專利名稱：一種基于總線接口的模塊化智能配電終端的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于配電網技術領域，具體涉及一種基于總線接口的模塊化智能配電終端。
背景技術：
配電終端是配電網的重要組成部分，位于基礎層。配電網的實時數(shù)據、故障自動處理的判據、開關設備的運行工況等數(shù)據都來源于配電終端，故障隔離、負荷轉移、恢復非故障區(qū)段的供電、對饋線上開關的分/合操作都是通過配電終端去執(zhí)行，配電終端工作的可靠性、實時性直接影響整個配電網的可靠性和實時性。 依據國內、外智能電網研究進展現(xiàn)狀，智能電網的建設必然要經歷一個長期不斷發(fā)展和改進的過程，因此，未來分布在配電網中的智能配電終端也應能快速適應未來各種新技術、應用和服務的發(fā)展，具備可擴展、柔性化的特征。目前，國內現(xiàn)有的配電終端一般采用集成式、封閉式設計方法，即設備主要的功能由2 3塊電路板實現(xiàn)，板級之間采用插針或軟排線進行連接，結構不具備開放性，模塊更換和擴展比較困難。若要對其進行功能的更改和擴展，則設備的結構及實現(xiàn)主要功能的PCB均需要重新設計和制作，延長了開發(fā)周期，且難以實現(xiàn)靈活配置。
為了實現(xiàn)配電終端功能的可擴展性、靈活性以及縮短開發(fā)周期，構建智能配電終端統(tǒng)一平臺為此奠定了技術基礎。現(xiàn)有的配電終端擴展性和靈活性都較差，產品開發(fā)周期和現(xiàn)場調試時間長，軟/硬件的工作量大，智能配電單元的硬件總體數(shù)量較多，使配電終端結構復雜，不易維護。

發(fā)明內容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種基于總線接口的模塊化智能配電終端。采用模塊化設計理念和總線接口技術，實現(xiàn)智能配電終端的可擴展性和柔性特征，縮短產品的開發(fā)周期，使配電終端適應未來新技術、應用和服務的快速發(fā)展。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術方案—種基于總線接口的模塊化智能配電終端，所述終端包括信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、人機交互模塊、通信模塊、電源模塊、處理器模塊和存儲器模塊；所述信號采集模塊采集交流/直流模擬信號，并進行A/D轉換，將數(shù)字信號傳輸給處理器；所述數(shù)字信號存儲至存儲器模塊，所述處理器模塊對數(shù)字信號進行分析處理，并向數(shù)字量/開關量輸出模塊發(fā)出控制命令；所述數(shù)字量/開關量輸出模塊收到控制命令后輸出數(shù)字量/開關量給外圍設備；數(shù)字量/開關量輸入模塊獲取外圍設備的動作狀態(tài)，并反饋給處理器模塊進行確認；所述處理器模塊通過人機交互模塊與主站/用戶進行信息交互，同時實現(xiàn)程序的自動升級；所述電源模塊將交流電源或后備電源轉換為低壓直流電源，為所述終端供電。所述信號采集模塊包括交流模擬電壓/電流采集電路、直流模擬電壓/電流采集電路和A/D轉換電路。所述電源模塊包括AC-DC/DC-DC供電電路、備用電源接口和電池充電電路；所述數(shù)字量/開關量輸入模塊包括遙信，數(shù)字量/開關量輸出模塊包括遙控和電容器投切控制電路。所述通信模塊包括以太網、RS485、GPRS/230M無線模塊、微功率無線模塊、GPS模塊和WIFI模塊；所述終端通過以太網接口或GPRS/230M無線模塊與主站通信；通過微功率無線模塊連接信號采集模塊；通過GPS模塊與衛(wèi)星通信實現(xiàn)時鐘同步；通過WIFI模塊與用戶的無線手持終端進行信息交互或程序升級。所述信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、電源模塊和通信模塊均設置于對應的功能子板上，所述功能子板通過插拔式接插件與所述背板連接；所述處理器模塊和存儲器模塊均設置于所述主板上。 所述功能子板均具有唯一的編號，插在背板的任意插槽上；所述處理器模塊自動識別功能子板的類型并檢測功能子板是否連接到背板上；若是，為其分配唯一的地址，所述處理器模塊依據該地址與該功能子板進行信息交互。所述背板垂直主板或平行主板設置；背板垂直主板設置時，所述功能子板從終端下方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式和壁掛式安裝方式；背板平行主板設置時，功能子板從終端后方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式安裝方式。所述處理器模塊包括32位嵌入式微處理器、DDR2 SDRAM.NAND Flash、時鐘電路和復位電路，對外引出總線接口、通用I/O和通信接口，所述32位嵌入式微處理器為單核或雙核。所述處理器模塊與所述人機交互模塊均安裝在主板上，并通過總線驅動器使總線接口與背板的各個插槽連接。所述人機交互模塊包括外部存儲接口、按鍵/觸摸屏、液晶顯示器和指示燈；用戶通過按鍵/觸摸屏向處理器模塊發(fā)出請求命令，所述處理器模塊對命令進行相應處理，處理結果通過液晶顯示器和指示燈進行顯示，所述請求命令菜單切換、指示切換、本地控制和參數(shù)設置。所述總線接口包括處理器本地總線接口或PCI-Express總線接口。所述外圍設備包括復合開關、斷路器、剩余電流動作保護器、有載調容/調壓分接開關和開關量狀態(tài)傳感器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于I.實現(xiàn)功能模塊化，可按需要方便更換模塊進行功能擴展，實現(xiàn)配電終端的升級；2.采用總線接口技術，使智能配電終端接口具有擴展性和柔性特征，以適應智能電網未來新技術、應用和服務的快速發(fā)展；3.處理器模塊可自動檢測和識別新增的功能子板，并為其分配地址，支持功能子板的熱插拔；4.功能子板垂直插入背板，無論是自然通風冷卻還是強制通風冷卻都比較容易實現(xiàn)；
5.縮短了產品開發(fā)周期和現(xiàn)場調試時間，軟/硬件的工作量較小，減少智能配電單元的硬件總體數(shù)量，使配電終端結構簡單，易維護。


圖I是本發(fā)明實施例中智能配電終端的結構圖；圖2是本發(fā)明實施例中背板垂直主板時功能子板從下方與背板連接示意圖；圖3是本發(fā)明實施例中背板平行主板時功能子板從后方與背板連接示意圖；圖4是本發(fā)明實施例中背板與功能子板之間總線接口連接示意圖；圖5是本發(fā)明實施例中處理器模塊檢測功能子板的時序圖；
圖6是本發(fā)明實施例中采用PCI-Express總線接口實現(xiàn)功能子板和主板連接示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。如圖1，一種基于總線接口的模塊化智能配電終端，所述終端包括信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、人機交互模塊、通信模塊、電源模塊、處理器模塊和存儲器模塊；所述信號采集模塊采集交流/直流模擬信號，并進行A/D轉換，將數(shù)字信號傳輸給處理器；所述數(shù)字信號存儲至存儲器模塊，所述處理器模塊對數(shù)字信號進行分析處理，并向數(shù)字量/開關量輸出模塊發(fā)出控制命令；所述數(shù)字量/開關量輸出模塊收到控制命令后輸出數(shù)字量/開關量給外圍設備；數(shù)字量/開關量輸入模塊獲取外圍設備的動作狀態(tài)，并反饋給處理器模塊進行確認；所述處理器模塊通過人機交互模塊與主站/用戶進行信息交互，同時實現(xiàn)程序的自動升級；所述電源模塊將交流電源或后備電源轉換為低壓直流電源，為所述終端供電。所述信號采集模塊包括交流模擬電壓/電流采集電路、直流模擬電壓/電流采集電路和A/D轉換電路。所述電源模塊包括AC-DC/DC-DC供電電路、備用電源接口和電池充電電路；所述數(shù)字量/開關量輸入模塊包括遙信，數(shù)字量/開關量輸出模塊包括遙控和電容器投切控制電路。所述通信模塊包括以太網、RS485、GPRS/230M無線模塊、微功率無線模塊、GPS模塊和WIFI模塊；所述終端通過以太網接口或GPRS/230M無線模塊與主站通信；通過微功率無線模塊連接信號采集模塊；通過GPS模塊與衛(wèi)星通信實現(xiàn)時鐘同步；通過WIFI模塊與用戶的無線手持終端進行信息交互或程序升級。背板垂直主板或平行主板設置；如圖2，背板垂直主板設置時，所述功能子板從終端下方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式和壁掛式安裝方式，前面板中具有液晶屏開窗、LED指示燈和按鍵的開孔，與主板平行；如圖3，背板平行主板設置時，功能子板從終端后方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式安裝方式。如圖4-圖6，所述信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、電源模塊和通信模塊均設置于對應的功能子板上，所述功能子板通過插拔式接插件與所述背板連接；所述處理器模塊和存儲器模塊均設置于所述主板上。所述總線接口包括處理器本地總線接口( 16位數(shù)據寬度)或PCI-Express總線接口。其中,PCI-Express總線接口用于對性能、兼容性要求較高的智能配電終端；而對成本有一定要求終端可采用處理器本地總線實現(xiàn)功能子板與背板的連接。(I)處理器本地總線接口 處理器本地總線接口信號由主板引出，通過背板傳輸至各功能子板，其信號定義如表I所示
表I
信號中文名稱功能及作用
ADDR[9..0] 地址總線10位地址總線，用于小:板對各功能+板的尋址
DATA[15..0] 數(shù)據總線16位數(shù)據總線，實現(xiàn)處理器與功能子板的數(shù)據傳輸
OE#讀選通信號處理器發(fā)出讀選通信5-從功能子板讀取數(shù)據
WE#寫選通信號處理器發(fā)出寫選通信號向功能子板寫入數(shù)據
€cf#'該信號由處理器發(fā)出，讀寫數(shù)據時用于選擇各功能子扳的設備，低
’^電平有效；每塊子板對應一個片選信號
READY 準備就緒信號該信號由外圍設備發(fā)出，為低電平表明該設備未準備就緒
RST#復位信g_該信號山處理器發(fā)出，用于復位功能子板
INTO#
中斷請求信號繼=”4
每塊子板對應一.-個屮斷詒求Is號
SYNC#同步信3該信號山處理器發(fā)出，用于檢測、識別功能子板
ACKM應答信號該信號由功能子板發(fā)出，以響應SYNC#信號
PMEO *
PMEl, 電源使丨趙目1吾/ -4.4,-
每塊t板對放一個電源使能佞號
+5V, \電源兩路隔離的電源；+5V為終端內部電路供電，+12V用于外圍接口ADDR、DATA、READY、RST#、OE#、WE#、SYNC# 和 ACK# 信號在各個功能子板上都是相
同的，而片選信號、中斷請求信號和電源使能信號對于各個功能子板是唯一的。由于總線信號在背板上傳輸距離較長，因此每個信號需要進行終端阻抗匹配(在驅動器上串聯(lián)一個10^30 Q的電阻)，且PCB應具有一個完整的地平面，以確保信號完整性能。為了防止信號間的串擾，PCB布線遵循3W原則。此外，各個功能子板的插座中包含若干備用的通用I/O信號(未在表I和附圖4中列出),用戶可自定義其功能。處理器定期發(fā)出SYNC#并查詢ACK#信號，用于檢測功能子板是否連接到背板并處于正常工作狀態(tài)。各個功能子板采用相同的SYNC#和ACK#信號，且ACK#采用集電極開路或漏極開路輸出方式，以實現(xiàn)“線與”功能。當檢測功能子板I時，處理器同時將CS0#和SYNC#信號拉低，釋放后便開始檢測ACK#信號。如果ACK#信號在5ms之內出現(xiàn)寬度大于Ims的負脈沖，則處理器模塊認為該功能子板已經連接上并處于工作狀態(tài)，如圖5。
(2) PCI-Express總線接口 PCI_Express總線接口可用于對性能,兼容性要求較高的智能配電終端統(tǒng)一平臺中，其信號集可參考PCI-Express規(guī)范2. 0版。此時主板板上采用具有PCI-Express接口處理器，如TI公司生產的集成DSP核與Cortex_A8 (ARM)核的高性能微處理器TMS320C6A8168。其實施方式如附圖5所示。其中，芯片SN65LVDS105將有源晶振的單端時鐘信號轉換為差分時鐘信號，提供給TMS320C6A8168的PCI-Express模塊的時鐘輸入管腳(SERDES_CLKP和SERDES_CLKN);PCI-Express模塊的數(shù)據收發(fā)信號連接到背板的插槽上。由于PCI-Express的時鐘和數(shù)據信號均為高速差分信號，因此信號驅動器端串聯(lián)了交流耦合電容，用于阻止高速信號的直流分量，同時可以保護驅動芯片，實現(xiàn)多板互連。這樣，符合PCI-Express規(guī)范的功能子板可以插在背板上工作。所述功能子板均具有唯一的編號，插在背板的任意插槽上；所述處理器模塊自動識別功能子板的類型并檢測功能子板是否連接到背板上；若是，為其分配唯一的地址，所述處理器模塊依據該地址與該功能子板進行信息交互。、
所述處理器模塊包括32位嵌入式微處理器、DDR2 SDRAM.NAND Flash、時鐘電路和復位電路，對外引出總線接口、通用I/O和通信接口，所述32位嵌入式微處理器為單核或雙核。所述處理器模塊與所述人機交互模塊均安裝在主板上，并通過總線驅動器使總線接口與背板的各個插槽連接。所述人機交互模塊包括外部存儲接口、按鍵/觸摸屏、液晶顯示器和指示燈；用戶通過按鍵/觸摸屏向處理器模塊發(fā)出請求命令，所述處理器模塊對命令進行相應處理，處理結果通過液晶顯示器和指示燈進行顯示，所述請求命令菜單切換、指示切換、本地控制和參數(shù)設置。所述外圍設備包括復合開關、斷路器、剩余電流動作保護器、有載調容/調壓分接開關和開關量狀態(tài)傳感器。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述終端包括信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、人機交互模塊、通信模塊、電源模塊、處理器模塊和存儲器模塊；所述信號采集模塊采集交流/直流模擬信號，并進行A/D轉換，將數(shù)字信號傳輸給處理器；所述數(shù)字信號存儲至存儲器模塊，所述處理器模塊對數(shù)字信號進行分析處理，并向數(shù)字量/開關量輸出模塊發(fā)出控制命令；所述數(shù)字量/開關量輸出模塊收到控制命令后輸出數(shù)字量/開關量給外圍設備；數(shù)字量/開關量輸入模塊獲取外圍設備的動作狀態(tài)，并反饋給處理器模塊進行確認；所述處理器模塊通過人機交互模塊與主站/用戶進行信息交互，同時實現(xiàn)程序的自動升級；所述電源模塊將交流電源或后備電源轉換為低壓直流電源，為所述終端供電。
2.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述信號采集模塊包括交流模擬電壓/電流采集電路、直流模擬電壓/電流采集電路和A/D轉換電路。
3.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述電源模塊包括AC-DC/DC-DC供電電路、備用電源接口和電池充電電路。
4.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述數(shù)字量/開關量輸入模塊包括遙信，數(shù)字量/開關量輸出模塊包括遙控和電容器投切控制電路。
5.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述通信模塊包括以太網、RS485、GPRS/230M無線模塊、微功率無線模塊、GPS模塊和WIFI模塊；所述終端通過以太網接口或GPRS/230M無線模塊與主站通信；通過微功率無線模塊連接信號采集模塊；通過GPS模塊與衛(wèi)星通信實現(xiàn)時鐘同步；通過WIFI模塊與用戶的無線手持終端進行信息交互或程序升級。
6.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、電源模塊和通信模塊均設置于對應的功能子板上，所述功能子板通過插拔式接插件與所述背板連接；所述處理器模塊和存儲器模塊均設置于所述主板上。
7.根據權利要求6所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述功能子板均具有唯一的編號，插在背板的任意插槽上；所述處理器模塊自動識別功能子板的類型并檢測功能子板是否連接到背板上；若是，為其分配唯一的地址，所述處理器模塊依據該地址與該功能子板進行信息交互。
8.根據權利要求7所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述背板垂直主板或平行主板設置；背板垂直主板設置時，所述功能子板從終端下方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式和壁掛式安裝方式；背板平行主板設置時，功能子板從終端后方插拔，并通過插拔式歐式插座與背板連接，所述終端采用嵌入式安裝方式。
9.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述處理器模塊包括32位嵌入式微處理器、DDR2 SDRAM, NAND Flash、時鐘電路和復位電路，對外引出總線接口、通用I/O和通信接口，所述32位嵌入式微處理器為單核或雙核。
10.根據權利要求9所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述處理器模塊與所述人機交互模塊均安裝在主板上，并通過總線驅動器使總線接口與背板的各個插槽連接。
11.根據權利要求10所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述人機交互模塊包括外部存儲接口、按鍵/觸摸屏、液晶顯示器和指示燈；用戶通過按鍵/觸摸屏向處理器模塊發(fā)出請求命令，所述處理器模塊對命令進行相應處理，處理結果通過液晶顯示器和指示燈進行顯示，所述請求命令菜單切換、指示切換、本地控制和參數(shù)設置。
12.根據權利要求9所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述總線接口包括處理器本地總線接口或PCI-Express總線接口。
13.根據權利要求I所述的基于總線接口的模塊化智能配電終端，其特征在于所述外圍設備包括復合開關、斷路器、剩余電流動作保護器、有載調容/調壓分接開關和開關量狀態(tài)傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于總線接口的模塊化智能配電終端，包括信號采集模塊、數(shù)字量/開關量輸出模塊、數(shù)字量/開關量輸入模塊、人機交互模塊、通信模塊、電源模塊、處理器模塊和存儲器模塊。本發(fā)明提供的智能配電終端實現(xiàn)智能配電終端的可擴展性和柔性特征，縮短產品的開發(fā)周期，使配電終端適應未來新技術、應用和服務的快速發(fā)展。
文檔編號H02J13/00GK102738894SQ20121018431
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權日2012年6月6日
發(fā)明者姜建釗, 孫軍平, 孫智濤, 李二霞, 李玉凌, 樊勇華, 盛萬興, 許保平 申請人:中國電力科學研究院