本实用新型属于智能电网技术领域，具体涉及一种集成多种通信方式的台区智能感知终端。
背景技术：
经过近10年的发展，我国的智能电网已基本实现“全采集、全覆盖、全费控”，智能电网已具雏形。自2017年起，在现有用电信息采集系统的基础上，国网江苏电力提出研发末端电网智能感知系统的目标，该系统依托电力物联网大数据，基于完善台区配变的拓扑关系，在配电变压器侧安装主端设备，在分支箱和电表箱安装从端设备，并利用电力宽带载波实现配变、分支箱、电表箱的数据逐级传输，由用采系统获取配变、分支箱及具体客户电能表的电流、电压等数据，及时感知配电网设备状态。该系统还可以通过分析分支箱、电表箱的电流电压变化情况，了解末端供电线路阻抗变化，判断线路是否存在老化、接地等问题，在线监测低压线路状态，为低压电网的主动运维排故提供支撑。
末端电网智能感知系统平台需要同时面对：多样化的采集对象、更灵活的采集通信方式、更高效的数据分析、更宽泛的数据应用，这对系统平台的数据项、采集频度、数据完整性以及实时性都提出了更高的要求，整个通信网的完整性和实时性至关重要。原先用电信息采集系统中的集中器下行基于单一电力线载波技术或单一的微功率无线技术接采集设备，上行通过光纤或无线公网或无线专网的单一方式连接电力系统主站，通信方式比较单一，已不能满足末端电网智能感知系统的通信要求。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，利用丰富的可配置的多元上下行通信方式来满足末端电网感知系统大数据互联的需求。
本实用新型提供一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，包括主控处理单元，主控处理单元通过usb通信接口插接交采计量单元和通信单元，主控单元包括主cpu、存储模块、人机交互模块、看门狗电路、rtc电路、加密安全电路、wifi模块、蓝牙模块以及以太网接口电路；主cpu的存储端与存储模块相连，其时钟端连接rtc电路，wifi模块、蓝牙模块以及以太网接口电路分别连接主cpu的通信端，人机交互模块与主cpu的控制端相连，看门狗连接主cpu的监测端。
作为本实用新型的进一步技术方案，交采计量单元包括mcu、电压电流采样电路、ac-dc电源转换电路和后备电源，后备电源和ac-dc电源转换电路连接mcu的电源端，mcu上行通过usb接口与主控处理单元相连，下行通过spi总线通信连接所述电压电流采样电路的三相计量芯片。
进一步的，mcu为cortex-m0内核的stm32f072处理器，三相计量芯片为att7022e芯片，三相计量芯片具有6路模拟量差分采集端口。
进一步的，通信单元包括两个上行通信单元和三个下行通信单元；第一上行通信单元为无线公网通信单元，采用2g/3g/4g/5g无线公网通信电路；第二上行通信单元为无线专网通信单元，采用1.8g无线专网通信电路；第一下行通信单元为hplc载波和微功率无线双模通信单元；第二下行通信单元为状态量通信单元，第三下行通信单元为有线通信单。
进一步的，第一上行通信单元的通信芯片为5g模组fg150-ae；第二上行通信单元为1.8g专网模组芯片em300-118lcc；第一下行通信模组的hplc载波芯片为sc3105f，微功率无线为fc623nj模组；第二下行通信模组的状态量包括开光量状态、脉冲计数、pt100测温和输出遥控信号，第三下行通信单元具备rs232、rs485及mbus接口。
进一步的，主控处理单元基于scm701微核心板，scm701微核心板采用cortex-a74核cpu，主频最高为1.2ghz，flash≧4gb，支持698、101/104、mqtt、coap通信协议。
进一步的，看门狗基于sp706sen；rtc电路采用rx8025t芯片；加密安全电路采用sc1118y芯片；人机交互模块包括160*160点阵lc显示屏、按键、指示灯和语音电路；蓝牙模块基于bt11p31，支持蓝牙4.2及以上，具备“一主三从”模式。
进一步的，主控处理单元具有基于usb2517i芯片的usb扩展电路，扩展6路usb接口；还具备1路独立usb接口以及1路基于lan8720ai芯片的以太网接口电路，以太网接口电路对外为rj45接口。
本实用新型的优点在于，
上行可灵活通过以太网、公网和专网方式连接远程主站系统，下行可灵活通过hplc、微功率无线、rs232、rs485、mbus等方式交互边缘设备，采集大量数据信息，同时终端本身具有蓝牙接口、wifi接口，便于近端如平板电脑、手抄机等维护设备的连接，方便现场工程人员的维护。
各通信单元均采用统一接口形式的连接器及统一的接口定义，可彼此互换。按照现场需求，可灵活调整各类通信单元的组合数量，即插即用，真正做到多通信方式的集成和灵活切换，大大提高设备的利用率以及减少设备成本的投入。
针对末端感知电网地域分布广、测量监控点多、对通信的可靠性及传输带宽要求高等特点，该终端融合多种通信方式，构建丰富、高效、稳定的通信网络，为实现末端电网感知系统的全覆盖、高速率、大数据互联而打下扎实的基础。
附图说明
图1为本实用新型的硬件结构框图；
图2为本实用新型的主控处理单元硬件结构框图；
图3为本实用新型的交采计量单元硬件结构框图；
图4为本实用新型的通信单元的通用架构示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，本实施例提供一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，包括主控处理单元，主控处理单元通过usb通信接口插接交采计量单元和通信单元，主控单元包括主cpu、存储模块、人机交互模块、看门狗电路、rtc电路、加密安全电路、wifi模块、蓝牙模块以及以太网接口电路；主cpu的存储端与存储模块相连，其时钟端连接rtc电路，wifi模块、蓝牙模块以及以太网接口电路分别连接主cpu的通信端，人机交互模块与主cpu的控制端相连，看门狗连接主cpu的监测端。
主控处理单元基于微核心板scm701进行设计。微核心板scm701采用cortex-a74核cpu，主频最高可达1.2ghz，flash≧4gb，具有边缘计算能力，实现数据就地处理、智能分析，降低云端压力。软件采用app化设计，业务应用灵活部署，便于二次开发；支持698、101/104、mqtt、coap等多类通信协议，为各种物联网设备的接入提供稳定的数据传输通道。
主控处理单元具备基于sp706sen外部看门狗电路，实时监控cpu运行状态，异常时复位cpu，提高产品稳定性。
主控处理单元具备rtc实时时钟电路，采用高精度带温补的rx8025t芯片。
主控处理单元具备使用国网认证加密芯片sc1118y的加密安全电路，保证数据传输安全可靠。
主控处理单元具备人机交互模块，包含160*160点阵的lcd显示屏、按键和指示灯、语音电路等。lcd显示屏直观显示终端运行状态、采集数据和设置参数等内容，人员可通过按键进行系列操作，指示灯、语音电路通过声光方式提示终端状态。
主控处理单元具备基于usbhub芯片usb2517i的usb扩展电路，以扩展出6路usb接口，用于与各通信单元的交互。
主控处理单元具备1路独立usb接口，对外形式为u盘接口，可用于本地升级调试。
主控处理单元具备1路基于lan8720ai芯片的以太网接口电路，对外形式为rj45接口，可用于上行光纤通信，连接主站，也可用于本地调试。
主控处理单元具备1个蓝牙电路，基于bt11p31芯片，支持蓝牙4.2及以上，具备“一主三从”模式，可用于周围如手抄机等维护设备的连接。
主控处理单元具备1个wifi电路，可供附近如平板电脑等维护设备连接使用。
如图3所示，交采计量单元包含mcu、电压电流采样电路、ac-dc电源转换电路和后备电源，ac-dc为开关电源方案，后备电源为超级电容组合，交采计量单元的mcu为cortex-m0内核的处理器stm32f072，上行通过usb与主控处理单元的cpu进行交互，下行通过spi总线与三相计量芯片att7022e通信，计量芯片具备6路模拟量差分采集端口，可用于三相电压、电流的信息采样，计量芯片内部运算处理以提供有效数据给mcu，同时输出有功、无功脉冲用于精度检定。
交采计量单元同时具备ac-dc的开关电源电路，从三相电压处取电，经过ac-dc产生主系统所需的各路电源。
交采计量单元具备超级电容组合的后备电源，可做到与ac-dc无缝切换，互不影响。在产品交流供电缺失的情况下，后备电源支持产品工作3min以上来上报相关数据事件、保存关键数据等。后备电源可充电循环使用，使用寿命大于8年。
如图4所示，通信单元包括两个上行通信单元和三个下行通信单元；各上行通信单元实现与远程主站系统的不同网络方式的连接。第一上行通信单元为无线公网通信单元，通信芯片为5g模组fg150-ae，具备多路制式天线，支持多种制式和多频段，支持nsa和sa网络架构，支持5gnrsub6、fdd-lte、tdd-lte、wcdma等多种制式的远距离通信模式，可支持3gpprelease15，sa模式下可支持上行2mimo、下行4mimo多天线配置，此外还支持gnss无线定位技术。总之上行通信单元1支持5g/4g/3g/2g全频段的制式通信。
第二上行通信单元为无线专网通信单元，采用1.8g专网模组芯片em300-118lcc，其基于v7r11芯片平台开发，支持q/gdw1376.3-2013和dl/t698.46-2016规约协议；芯片集成内置软sim，同时支持硬sim卡热插拔；支持公专网切换，切换方式支持优先专网，优先公网，固定专网，固定公网和本地切换5种工作模式。支持tr069终端网管协议，支持网管远程升级。产品通过无线专网通信单元可直连专网主站，专网专用，提高数据传输安全性。
下行通信单元主要面向末端感知电网海量的边缘采集设备，第一下行通信单元为hplc载波 微功率无线二合一的通信单元，可远程连接边缘的带hplc载波模组或微功率无线模组的边缘设备，采集信息。hplc载波芯片采用sc3105f载波芯片，微功率无线采用fc623nj模组，工作在470mhz~510mhz频段，支持32组工作频道和1组测量频道共计66个频点的频率空间复用及跳频技术，支持自组网，组网从节点≧255个，提高了频率利用效率和网络扩展性。
第二下行通信单元为状态量通信单元，具备采集开关量状态、脉冲计数、pt100测温、输出遥控信号以拉合闸等功能。
第三下行通信单元为有线通信单元，具备rs232、rs485及mbus接口，可灵活的外接水电热燃气等多种仪表的数据接口，实现多表集抄的融合。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
1.一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，包括主控处理单元，所述主控处理单元通过usb通信接口插接交采计量单元和通信单元，所述主控处理单元包括主cpu、存储模块、人机交互模块、看门狗电路、rtc电路、加密安全电路、wifi模块、蓝牙模块以及以太网接口电路；所述主cpu的存储端与所述存储模块相连，其时钟端连接rtc电路，所述wifi模块、所述蓝牙模块以及所述以太网接口电路分别连接所述主cpu的通信端，所述人机交互模块与所述主cpu的控制端相连，所述看门狗连接所述主cpu的监测端。
2.根据权利要求1所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述交采计量单元包括mcu、电压电流采样电路、ac-dc电源转换电路和后备电源，所述后备电源和所述ac-dc电源转换电路连接所述mcu的电源端，所述mcu上行通过usb接口与所述主控处理单元相连，下行通过spi总线通信连接所述电压电流采样电路的三相计量芯片。
3.根据权利要求2所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述mcu为cortex-m0内核的stm32f072处理器，所述三相计量芯片为att7022e芯片，所述三相计量芯片具有6路模拟量差分采集端口。
4.根据权利要求1所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述通信单元包括两个上行通信单元和三个下行通信单元；第一上行通信单元为无线公网通信单元，采用2g/3g/4g/5g无线公网通信电路；第二上行通信单元为无线专网通信单元，采用1.8g无线专网通信电路；第一下行通信单元为hplc载波和微功率无线双模通信单元；第二下行通信单元为状态量通信单元，第三下行通信单元为有线通信单元。
5.根据权利要求4所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述第一上行通信单元的通信芯片为5g模组fg150-ae；所述第二上行通信单元为1.8g专网模组芯片em300-118lcc；所述第一下行通信模组的hplc载波芯片为sc3105f，微功率无线为fc623nj模组；所述第二下行通信模组的状态量包括开光量状态、脉冲计数、pt100测温和输出遥控信号，所述第三下行通信单元具备rs232、rs485及mbus接口。
6.根据权利要求1所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述主控处理单元基于scm701微核心板，scm701微核心板采用cortex-a74核cpu，主频最高为1.2ghz，flash≧4gb，支持698、101/104、mqtt、coap通信协议。
7.根据权利要求1所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述看门狗基于sp706sen；所述rtc电路采用rx8025t芯片；所述加密安全电路采用sc1118y芯片；所述人机交互模块包括160*160点阵lc显示屏、按键、指示灯和语音电路；所述蓝牙模块基于bt11p31，支持蓝牙4.2及以上，具备“一主三从”模式。
8.根据权利要求1所述的一种集成多种通信方式的台区智能感知终端，其特征在于，所述主控处理单元具有基于usb2517i芯片的usb扩展电路，扩展6路usb接口；还具备1路独立usb接口以及1路基于lan8720ai芯片的以太网接口电路，以太网接口电路对外为rj45接口。
技术总结