[0001] 本实用新型涉及LTU智能感知技术领域，尤其涉及一种配电线路末端智能感知装置。

[0002] 在配电终端设备中，传统的智能感知装置LTU只支持接入485通信方式的终端设备，将其通信协议转成电力载波形式加入电网，局限性大，不利于拓展其他类型的终端设备接入。同时在电力载波通讯异常，无法数据上报的时间内，终端数据将丢失，无法进行断网保存。实用新型内容

[0003] 为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种配电线路末端智能感知装置，能够支持终端设备的多种通信方式。

[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

[0005] 一种配电线路末端智能感知装置，包括通信模块、模拟量采集模块和主控芯片；

[0006] 所述通信模块包括LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路；

[0007] 所述主控芯片分别与模拟量采集模块、LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路电连接；

[0008] 所述模拟量采集模块与外部的配电线路末端电连接，所述LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路分别与外设的接收端建立通信连接。

[0009] 本实用新型的有益效果在于：增加配电线路终端设备的多种通信方式，从原先单一的485通信方式，增加到支持LoRa无线通信、433MHz无线通信、4～20mA模拟量通信，解决了设备通信单一化与局限性。

[0021] 为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

[0022] 请参照图1至图9所示，本实用新型的一种配电线路末端智能感知装置，包括通信模块、模拟量采集模块和主控芯片；

[0023] 所述通信模块包括LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路；

[0024] 所述主控芯片分别与模拟量采集模块、LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路电连接；

[0025] 所述模拟量采集模块与外部的配电线路末端电连接，所述LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路分别与外设的接收端建立通信连接。

[0026] 从上述描述可知，本装置增加配电线路终端设备的多种通信方式，从原先单一的485通信方式，增加到支持LoRa无线通信、433MHz无线通信、4～20mA模拟量通信，解决了设备通信单一化与局限性。

[0027] 进一步的，所述LoRa无线通信电路包括LoRa芯片、IPX天线接口T1、瞬态抑制二极管D3、电阻R8、电阻R14、电阻R22、电容C13、电容C14、电容C18、电容C20和电容C21；

[0028] 所述LoRa芯片的第二引脚分别与所述电容C13的一端和电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端分别与所述电容C14的一端、瞬态抑制二极管D3的一端和IPX天线接口T1电连接，电容C13的另一端、电容C14的另一端和瞬态抑制二极管D3的另一端均接地；

[0029] 所述LoRa芯片的第四引脚分别与电阻R14的一端和电容C18的一端电连接，电阻R14的另一端与外设的3.3V电源电连接，电容C18的另一端接地；

[0030] 所述电容C20的一端分别与电容C21的一端、外设的3.3V电源、LoRa芯片的第十三引脚和第十四引脚电连接，电容C20的另一端和电容C21的另一端均接地；

[0031] 所述电阻R22的一端与LoRa芯片的第二十三引脚电连接，电阻R22的另一端与外设3.3V电源电连接。

[0032] 从上述描述可知，此电路的作用是解决LoRa终端传感器数据接入的问题，实现与MCU数据交互，R14为贴片电阻，C18为陶瓷电容，其构成LoRa模块的复位电路，为LoRa模块的正常运行提供条件。C20、C21构成电源的滤波电路，为通讯芯片提供稳定的工作电压。T1为IPX天线座，可外接大功率天线以增强通信稳定性。D3为瞬态抑制二极管，其作用是防止外部静电通过天线进入电路导致元器件损坏。

[0033] 进一步的，所述485通信电路包括485通信芯片U8、共模扼流圈LL1、瞬态抑制二极管Z1、瞬态抑制二极管Z2、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R25、电阻R26、电容C22、电容C23、电容C24和电容C25；

[0034] 所述电容C24的一端分别与电容C22的一端、电容C23的一端、485通信芯片U8的第十二引脚和第十九引脚电连接，电容C24的另一端、电容C22的另一端和电容C23的另一端均接地；

[0035] 所述485通信芯片U8的第十三引脚分别与485通信芯片U8的第十八引脚、电阻R19的一端和电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端与外设电源电连接；

[0036] 所述485通信芯片U8的第十三引脚分别与485通信芯片U8的第十八引脚、电阻R19的一端和电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端与外设电源电连接；

[0037] 所述485通信芯片U8的第十五引脚分别与485通信芯片U8的第十七引脚、电阻R21的一端和电阻R26的一端电连接，电阻R26的另一端接地；

[0038] 所述电阻R19的另一端分别与电阻R20的一端和共模扼流圈LL1的第四引脚电连接，所述电阻R21的另一端分别与电阻R20的另一端和共模扼流圈LL1的第一引脚电连接；

[0039] 所述共模扼流圈LL1的第三引脚与瞬态抑制二极管Z1的一端电连接，共模扼流圈LL1的第二引脚与瞬态抑制二极管Z2的一端电连接，瞬态抑制二极管Z1的另一端和瞬态抑制二极管Z2的另一端均接地。

[0040] 从上述描述可知，模块的作用是解决485终端传感器数据接入的问题，实现与MCU数据交互，所述C24、C22、C23构成电源的滤波电路，为通讯芯片提供稳定的内部隔离工作电压。R25、R26为上下拉电阻，其作用是增加AB差分线上的驱动能力，有效提高通讯的稳定性。R19、R21为贴片电阻、LL1为共模扼流圈，能有效抑制通讯线上的共模干扰。Z1、Z2为瞬态抑制二极管，能有效抑制通讯线上的高电压，高频率的脉冲干扰。

[0041] 进一步的，所述433MHz无线通信电路包括433MHz无线发射芯片U2、电阻R3、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11和弹簧天线E1；

[0042] 所述433MHz无线发射芯片U2的第九引脚分别与电阻R3的一端和电容C8的一端电连接，电阻R3的另一端分别与电容C9的一端和弹簧天线E1电连接，电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地；

[0043] 所述433MHz无线发射芯片U2的第二引脚分别与电容C10的一端、电容C11的一端和外设的3.3V电源电连接，433MHz无线发射芯片U2的第一引脚、电容C10的另一端和电容C11的一端均接地。

[0044] 从上述描述可知，此模块的作用是解决433MHz终端传感器数据接入的问题，实现与MCU数据交互；C8、C9为陶瓷电容，R3为贴片电阻，其构成一个天线匹配电路，用于调节天线、模块、PCB走线的阻抗匹配，以达到最佳的信号效果；E1为弹簧天线，用于对外发送数据是增强无线信号。

[0045] 进一步的，还包括载波信号通信电路；所述载波信号通信电路与主控芯片电连接。

[0046] 所述载波信号通信电路包括电力载波收发调制解调芯片U5、载波信号耦合电路U4、电容C12、电容C17和电容C16；

[0047] 所述电力载波收发调制解调芯片U5的第四引脚与电容C16的一端电连接，电力载波收发调制解调芯片U5的第六引脚与电容C17的一端电连接，电容C16的另一端和电容C17的另一端接地；

[0048] 所述电力载波收发调制解调芯片U5的第七引脚和载波信号耦合电路U4的第六引脚电连接，电容C12的一端与载波信号耦合电路U4的第一引脚电连接，电容C12的另一端与外部的配电线路末端电连接。

[0049] 从上述描述可知，此模块的作用是解决数据在电力网中传输通信的问题，实现与集中器数据交互；U5为电力载波收发调制解调芯片，通过串口接口U5‑5、U5‑7与主控MCU串口相连，实现数据间的交互；C16、C17起到退耦的作用，可防止前后电路电流大小变化时，在供电电路中所形成的电流波动对电路的正常工作产生影响。

[0050] 进一步的，所述模拟量采集模块包括运放芯片U6、电容C15、电容C19、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；

[0051] 所述运放芯片U6的第二引脚分别与电阻R9的一端和电阻R7的一端电连接，运放芯片U6的第三引脚分别与电阻R10的一端和电阻R12的一端电连接，电阻R9的另一端与电阻R11的一端电连接，电阻R10的另一端与电阻R11的另一端电连接，运放芯片U6的第一引脚分别与电阻R7的另一端和电容C15的一端电连接，电容C15的另一端和电阻R12的另一端均接地；

[0052] 所述运放芯片U6的第六引脚分别与电阻R15的一端和电阻R13的一端电连接，运放芯片U6的第五引脚分别与电阻R16的一端和电阻R18的一端电连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端电连接，电阻R16的另一端与电阻R17的另一端电连接，运放芯片U6的第七引脚分别与电阻R13的另一端和电容C19的一端电连接，电容C19的另一端和电阻R18的另一端均接地。

[0053] 从上述描述可知，此模块的作用是实现对模拟信号终端设备的数据采集，可支持接入两路4～20mA的终端设备。R9、R10、R7、R12、U6A构成差分比较电路，R11为采样电阻，当输入电流为4mA时，U6A‑1输出电压0.4V，当输入电流为20mA时，U6A‑1输出电压2V，MCU通过ADC口采集此电压，即可对应得出输入电流值。

[0054] 进一步的，还包括数据存储模块；所述数据存储模块与主控芯片电连接。

[0055] 所述数据存储模块包括FLASH存储芯片U3、电阻R2和电容C4；

[0056] 所述FLASH存储芯片U3的第一引脚与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端与外设的3.3V电源电连接；

[0057] 所述电容C4的一端分别与FLASH存储芯片U3的第七引脚和第八引脚电连接，电容C4的另一端接地；

[0058] 所述主控芯片分别与FLASH存储芯片的第一引脚、第二引脚、第五引脚和第六引脚电连接。

[0059] 从上述描述可知，此模块的作用是存储断网时采集回来的终端设备数据，U3为Flash存储芯片。R2为芯片片选信号上拉电阻，电容C4起到退耦的作用。

[0060] 进一步的，还包括电源模块，U1为AC‑DC电压转换模块，将前端的交流电AC转换成直流电DC 12V；F1为保险丝，R1为压敏电阻，起到电路保护作用；C2、C3、C6、C7为滤波电容，起到对系统电源的稳定及滤除高频信号的干扰；IC1、D1、L2、R5、R6、C1、C5构成DC‑DC的电压降压转换电路，其中C1用于IC1内部反馈，C5用于电压基准交流反馈，能有效的提高DC‑DC电路输出的电压稳定性，降低输出纹波；L1为磁珠，起到抑制电路中的高频信号。R4、D2构成指示灯电路，在系统得电后点亮，起到指示作用。

[0061] 进一步的，还包括复位电路、晶振电路和滤波电路；

[0062] 所述主控芯片分别与复位电路、晶振电路和滤波电路电连接。

[0063] 本实用新型提供的一种配电线路末端智能感知装置的工作原理为：

[0064] 模拟量采集模块对模拟信号终端设备的数据采集，可支持接入两路4～20mA的终端设备。R9、R10、R7、R12、U6A构成差分比较电路，R11为采样电阻，当输入电流为4mA时，U6A‑1输出电压0.4V，当输入电流为20mA时，U6A‑1输出电压2V，MCU通过ADC口采集此电压，即可对应得出输入电流值。主控芯片通过采集到的数据进行处理，控制通信模块将数据传输于外设的接收端；

[0065] 433MHz无线通信模块中，U2为433MHz无线发射芯片，通过串口接口U2‑5、U2‑5与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，主控MCU可通过设置U2‑3、U2‑7脚的电平，使芯片进入不同的工作模式，在无数据传输使，可将芯片设置为低功耗模式，以降低整机系统功耗；

[0066] LoRa无线模块中，U7为LoRa无线发射芯片，通过串口接口U7‑19、U7‑20与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，主控MCU还可通过控制接口U7‑23使该模块进入休眠模式。

[0067] 485通信模块中，U8为485收发芯片，通过串口接口U8‑4、U8‑7与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，因485通信属于半双工的形式，因此主控MCU可通过控制接口U8‑5、U8‑6使该模块根据需求切换为接收或发送模式。载波信号通信模块中，C12与U4载波信号耦合电路，提取与耦合电力网中的载波信号，进入U5进行相应的调制解调，U5为电力载波收发调制解调芯片，通过串口接口U5‑5、U5‑7与主控MCU串口相连，实现数据间的交互，主控MCU可通过控制接口U5‑1使该模块根据需求启动复位。

[0068] 请参照图1至图9所示，本实用新型的实施例一为：一种配电线路末端智能感知装置，包括通信模块、模拟量采集模块和主控芯片；

[0069] 所述通信模块包括LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路；

[0070] 所述主控芯片分别与模拟量采集模块、LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路电连接；

[0071] 所述模拟量采集模块与外部的配电线路末端电连接，所述LoRa无线通信电路、485通信电路和433MHz无线通信电路分别与外设的接收端建立通信连接。

[0072] 其中，主控芯片的型号为N32G455REL7。

[0073] 本实施例中，所述LoRa无线通信电路包括LoRa芯片、IPX天线接口T1、瞬态抑制二极管D3、电阻R8、电阻R14、电阻R22、电容C13、电容C14、电容C18、电容C20和电容C21；

[0074] 所述LoRa芯片的第二引脚分别与所述电容C13的一端和电阻R8的一端电连接，电阻R8的另一端分别与所述电容C14的一端、瞬态抑制二极管D3的一端和IPX天线接口T1电连接，电容C13的另一端、电容C14的另一端和瞬态抑制二极管D3的另一端均接地；所述LoRa芯片的第四引脚分别与电阻R14的一端和电容C18的一端电连接，电阻R14的另一端与外设的3.3V电源电连接，电容C18的另一端接地；所述电容C20的一端分别与电容C21的一端、外设的3.3V电源、LoRa芯片的第十三引脚和第十四引脚电连接，电容C20的另一端和电容C21的另一端均接地；所述电阻R22的一端与LoRa芯片的第二十三引脚电连接，电阻R22的另一端与外设3.3V电源电连接。

[0075] 其中，LoRa芯片的型号为WH‑L101‑L‑P‑H10，IPX天线接口T1的型号为50OHM，瞬态抑制二极管D3的型号为LXES15AAA1‑153，电阻R14的阻值为10KΩ，电阻R22的阻值为10KΩ，电容C18的容值为100nF，电容C20的容值为10uF，电容C21的容值为100nF，电阻R8、电容C13和电容C14构成阻抗匹配电路，用于调节天线、模块、PCB走线的阻抗匹配。

[0076] 本实施例中，所述485通信电路包括485通信芯片U8、共模扼流圈LL1、瞬态抑制二极管Z1、瞬态抑制二极管Z2、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R25、电阻R26、电容C22、电容C23、电容C24和电容C25；

[0077] 所述电容C24的一端分别与电容C22的一端、电容C23的一端、485通信芯片U8的第十二引脚和第十九引脚电连接，电容C24的另一端、电容C22的另一端和电容C23的另一端均接地；所述485通信芯片U8的第十三引脚分别与485通信芯片U8的第十八引脚、电阻R19的一端和电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端与外设电源电连接；所述485通信芯片U8的第十三引脚分别与485通信芯片U8的第十八引脚、电阻R19的一端和电阻R25的一端电连接，电阻R25的另一端与外设电源电连接；所述485通信芯片U8的第十五引脚分别与485通信芯片U8的第十七引脚、电阻R21的一端和电阻R26的一端电连接，电阻R26的另一端接地；所述电阻R19的另一端分别与电阻R20的一端和共模扼流圈LL1的第四引脚电连接，所述电阻R21的另一端分别与电阻R20的另一端和共模扼流圈LL1的第一引脚电连接；所述共模扼流圈LL1的第三引脚与瞬态抑制二极管Z1的一端电连接，共模扼流圈LL1的第二引脚与瞬态抑制二极管Z2的一端电连接，瞬态抑制二极管Z1的另一端和瞬态抑制二极管Z2的另一端均接地。

[0078] 其中，485通信芯片U8的型号为ADM2587E，共模扼流圈LL1的型号为744222，瞬态抑制二极管Z1和瞬态抑制二极管Z2的型号为LXES15AAA1‑153，电阻R19的阻值为10Ω，电阻R20的阻值为120Ω，电阻R21的阻值为10Ω，电阻R25的阻值为4.7KΩ，电阻R26的阻值为4.7KΩ，电容C22的容值为100nF，电容C23的容值为10nF，电容C24的容值为10uF/16V，电容C25的容值为100nF；

[0079] 本实施例中，所述433MHz无线通信电路包括433MHz无线发射芯片U2、电阻R3、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11和弹簧天线E1；

[0080] 所述433MHz无线发射芯片U2的第九引脚分别与电阻R3的一端和电容C8的一端电连接，电阻R3的另一端分别与电容C9的一端和弹簧天线E1电连接，电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地；

[0081] 所述433MHz无线发射芯片U2的第二引脚分别与电容C10的一端、电容C11的一端和外设的3.3V电源电连接，433MHz无线发射芯片U2的第一引脚、电容C10的另一端和电容C11的一端均接地。

[0082] 其中，无线发射芯片U2的型号为APC240，电容C10的容值为APC240，电容C11的容值为10uF，电阻R3、电容C8和电容C9构成阻抗匹配电路，用于调节天线、模块、PCB走线的阻抗匹配。

[0083] 本实施例中，所述载波信号通信电路包括电力载波收发调制解调芯片U5、载波信号耦合电路U4、电容C12、电容C17和电容C16；

[0084] 所述电力载波收发调制解调芯片U5的第四引脚与电容C16的一端电连接，电力载波收发调制解调芯片U5的第六引脚与电容C17的一端电连接，电容C16的另一端和电容C17的另一端接地；所述电力载波收发调制解调芯片U5的第七引脚和载波信号耦合电路U4的第六引脚电连接，电容C12的一端与载波信号耦合电路U4的第一引脚电连接，电容C12的另一端与外部的配电线路末端电连接。

[0085] 其中，电力载波收发调制解调芯片U5的型号为ES1642‑NC，载波信号耦合电路U4的参数为100uH 1:1，电容C12的容值为0.047uF/310V、电容C17的容值为100nF，电容C16的容值为100nF。

[0086] 本实施例中，所述模拟量采集模块包括运放芯片U6、电容C15、电容C19、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R15、电阻R16、电阻R17和电阻R18；

[0087] 所述运放芯片U6的第二引脚分别与电阻R9的一端和电阻R7的一端电连接，运放芯片U6的第三引脚分别与电阻R10的一端和电阻R12的一端电连接，电阻R9的另一端与电阻R11的一端电连接，电阻R10的另一端与电阻R11的另一端电连接，运放芯片U6的第一引脚分别与电阻R7的另一端和电容C15的一端电连接，电容C15的另一端和电阻R12的另一端均接地；所述运放芯片U6的第六引脚分别与电阻R15的一端和电阻R13的一端电连接，运放芯片U6的第五引脚分别与电阻R16的一端和电阻R18的一端电连接，电阻R15的另一端与电阻R17的一端电连接，电阻R16的另一端与电阻R17的另一端电连接，运放芯片U6的第七引脚分别与电阻R13的另一端和电容C19的一端电连接，电容C19的另一端和电阻R18的另一端均接地。

[0088] 其中，运放芯片U6的型号为MCP6002T‑I/SN，电容C15的容值为100nF，电容C19的容值为100nF，电阻R7的阻值为100KΩ，电阻R9的阻值为100KΩ，电阻R10的阻值为100KΩ，电阻R11的阻值为100Ω，电阻R12的阻值为100KΩ，电阻R13的阻值为100KΩ，电阻R15的阻值为100KΩ，电阻R16的阻值为100KΩ，电阻R17的阻值为100Ω，电阻R18的阻值为100KΩ。

[0089] 本实施例中，所述一种配电线路末端智能感知装置还包括数据存储模块；所述数据存储模块与主控芯片电连接。

[0090] 所述数据存储模块包括FLASH存储芯片U3、电阻R2和电容C4；

[0091] 所述FLASH存储芯片U3的第一引脚与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端与外设的3.3V电源电连接；所述电容C4的一端分别与FLASH存储芯片U3的第七引脚和第八引脚电连接，电容C4的另一端接地；所述主控芯片分别与FLASH存储芯片的第一引脚、第二引脚、第五引脚和第六引脚电连接。

[0092] 其中，FLASH存储芯片U3的型号为W25Q64JVSSIQ，电阻R2的阻值为10KΩ，电容C4的容值为100nF。

[0093] 本实施例中，由图9可知所述一种配电线路末端智能感知装置，还包括电源模块，AC‑DC电压转换模块U1的型号为LDE05‑20B12，保险丝F1的型号为5RT‑010H，压敏电阻R1的型号为10D561K，电容C2的容值为1000uF/50V，电容C3的容值为100nF，电容C6的容值为470uF/16V，电容C7的容值为100nF，稳压模块IC1的型号为ETA2842，二极管D1的型号为SS24，电感L2的参数为10uH，电阻R5的阻值为68KΩ，电阻R6的阻值为22KΩ，电容C1的容值为10nF，电容C5的容值为10nF，磁珠L1的阻值为600Ω，电阻R4的阻值为4.7KΩ、发光二极管D2的型号为0603。

[0094] 以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。