[实用新型]一种满足RS485通信和LoRaWAN无线通信技术的多功能电力仪表

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及多功能电力仪表，其主要用于电力智能化监控系统、环境监控系统、高低压配电柜监视等，实现现场三相电流、三相电压信号的采集、开关量状态的监视、继电器输出控制、RS485通信、LoRaWAN无线通信等功能。

背景技术

目前国内电力自动化领域采用的多功能电力仪表绝大多数在通信方面都是采用RS485接口、MODBUS-RTU协议与监控系统、过程控制、楼宇自动化等系统通信，也有少数厂家推出了Profibus-DP协议的智能电力仪表。这些多功能电力仪表的RS485通信接口通过屏蔽双绞线串联起来后接入专用的电力通信管理机或串口服务器的RS232口或RS485口。由于屏蔽双绞线在通过变压器、变频器、高压电缆等强磁场设备附近时容易受到干扰，造成通讯通信误码率高或通信中断等问题。另外，多功能电力仪表之间采用有线形式连接在一些改造项目上存在施工困难、施工质量无法有效保障的问题。或者遇到多功能电力仪表通信线接线错误或通信线内部可能存在拉断时，无法有效查找问题点，造成通信问题无法及时、高效解决等问题。同时，高低压配电室现场常年运行温度较高，长期运行也存在电力仪表通信线老化、通信接线端子接触不良等问题而造成通信故障。

实用新型内容

为了解决上述多功能电力仪表在传统的有线通信方式带来的通信稳定性不高、通信故障点不易查找、后续扩建改造困难等问题，本实用新型旨在提出一种既支持传统RS485通信接口，同时又能提供基于LoRaWAN超长距离、超低功耗的无线网络通信的多功能电力仪表。该专利采用免费的433/868MHz频段，实现低功耗、高可靠性、高灵活性、高速率、真正双向通信的无线连接，全面满足新建项目和改造项目对于通信方式的多种选择需要。

具体而言，本实用新型提供了以下的技术方案：

一种满足RS485通信和LoRaWAN无线通信技术的多功能电力仪表，其特征在于，所述电力仪表包括：STM32F103 CPU(1)、模拟电压采集电路(2)、模拟电流采用电路(3)、开关量输入采集电路(4)、继电器控制输出电路(5)、RS485 通信电路(6)、LoRaWAN无线通信电路(7)、按键输入与LCD显示电路(8)；所述电力仪表的微处理单元STM32F103 CPU(1)分别与模拟电压采集电路(2)、模拟电流采用电路(3)、开关量输入采集电路(4)、继电器控制输出电路(5)、 RS485通信电路(6)、LoRaWAN无线通信电路(7)、按键输入与LCD显示电路(8) 电力连接，并完成模拟量采集、开关量采集、继电器控制输出、面板控制按键输入、LCD液晶内容显示功能；所述STM32F103 CPU(1)的串行通信接口通过 RS485芯片，实现传统的RS485通信功能，所述LoRaWAN无线通信电路(7)以 RN2483芯片为核心，完成无线数据的发送和接收。

优选地，采用MicroChip公司LoRaWAN无线数据收发芯片RN2483，无线通信的天线全部安装于仪表内部。

优选地，电力仪表电路板上设置有传统的RS485接口芯片，以及支持LoRaWAN无线方式的无线通信接口，完成与远程控制SCADA中心的数据交换。

优选地，采用AES-128加密算法，以及CSMA/CA协议，实现无线传输的数据加密，以及防止数据堵塞与冲突。

优选地，所述LoRaWAN无线通信电路(7)，采用RN2483芯片作为核心，其 A0、A1接口分别连接STM32F103VCT6芯片的RF_P和RF1接头。RN2483芯片的 SCL接头通过串接电阻R2接+3V电压源，并通过一电感与一电容的串联，接无线发射天线；SDA接头通过串接电阻R3接+3V电压源。

优选地，所述模拟电压采集电路(2)，采用放大器电路结构，监测端通过互感器件，分别通过并联电阻，接放大器的输入端2和输入端3，输入端3接地，同时，V+端接OPV+电压，且与V-端同时通过串联电容接地，放大器输出端通过串联电阻，与输入端2相连，输出端6通过串联电阻，将监测信号输出至 STM32F103 CPU(1)的信号接收端，同时，输出端6与串联电阻的输出端，通过一组并联的电容与电阻接地。