是以電壓的形式疊加在現場總線上，這時從機的通訊電路中，FSK信號經電容、跟隨器、放大器、FSK帶通濾波器、解調器的輸出端RXD還原邏輯電平「1」與「0」，而解調器的輸出端RXD是連接到CPU通訊串口的RXD端，形成主、從機數字通訊，當從機與主機通訊時，從機中的CPU通訊串口的TXD端是與通訊電路中TXD相連，這時從機數字通訊的邏輯電平「1」、「0」經，通訊電路中的調製器、FSK帶通濾波器、，放大器、，電容，電流放大器，將調製的FSK信號以電流的形式回傳給主機，形成從、主機數字通訊。
2.按照權利要求1所述的網絡智能表計量終端的DCPL現場總線，其特徵在於網橋電路中的DCPL現場總線與從機的連接採用兩線制接線盒，並通過兩線制接線盒分別與若干個網絡智能型水錶終端、網絡智能型煤氣表終端和網絡智能家庭用戶配電終端進行連接，或採用具有DCPL網絡接口的IC卡表具終端。
3.按照權利要求1或2所述的網絡智能表計量終端的DCPL現場總線，其特徵在於，網橋電路中DCPL網絡電路為U1，MSM7512晶片的調製模擬信號輸出端AO，經CC1、IC1A、TC1、TC3、TC4、TC5、L1組成的電路，將調製模擬信號進行電壓功率放大耦合在DCPL網絡上，在DCPL網絡供電直流電壓上疊加調製模擬電壓信號，完成主機、從機的半雙工通訊，網絡表具終端從機將調製模擬信號以電流放大形式耦合到DCPL網絡上，並通過L1、CC4諧振形成電壓降，經CC5、IC1B、CC6、RC11、CC7電路放大、濾波輸入到U1 MSM7512晶片的調製模擬信號輸入端AI，完成從機、主機的半雙工通訊，電路中TC2、RC6是電路限流電路，U1 MSM7512晶片的RXD、TXD連接到網橋微處理器CPU的通訊串口端，網絡智能表具終從機IC1UST7538BJG電路中的MSM7512晶片的調製模擬信號輸出端AOUT，經CV3、TV1電晶體，將調製模擬信號以電流放大形式耦合到DCPL網絡上，完成從機、主機的半雙工通訊。網橋主機與網絡表具終端從機的通訊方式，是將調製模擬電壓信號通過DCPL網絡在網絡智能表具終端從機電路中IC1UST7538BJG由RV6、CV5、TV3、CV6輸入到MSM7512晶片的調製模擬信號輸入端AIN，完成主機、從機的半雙工通訊。
4.按照權利要求3所述的網絡智能表計量終端的DCPL現場總線，其特徵在於從機電路中DCPL網絡現場總線通訊專用晶片UST7538BJG是通過厚膜電路加工而成，其中厚膜電路中IC1 MSM7512是調製解調晶片、ZL是二極體整流橋、RV1-RV10是電阻、CV1-CV8是電容、DV1-DV4是二極體、TV3是調製信號跟隨器、W1是穩壓器、TV2是通訊收發控制開關管，組成DCPL通訊網絡電路。
5.一種權利要求1所述網絡DCPL現場總線的網絡預收費網橋設有微處理晶片CPU、CPU上連接有數據存儲晶片、模擬開關、顯示驅動電路、光耦合器以及經調製解調晶片連接的通訊晶片，其特徵在於CPU上還連接有射頻卡讀寫模塊，網橋主機上有連接從機的DCPL現場總線埠，網橋主機有RS485或CAN總線埠與小區管理計算機進行連接。
6.按照權利要求5所述的網絡預收費網橋，其特徵在於與社區內管理計算機進行數據通訊採用的是單片射頻收發器nRF903模塊，433MHz/868MHz/915MHz ISM頻段無線數據通訊與RS485或CAN有線方式進行數據通訊兩種模式。
7.按照權利要求5或6所述的網絡預收費網橋，其特徵在於所述DCPL網絡通訊標準特點為符合ITU-TV2.3標準，1200bps半雙工；符合ITU-TV2.3標準，75bps發送器。
全文摘要
網絡智能表計量終端的DCPL現場總線，主機上連接多臺現場從機，特徵是從機分別是若干網絡智能型水錶終端、煤氣表終端和家庭配電終端，在一根雙絞線上連接多臺現場從機及可尋址遠程數字通訊功能、並提供直流電源的現場總線。網絡預收費網橋設有CPU、其上連接有數據存儲晶片、模擬開關、顯示驅動電路、光耦合器以及經調製解調晶片連接的通訊晶片，特徵是CPU還連接有射頻卡讀寫模塊，用戶通過網橋形成戶外刷卡信息交互。網橋主機上有連接從機的DCPL現場總線埠；連接小區管理計算機的RS485或CAN總線埠。用戶的IC卡通過網橋非接觸刷卡，數據通過網橋讀寫、管理，並通過DCPL網絡將數據送到該用戶網絡智能表計量終端。
文檔編號H04L12/28GK1486017SQ03132268
公開日2004年3月31日 申請日期2003年8月7日 優先權日2003年8月7日
發明者郭建國, 顧金良 申請人:郭建國