一种数据通信模块论文和设计

全文摘要

本实用新型提出一种数据通信模块，其包含线路板，配置于线路板的驱动组件及与驱动组件电性连接的采样组件，驱动组件包含主控芯片组件、晶振组件、供电组件，采样组件包含电力线采样单元；供电组件电性连接所述主控芯片组件，用以提供驱动电能；线路板具有第一表面，与第一表面相对的第二表面；主控芯片组件、晶振组件、电力线采样单元配置于第一表面；供电组件配置于第二表面；线路板配置有通孔焊盘，其用以配置连接端子。该数据通信模块,其结构简单使用时无需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递；其集成度非常高，功耗低，能够嵌入到几乎所有的工业控制设备中。

主设计要求

1.一种数据通信模块，其特征在于，包含线路板，配置于线路板的驱动组件及与驱动组件电性连接的采样组件；所述驱动组件包含主控芯片组件、晶振组件、供电组件；所述供电组件电性连接所述主控芯片组件，用以提供驱动电能；所述采样组件包含电力线采样单元；所述线路板具有第一表面，与所述第一表面相对的第二表面，所述主控芯片组件、所述晶振组件、所述电力线采样单元配置于所述第一表面，所述供电组件配置于所述第二表面，所述线路板配置有复数个通孔焊盘，其用以配置连接端子。

设计方案

1.一种数据通信模块，其特征在于，包含线路板，配置于线路板的驱动组件及与驱动组件电性连接的采样组件；

所述驱动组件包含主控芯片组件、晶振组件、供电组件；

所述供电组件电性连接所述主控芯片组件，用以提供驱动电能；

所述采样组件包含电力线采样单元；

所述线路板具有第一表面，与所述第一表面相对的第二表面，所述主控芯片组件、所述晶振组件、所述电力线采样单元配置于所述第一表面，所述供电组件配置于所述第二表面，所述线路板配置有复数个通孔焊盘，其用以配置连接端子。

2.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，所述连接端子，包含有复数根连接针脚，其至少包含用以电性连接供电电压的针脚，传输信号的针脚。

3.如权利要求2所述的数据通信模块，其特征在于，所述连接端子焊接或可插拔的固定于所述线路板。

4.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，还包含与所述连接端子同侧配置的第一连接端子，其包含有第一连接端，用以电性连接待采样的装置火线\/零线，第二连接端，用以电性连接待采样装置的零线\/火线。

5.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，所述采样组件配置有隔离器件其包含变压器。

6.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，主控芯片组件包含信息发射的发射端口，其电性串连接电阻。

7.如权利要求6所述的数据通信模块，其特征在于，发射端口电性连接增强电路，所述增强电路包含第一三极管,其基极端电性连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端电性连接发射端口，其集电极端电性第五电阻的一端及第六电阻的一端，第五电阻的另一端电性连接供电端及第八电阻的一端，其发射端电性连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端电性连接第三电阻的一端及接地端及第二三极管的发射端，第二三极管的基极端电性连接第六电阻的另一端及第七电阻的一端，第二三极管的集电极端连接第八电阻的另一端及输出端，第二三极管发射极端连接第七电阻的另一端及接地端。

8.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，还包含供电模块，用以将接收的电压转换为预设的电压并传输至电性连接的供电组件。

9.如权利要求8所述的数据通信模块，其特征在于，供电模块包含电压转换芯片，其包含输入端，输出端，接地端，所述输入端电性连接电容的一端及供电输入端，电容的另一端电性连接所述接地端并电性接地，所述输出端电性连接供电组件，所述输入端与所述输出端间配置有电阻。

10.如权利要求1所述的数据通信模块，其特征在于，所述驱动组件包含有使能组件，其包含有使能芯片，所述使能芯片包含使能信号触发端，其电性连接至第一电阻的一端，第一电阻的另一端电性连接至主控芯片组件的使能端及第二电阻的一端，第二电阻的另一端电性接地；接地端，其电性接地；供电端，用以电性连接供电电源。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种通信模块，具体地涉及一种基于电力线载波通信的数据通信模块。

背景技术

随着经济的高速发展，各行业对用电的需求越来越大，电力资源紧缺和不同时间用电量不均衡的现象依然严重。为缓解我国日趋尖锐的电力供需矛盾，提倡节约用电量、提高用电效率，合理利用电力资源已成为急需解决的问题。现有的具备电量采集功能大多为电表(智能电表)、转换插座，进行电能损耗统计和计量。虽然当前出现一些可联网的电量采集器，但是它们大多单个的价格比较高不利于电量信息采集的普及；还有如分布式电站或配置有充电桩的场合，其对监控装置的可靠性要求很高，因为采用的监控装置运行出现异常或损坏，应用临时的监控装置与原来的系统存在兼容性差的隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。基于上述问题，本实用新型提出一种数据数据通信模块,其结构简单，集成度高且安装简单，只要有电线，就能进行数据传递。

为实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：

一种数据通信模块，其特征在于，包含线路板，配置于线路板的驱动组件及与驱动组件电性连接的采样组件；

所述驱动组件包含主控芯片组件、晶振组件、供电组件；

所述供电组件电性连接所述主控芯片组件，用以提供驱动电能；

所述采样组件包含电力线采样单元；

优选的，该连接端子，包含有复数根连接针脚，其至少包含用以电性连接供电电压的针脚，传输信号的针脚。

优选的，该连接端子焊接或可插拔的固定于所述线路板。

优选的，该通信模块，还包含与所述连接端子同侧配置的第一连接端子，其包含有第一连接端，用以电性连接待采样的装置火线\/零线，第二连接端，用以电性连接待采样装置的零线\/火线。

优选的，该采样组件间配置有隔离器件其包含变压器。

优选的，该主控芯片组件包含信息发射的发射端口，其电性串连接电阻。

优选的，该发射端口电性连接增强电路，所述增强电路包含第一三极管,其基极端电性连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端电性连接发射端口，其集电极端电性第五电阻的一端及第六电阻的一端，第五电阻的另一端电性连接供电端及第八电阻的一端，其发射端电性连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端电性连接第三电阻的一端及接地端及第二三极管的发射端，第二三极管的基极端电性连接第六电阻的另一端及第七电阻的一端，第二三极管的集电极端连接第八电阻的另一端及输出端，第二三极管发射极端连接第七电阻的另一端及接地端。这样的设计，提高将PLC组件反馈的信息穿输出的能力。

优选的，该通信模块，还包含供电模块，用以将接收的电压转换为预设的电压(12V)并传输至电性连接的供电组件。这样提高模块的抗浪涌能力。

优选的，该供电模块包含电压转换芯片，其包含输入端，输出端，接地端，所述输入端电性连接电容的一端及供电输入端，电容的另一端电性连接所述接地端并电性接地，所述输出端电性连接供电组件，所述输入端与所述输出端间配置有电阻。

优选的，该驱动组件包含有使能组件，其包含有使能芯片，所述使能芯片包含使能信号触发端，其电性连接至第一电阻的一端，第一电阻的另一端电性连接至主控芯片组件的使能端及第二电阻的一端，第二电阻的另一端电性接地；接地端，其电性接地；供电端，用以电性连接供电电源。这样，降低了在提供恶劣电压的场合因反复重启，复位失败的概率。

相对于现有技术中的方案，本实用新型的优点：

①数据通信模块,其结构简单易于安装简单，通用性强；

②数据通信模块使用方便，不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递；

③该模块体积小，集成度非常高，功耗低(最大功耗<2W)能够嵌入到几乎所有的工业控制设备中，为客户提供稳定可靠的串行通信能力。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1a,b为本实用新型实施例的数据通信模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的数据通信模块的供电模块示意图；

图3为本实用新型实施例的数据通信模块的供电组件的拓扑示意图；

图4为本实用新型实施例的主控芯片组件连接的复位功能拓扑示意图；

图5为本实用新型实施例的数据通信模块的主控芯片功能示意图；

图6为本实用新型实施例的数据通信模块的采样组件的拓扑示意图；

图7为本实用新型实施例主控芯片功能发射端口增强电路拓扑示意图；

图8为本实用新型实施例的数据通信模块与服务器连接示意图；

图9为本实用新型实施例的数据通信模块与其它模块仿真结果示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

图1a，1b为本实用新型实施例的数据通信模块的结构示意图，该数据通信模块200包含，线路板201，配置于线路板的驱动组件及与驱动组件电性连接的采样组件，所述驱动组件包含主控芯片组件204、晶振组件204a、供电组件211，所述采样组件包含电力线采样单元208；该供电组件211电性连接主控芯片组件204，用以提供驱动主控芯片的电能，主控芯片组件204的附近配置有晶振组件204a；线路板201具有第一表面，与第一表面相对的第二表面；主控芯片组件204、晶振组件204a、电力线采样单元配置于该第一表面；供电组件211配置于第二表面；线路板配置有复数个通孔焊盘，其用以固定连接端子210。较佳的，该连接端子210有复数根连接针脚，其至少包含用以电性连接供电电压的针脚，传输信号的针脚。焊接或可插拔的固定于线路板201。本实施方式中，线路板201还包含与连接端子210同侧配置的第一连接端子，其包含有第一连接端202，用以电性连接待采样的火线\/零线装置，第二连接端203，用以电性连接待采样的零线\/火线装置。较佳的，驱动组件与采样组件间配置有隔离器件208a，这样的设计，降低第一连接端，第二连接端与待采样的装置连接后对驱动组件的电磁干扰。较佳的该隔离器件包含变压器。

在一实施方式中，线路板201上还包含供电模块，用以将接收的12V电压转换为3.3V电压并传输至电性连接的供电组件211。供电模块包含电压转换芯片205，电容207。经过供电模块变换后将接收的电压转换为12V电压(输出电流，如平均电流100mA,峰值电流200mA)。

接下来结合图2-6来详细的描述通信模块上驱动组件及采样组件的连接。如图5所示，为本实用新型实施例的数据通信模块的主控芯片功能示意图，主控芯片10具有复数个端口，其中包含端口1-4，用以电性连接至采样组件100，使能端口RSTL用以连接使能单元3000，端口6,7，用以接收\/发射PLC的信息。(较佳的，端口6,7端口分别电性串联1k的电阻(图未示))。端口TP1,TP2，用以连接预设的测试点。端口8,用以输出1.2V电压，端口8电性连接电感14，该电感14用以抑制瞬间输出的电流大小，较佳的输出电流不超过0.6A，该设计其发射PA最大电流600mA。本实施方式中，电感14的大小介于0.2～0.6uH(较佳的，选取4.7H)。电容15与电容17的容值相同，电容16的容值大致为电容15容值的100倍。端口11提供1.2V电压，该设计集成DC\/C(3.3V转1.2V)简化布线设计。13,14,18的阻值1000欧姆，其允许最大电流200mA。在一实施方式了，为了提高端口7的发射能力，端口7还配置了(在电性串联电阻的基础上)增强电路(参考图7)。增强电路4000，具有端口4001(电性连接端口7),4002(输出端)，三极管4003(第一三极管),其基极电性连接电阻4004(即第三电阻)的一端，电阻4004的另一端电性连接端口4001，其集电极端电性电阻4006的一端及电阻4007的一端，电阻4006的另一端电性连接供电端及电阻4009(即第八电阻)的一端，其发射端电性连接电阻4005(即第四电阻)的一端，电阻4005的另一端电性连接电阻4004的一端及接地端及三极管4006(即第五电阻)的发射端，三极管4006的基极端电性连接电阻4007(即第六电阻)的另一端及电阻4008的一端，三极管4006的集电极端连接电阻4009的另一端及端口4002，三极管4006(第二三极管)的发射极端连接电阻4008(即第七电阻)的另一端及接地端。在一实施方式中，三极管4003,4006可由MOSFET管替换。

该主控芯片10电性连接供电组件，由供电组件提供驱动电能，供电组件的拓扑如图3所示。供电组件2000，包含芯片2001、电容2002、电阻2003、电感2004、电容2005\/2006、电阻2007\/2008、电容2009、二极管2010、电阻2011、二极管2012，芯片2001的输入端in电性连接输入电源(如，供电模块的输出端)及电容2002的一端及电阻2003的一端，电阻2003的另一端电性连接芯片2001的使能端EN，电容2002的另一端连接芯片2001的接地端及电阻2008的一端，芯片2001的片选端BS电性连接电容2009的一端，电容2009的另一端电性连接二极管2010的阴极端及芯片2001的输出端out及电感2004的一端，二极管2010的阳极端电性接地，电感2004的另一端电性连接电容2005\/6的一端及电阻2011的一端，电容2006的另一端电性连接至芯片2001的反馈端FB及电阻2008的另一端，电阻2017电性连接至电容2006的两端，电容2005的另一端电性连接至二极管2012的阴极端并电性接地。这样的设计，经过供电组件2000变换后将(如，供电模块)输入的直流高电压转换为直流低电压(3.3V)。

接下来结合图2来描述供电模块1000，包含电压转换芯片1001，其具有输入端in，其电性连接VIN及电容1002的一端，接地端GND，其电性接地及电容1002的另一端，输出端out，用以输出转换后的电压至匹配的连接端，输入端in与输出端out间配置有电阻1003。本实施方式中，电阻1003为0欧姆，在有的实施方式可省略该电阻1003。电容1002较佳的选用大电压，用以稳压及隔离干扰，较佳的其耐压为输出电压的2～3倍。通过供电模块1000将输入的直流高压转换为直流12V电压，其输出电流的平均值小于150mA(本实施方式中，输出电流的平均值100mA，峰值电流200mA)。选用电容1002，提高供电模块1000的抗浪涌能力，输入电源高于预算值时保护供电组件。现有的控制模块中大多没有该供电模块，输入电压经过转换后直接转换为预算电压(如3.3v)，提供给主控芯片。

接下来结合图4来描述使能组件3000，使能组件包含使能芯片，其具有信号触发端RST，其电性连接至第一电阻3001的一端，第一电阻3001的另一端电性连接至主控芯片组件的使能端RSTL及第二电阻3002的一端，第二电阻3002的另一端电性接地；使能芯片接地端，其电性接地；使能芯片的供电端，用以电性连接供电电源(如，3.3V)。本实施方式中，采用使能芯片的设计提高模块的可靠性，现有的控制模块的使能复位，大都采用电容与电阻的方案进行复位，该实施方式在供给电压恶劣的场合时会频繁的复位这时复位不成功的概率很高(超过1％的概率)，这样其不能满足要求，采用本实施方式的使能芯片方式极大的降低复位不成功的概率。

接下来结合图6来描述采样组件100，其具有连接待采样装置的端口105\/106(如105电性连接采样装置的火线，106电性连接采样装置的零线，在其他的实施方式中，也可相反，在此不作限定)，与主控芯片匹配连接的端口101-104，还包含变压器107，其原边侧电性连接至端口105\/106，副边侧的一端电性连接稳压管108的一端及二极管109的阴极端及电阻111的一端，二极管109的阳极端电性接地，二极管110的阳极端电性连接二极管109的阴极端，二极管110的阴极端电性连接电阻111的另一端及端口112，副边侧的另一端电性连接稳压管108的另一端及电阻113的一端及二极管114的阴极端，二极管115的阳极端电性连接二极管114的阴极端，二极管115的阴极端电性连接端口116，电阻117的一端与电阻119的一端电性相连并连接至电阻111的一端，电阻117的另一端电性连接至电容121的一端，电容121的另一端电性连接电容124的一端及电阻122的一端，电容124的另一端连接端口101，电阻119的另一端电性连接电容125的一端，电容125的另一端电性连接端口103；电阻118的一端与电阻120的一端电性连接并连接至二极管114的阴极端，电阻118的另一端电性连接电容123的一端，电容123的另一端电性连接电阻122的另一端及电容125的一端，电容125的另一端电性连接至端口102，电阻120的一端电性连接至电容126的一端，电容126的另一端电性连接至端口104。本实施方式中，端口112,116为12V直流电压。本实施方式中，采用稳压管，可提高模块抗浪涌的能力。

在一实施方式中，数据通信模块的本体内配置有储能电池，由该储能提供数据通信模块的运行电能，这时本体上取消上述实施方式的供电端口。

在一实施方式中，数据通信模块配置在光伏电站的控制柜中，其与逆变器连接基于预设的模式获取逆变器的运行信息。

在一实施方式中，数据通信模块配置在电动车充电站的控制柜中，其与控制器连接，基于预设的模式获取充电桩的运行信息。

如图8所示为数据通信模块与服务器连接的功能模块示意图；数据通信模块通过通信模块以有线或无线的方式将PLC采样组件采样的信息运算后传递至服务器。本实施方式中，服务器可描述为云端服务器，远端控制服务器，智能携带设备等。

如图9所示为数据通信模块与现有的通信模块(图中曲线有实心点标识))的性能对比，从图中可看出(横坐标表述链路衰减，纵坐标表述通信速率)，本实施方式提供的模块其灵敏度高，在-95db(图中曲线有空心圈标识)时其具有300kbps的传输速率。

在一实施方式中，数据通信模块的本体内集成Bandpass Filter电源。在一实施方式中，数据通信模块的PLC(全称Power line Communication)兼容性高，其支持国际HomePlug Green PHY标准，国家电网标准，南方电网标准。

在一实施方式中，数据通信模块配有存储组件，用于储存采集的信息；数据通信模块还配有一读取该存储组件存储信息的接口。较佳的，选用USB接口，mini USB接口，Type-C接口等，只要等读取存储组件存储的信息即可。

在一实施方式中，数据通信模块的主控芯片其集成有电压转换功能，其将3.3V电压转换为1.2V输出参考图5主控芯片的端口8。该1.2V电压用以驱动预设的芯片。主控芯片还配置复数个输出1.2V，3.3V的端口。

在一实施方式中，也可以是利用多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能，或者利用多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，还可以是，利用一个构成要素来实现多个构成要素所具有的多个功能，或者利用一个构成要素来实现通过多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的一部分结构。另外，也可以将上述实施方式的至少一部分相对于其他的上述实施方式的结构进行追加或者置换。另外，仅由在权利要求书中记载的表述确定的技术思想所包含的所有形态都是本实用新型的实施方式。

需要说明的是，如图2-6所示的拓扑示意图中，画出的元器件为等效示意图，在实际应用时可为多个等效成。对元器件的数量不作限定。

根据本实用新型公开的数据通信模块其工作频率范围介于100kHz～30MHz，PHY传输速率高达到40Mbps，目前的PLC通信模块其工作频率范围大多介于2MHz～12MHz，PHY传输速率高达到27Mbps，这样该模块，可嵌入到市面上的工业控制设备中，而不影响其他的设备，安装简单，数据通信模块可通过无线通信模块与连接的服务器建立连接并发送数据，数据通信模块不再受空间限制。

上述实施方式的模块中其采样宽频的工作频率，这样使其可兼容市面上的工业工作设备，提高其兼容性。

上述实施方式的供电模块实施方式中，其用以将接收的供电电源的电压转换为12V电压，其内配置有大电容以提高通信模块的抗浪涌能力。上述实施方式的供电组件的实施方式中，其用以将接收的供电模块输出12V电压转换为3.3V电压并提供内主控组件。

上述实施方式的主控芯片设计，其集成电压转换功能，将3.3V电压转换为其它的电压(如1.2V)，这样简化模块的设计，避免在线路板上单独设置3.3V\/1.2V的电压转换电路，提供模块的可靠性。

上述实施方式的模块其灵敏度高，在95db时然可300kbps的通信速率，满足市面上的工业工作设备，提高其通用性。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

一种数据通信模块论文和设计

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全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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