(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920969485.3
(22)申请日 2019.06.26
(73)专利权人 杭州罗万信息科技有限公司
地址 311121 浙江省杭州市余杭区文一西
路1500号6号楼5单元901B室
(72)发明人 孙伟仁 孟源 俞洁
(74)专利代理机构 北京科家知识产权代理事务
所(普通合伙) 11427
代理人 陈娟
(51)Int.Cl.
H04B 3/54(2006.01)
H04W 4/80(2018.01)
H04W 88/06(2009.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
讯结构
(57)摘要
本实用新型公开了一种LoRa+PLC双模内置
模块，包括MCU、HPLC宽带载波芯片、LoRa射频模 块、LED指示灯、载波信号耦合部分和充电电路部
HPLC宽带载波芯片用于在LoRa通信达不到的地
方切换PLC去发送和接收LoRa数据，LED指示灯用
于各个模块运行状态的指示，载波信号耦合部分
用于将载波信号耦合到电力线上，充电电路部分
用于电源管理和短路保护。本实用新型采用PLC
大部分可通过LoRa无线通信上报，而死角和盲区
等位置通过PLC进行传输，可以将数据更远更稳
定地传输至网关，
使得远程抄表变得更加便捷。权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 209659304 U 2019.11.19
C N 209659304
U
1.一种LoRa+PLC双模内置模块，其特征在于：其包括MCU、连接在MCU上的HPLC宽带载波芯片、LoRa射频模块和LED指示灯以及连接在HPLC宽带载波芯片上的载波信号耦合部分和充电电路部分，所述LoRa射频模块用于发送和接收LoRa数据，所述HPLC宽带载波芯片用于在LoRa通信达不到的地方切换PLC去发送和接收LoRa数据，所述LED指示灯用于各个模块运行状态的指示，所述载波信号耦合部分用于将载波信号耦合到电力线上，所述充电电路部分用于电源管理和短路保护。
2.根据权利要求1所述的一种LoRa+PLC双模内置模块，其特征在于：所述HPLC宽带载波芯片与MCU通过SPI连接，所述LoRa射频模块与MCU通过SPI连接，所述LED指示灯与MCU通过GPIO连接。
3.一种使用权利要求2所述的LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构，其特征在于：其包括计量主站、连接在计量主站上的服务器、连接在服务器上的LoRa+PLC网关和集中器、连接在LoRa+PLC网关和集中器上的PLC电力线、在LoRa+PLC网关上自组网的LoRa无线通讯广域网以及通过PLC电力线和LoRa无线通讯广域网方式通讯的电能表，所述电能表的内部安装LoRa+PLC双模内置模块。
4.根据权利要求3所述的一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构，其特征在于：所述服务器通过Enternete数据透传连接计量主站，所述集中器通过4G连接服务器，所述LoRa +PLC网关通过4G或者Enternete连接服务器，所述服务器上部署核心网或者HES系统。
5.根据权利要求4所述的一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构，其特征在于：应用该通讯结构的
电力抄表整体网络架构，包含多个电能表，电能表通过LoRa+PLC双模内置模块的PLC与LoRa两种通道，将数据向上层传输，使用PLC通道发送数据时，数据可传输至集中器或带有PLC载波模块的LoRa+PLC网关，使用LoRa通道发送数据时，数据传输至LoRa+PLC 网关，随后两种通道数据汇聚至核心网或HES系统，最终流向计量主站或其他应用平台。
权 利 要 求 书1/1页CN 209659304 U
LoRa+PLC双模内置模块及使用该模块的通讯结构
[0001]本实用新型属于通讯领域，尤其涉及一种LoRa+PLC双模内置模块及使用该模块的通讯结构。
背景技术
[0002]随着我国电力行业体制改革的不断深化，原来人工抄表和统计结算的抄表方式显然不能适应市场商业化运营的需要。因此，必须建立以自动化为基础的电能量计量计费自动化系统，以提高电能量的采集、传输、处理的精确性、可靠性和及时性。
[0003]随着微电子技术的不断进步，许多通信方式被应用到电能表通讯中，目前市面上主流的内置模块
通讯方式有：LoRa、电力线载波(下称PLC)以及微功率无线通信等。这些通讯或多或少都有些不足之处：
[0004](1)微功率无线：功率小，灵敏度受限，覆盖范围小，通信距离短，受障碍物影响严重。
[0005](2)PLC：在电网波动较小和短距离线路传输情况，利用PLC载波技术可以通过电线进行抄表数据传输，但不利于远距离信息采集和电力负荷波动较大的区域。
[0006](3)LoRa：LoRa无线网络能够覆盖较大的室外区域和部分室内部分，但深入建筑内死角或地下室仍存在盲区，例如地下、封闭空间、建筑内死角等，信号穿透性欠佳。
实用新型内容
[0007]本实用新型为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种采用LoRa+ PLC双模内置模块的PLC与LoRa两种通道，将数据进行采集和回传，确保大部分可通过LoRa 无线通信上报，而死角和盲区等位置通过PLC进行传输，弥补了两种通讯方式各自的缺点，可以将数据更远更稳定地传输至网关，使得远程抄表变得更加便捷的LoRa+PLC双模内置模块及使用该模块的通讯结构。
[0008]本实用新型的技术方案：一种LoRa+PLC双模内置模块，包括MCU、连接在MCU上的HPLC宽带载波芯片、LoRa射频模块和LED指示灯以及连接在HPLC宽带载波芯片上的载波信号耦合部分和充电电
路部分，所述LoRa射频模块用于发送和接收LoRa数据，所述HPLC宽带载波芯片用于在LoRa通信达不到的地方切换PLC去发送和接收LoRa数据，所述LED指示灯用于各个模块运行状态的指示，所述载波信号耦合部分用于将载波信号耦合到电力线上，所述充电电路部分用于电源管理和短路保护。
[0009]优选地，所述HPLC宽带载波芯片与MCU通过SPI连接，所述LoRa射频模块与MCU通过SPI连接，所述LED指示灯与MCU通过GPIO连接。
[0010]一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构，包括计量主站、连接在计量主站上的服务器、连接在服务器上的LoRa+PLC网关和集中器、连接在LoRa+PLC网关和集中器上的PLC电力线、在LoRa+PLC网关上自组网的LoRa无线通讯广域网以及通过PLC电力线和LoRa无线通讯广域网方式通讯的电能表，所述电能表的内部安装LoRa+PLC双模内置模块。
[0011]优选地，所述服务器通过Enternete数据透传连接计量主站，所述集中器通过4G连接服务器，所述LoRa+PLC网关通过4G或者Enternete连接服务器，所述服务器上部署核心网或者HES系统。
[0012]优选地，应用该通讯结构的电力抄表整体网络架构，包含多个电能表，电能表通过LoRa+PLC双模内置模块的PLC与LoRa两种通道，将数据向上层传输，使用PLC通道发送数据时，数据可传输至集中器或带有PLC载波模块的LoRa+PLC网关，使用LoRa通道发送数据时，数据传输至LoRa+PLC网关，随后两种通道数据汇聚至核心网或HES系统，最终流向计量主站或其他应用平台。
[0013]一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构的通讯方法，其特征在于：
[0014]1)数据下行流程
[0015]LoRa+PLC双模内置模块接收到网关的数据，进行判重，对数据进行解密，将读到数据进行协议判断以及协议封装，组成标准的DL\T645报文，数据直接通过串口传送到电能表上；
[0016]2)数据上行流程
[0017]LoRa+PLC双模内置模块通过串口数据总线与表计通讯，当读到串口总线上的数据后，进行协议判定，将抄读到的数据收集，一边按LoRaWAN协议组帧，主板芯片将准备发送的LoRa或者FSK数据通过SPI传送给LoRa射频模块，通过射频模块将数据发送给网关；一边将抄读到的数据按照载波协议组帧，通过SPI发送到HPLC宽带载波模块，再用PLC技术通过电力线将采集的数据上报至集中器或带有HPLC载波模块的网关；两边通道同时发送数据上行至网关或集中器。
[0018]本实用新型采用LoRa+PLC双模内置模块的PLC与LoRa两种通道，将数据进行采集和回传，确保大部分可通过LoRa无线通信上报，而死角和盲区等位置通过PLC进行传输，弥补了两种通讯方式各自的缺点，可以将数据更远更稳定地传输至网关，使得远程抄表变得更加便捷。
附图说明
[0019]图1为本实用新型中LoRa+PLC双模内置模块的硬件连接示意图；
[0020]图2为本实用新型中使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构的示意图；
[0021]图3为本实用新型中使用LoRa+PLC双模内置模块的电力抄表整体网络架构图；[0022]图4为本实用新型中LoRa+PLC双通道通信技术与其他几种现有通信技术对比示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，但并不是对本实用新型保护范围的限制。
[0024]如图1所示，一种LoRa+PLC双模内置模块，包括MCU、连接在MCU上的HPLC宽带载波芯片、LoRa射频模块和LED指示灯以及连接在HPLC宽带载波芯片上的载波信号耦合部分和充电电路部分，所述LoRa射频模块用于发送和接收LoRa数据，所述HPLC宽带载波芯片用于在LoRa通信达不到的地方切换PLC去发送和接收LoRa数据，所述LED指示灯用于各个模块运
行状态的指示，所述载波信号耦合部分用于将载波信号耦合到电力线上，所述充电电路部分用于电源管理和短路保护。所述HPLC宽带载波芯片与MCU通过SPI连接，所述LoRa射频模块与MCU通过SPI连接，所述LED指示灯与MCU通过GPIO连接。
[0025]如图2和3所示，一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构，包括计量主站、连接在计量主站上的服务器、连接在服务器上的LoRa+PLC网关和集中器、连接在LoRa+PLC网关和集中器上的PLC电力线、在LoRa+PLC网关上自组网的LoRa无线通讯广域网以及通过PLC电力线和LoRa无线通讯广域网方式通讯的电能表，所述电能表的内部安装LoRa+PLC双模内置模块。所述服务器通过Enternete数据透传连接计量主站，所述集中器通过4G连接服务器，所述LoRa+PLC网关通过4G或者Enternete连接服务器，所述服务器上部署核心网或者HES系统。应用该通讯结构的电力抄表整体网络架构，包含多个电能表，电能表通过LoRa+PLC双模内置模块的PLC与LoRa两种通道，将数据向上层传输，使用PLC通道发送数据时，数据可传输至集中器或带有PLC载波模块的LoRa+PLC网关，使用LoRa通道发送数据时，数据传输至LoRa +PLC网关，随后两种通道数据汇聚至核心网或HES系统，最终流向计量主站或其他应用平台。
[0026]一种使用LoRa+PLC双模内置模块的通讯结构的通讯方法，其特征在于：
[0027]1)数据下行流程
[0028]LoRa+PLC双模内置模块接收到网关的数据，进行判重，对数据进行解密，将读到数据进行协议判断以及协议封装，组成标准的DL\T645报文，数据直接通过串口传送到电能表上；
[0029]2)数据上行流程
[0030]LoRa+PLC双模内置模块通过串口数据总线与表计通讯，当读到串口总线上的数据后，进行协议判定，将抄读到的数据收集，一边按LoRaWAN协议组帧，主板芯片将准备发送的LoRa或者FSK数据通过SPI传送给LoRa射频模块，通过射频模块将数据发送给网关；一边将抄读到的数据按照载波协议组帧，通过SPI发送到HPLC宽带载波模块，再用PLC技术通过电力线将采集的数据上报至集中器或带有HPLC载波模块的网关；两边通道同时发送数据上行至网关或集中器。
[0031]如图4所示，本实用新型中LoRaWAN(LoRa无线通讯广域网)是LoRa联盟为了解决越来越多远距离物联网设备的连接需求而推出的一个低功耗广域网规范，与传统无线技术相比具有：低带宽、低功耗、低成本、远距离、灵敏度高以及大容量的特点，LoRaWAN的星型拓扑结构决定了布网比较简单、方便；但LoRa无线传输遇到封闭空间、死角、地底这种盲区，仍无法进行通讯，这时候就结合PLC技术将LoRa无线通信达不到的盲区的电能表数据传输至网关和集中器。LoRa+PLC双模内置模块可以两种通道切换收发发数据，弥补了两种通讯方式各自的缺点，可以将数据更远更稳定地传输至网关，使得远程抄表变得更加便捷。
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