專利名稱：一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)保護(hù)、控制與自動(dòng)化技術(shù)，特別涉及一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置。
背景技術(shù)：
變電站通信主要經(jīng)歷三個(gè)發(fā)展階段，第一階段以RS485/422/232為主的簡(jiǎn)單通信模式；第二階段以CAN、LonWorks等為代表的過(guò)程總線；第三階段是采用速率更高的以太網(wǎng)為代表，尤其是光纖以太網(wǎng)技術(shù)，上述的各種通信類型在不同電壓等級(jí)的變電站中還普遍存在。配電領(lǐng)域的通信方式更加靈活和多樣化，常見(jiàn)的配電通信有以下三種通信方式:一是融合計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采用數(shù)字式的電力線載波通信；二是采用微波通信技術(shù)的電力無(wú)線傳輸信息系統(tǒng)；三是CAN、Lonworks等為代表的過(guò)程總線。在輸電領(lǐng)域，也存在無(wú)線微波通信、電力線載波通信和光纖通信等多種通信網(wǎng)絡(luò)類型，由于電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多樣化和復(fù)雜化，使得掌握和應(yīng)用電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵之一，而適用于電力系統(tǒng)的高性能通信裝置是深入了解和熟悉電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前提。由于輸電、配電等電力通信應(yīng)用場(chǎng)合不同，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展不平衡等多種原因，電力系統(tǒng)同時(shí)存在著多種不同的通信類型，尤其在電力系統(tǒng)通信的接入網(wǎng)層。電力系統(tǒng)通信接入網(wǎng)處于整個(gè)電力系統(tǒng)的接入位置，可以自身單獨(dú)組成網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于骨干網(wǎng)或核心網(wǎng)，其所用的網(wǎng)絡(luò)類型和網(wǎng)絡(luò)規(guī)約更加多元和豐富，而且在很長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)將存在多樣化的通信類型。智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)是電力工業(yè)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，智能電網(wǎng)是建立在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)。在智能電網(wǎng)中，電力流、業(yè)務(wù)流、信息流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高度地一體化融合。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，為智能電網(wǎng)信息交換和互操作等提供了平臺(tái)支持。但是，由于目前智能電網(wǎng)的通信裝置存在著集成度較低、通信系統(tǒng)性能單一、功能分散和不完整等問(wèn)題，實(shí)用性差，根本無(wú)法滿足電力系統(tǒng)各通信類型和模式多樣化的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，該裝置能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)和不同規(guī)約的無(wú)縫連接，集成度高，功能強(qiáng)大，適用范圍廣。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，包括均與主控模塊相連接的RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Profibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊；所述主控模塊通過(guò)內(nèi)置I2C、UART, SPI, CAN模塊控制器和以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Profibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊的控制；其中CAN是控制局域網(wǎng)(controllerarea network,簡(jiǎn)稱CAN), LONWORKS是現(xiàn)場(chǎng)總線，Profibus是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線的縮寫，I2C是內(nèi)部整合電路，是一種串列通訊匯流排，使用多主從架構(gòu)，UART是通用異步接收/發(fā)送裝置(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,簡(jiǎn)稱 UART), SPI 是串行外圍接口(Serial Peripheral Interface,簡(jiǎn)稱 SPI)。作為優(yōu)選，所述RS總線模塊包括RS232單元、RS422單元和RS485單元；所述主控模塊通過(guò)UART與RS232單元進(jìn)行通信；所述主控模塊通過(guò)UART控制RS422單元和RS485單元，以實(shí)現(xiàn)RS422單元和RS485單元的功能復(fù)用，所述主控模塊通過(guò)編程控制RS422單元和RS485單元進(jìn)行選擇通信，所述RS422單元和RS485單元具有隔離干擾信號(hào)的能力。作為優(yōu)選，所述CAN模塊為IS01050芯片擴(kuò)展而成，所述IS01050芯片由CAN模塊控制器所控制，所述IS01050芯片具有信號(hào)隔離能力。作為優(yōu)選，所述LONWORKS電力載波模塊由PL3120、發(fā)送放大電路、耦合電路和接口電路組成，所述LONWORKS電力載波模塊通過(guò)I2C的接口與主控制模塊進(jìn)行通信。作為優(yōu)選,所述Profibus模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線與主控模塊連接,所述Prof ibus模塊包括具有隔離能力的差分電平接口。作為優(yōu)選，所述無(wú)線模塊通過(guò)SPI的接口與主控模塊進(jìn)行通信。作為優(yōu)選，所述電以太網(wǎng)模塊遵循IEEE 802.3-2002規(guī)范，所述電以太網(wǎng)模塊包括媒體訪問(wèn)控制器單元和網(wǎng)絡(luò)物理層單元，所述電以太網(wǎng)模塊具有電端口 RJ45，所述端口RJ45與網(wǎng)絡(luò)相連，所述網(wǎng)絡(luò)物理層單元與電端口 RJ45相連接，以實(shí)現(xiàn)IEEE1588對(duì)時(shí)方式。作為優(yōu)選，所述光以太網(wǎng)模塊具有百兆光纖收發(fā)器，作為優(yōu)選，所述光以太網(wǎng)模塊和電以太網(wǎng)模塊集成于光電以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)。作為優(yōu)選，所述光電以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片的名稱為IPl 13M。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:(I)有效克服了通信系統(tǒng)性能單一、功能分散，尤其無(wú)法充分反映電力通信系統(tǒng)實(shí)際需要等缺點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)；(2)以模塊化方式靈活實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)通信方式的多樣性和復(fù)雜性，具有低成本、高集成度、功能全面、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。(3)適用范圍廣，功能強(qiáng)大；本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置可用于電力系統(tǒng)常見(jiàn)接入網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)規(guī)約的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，也可用于電力系統(tǒng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和多種網(wǎng)絡(luò)規(guī)約的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；還可作為電力系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)和不同規(guī)約的無(wú)縫連接和信息轉(zhuǎn)換，適用范圍非常廣泛；本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置采用了“單核心，多模塊”的實(shí)現(xiàn)方式，其控制器LM3S9B96芯片具備強(qiáng)大的通信能力，非常大的儲(chǔ)存容量，形成了控制器LM3S9B96芯片強(qiáng)大的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)功能，可以兼顧多種信息處理和通信功能，功能非常強(qiáng)大。

圖1是本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是主控模塊和電以太網(wǎng)模塊的整體電路原理圖。圖3是RS232、RS422和RS485單元以及CAN模塊的整體電路原理圖。圖4是Lonworks的電力線載波模塊中放大回路的電路原理圖。圖5是Profibus模塊的電路原理圖。圖6是無(wú)線模塊的電路原理圖。圖7是光以太網(wǎng)模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1所示，一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，包括均與主控模塊相連接的RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Prof ibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊；所述主控模塊通過(guò)內(nèi)置I2C、UART、SP1、CAN模塊控制器和以太網(wǎng)控制器，并通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行功能擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)對(duì)RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Prof ibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊的控制，所述主控模塊采用低成本、強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的LM3S9B96芯片，本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置集結(jié)多種網(wǎng)絡(luò)接口，以LM3S9B96芯片為核心控制器，如圖2所示，通過(guò)電源芯片PQ1LA333MSPQ將通過(guò)端子進(jìn)入到裝置的5伏電源轉(zhuǎn)換為3.3伏的系統(tǒng)電源，同時(shí)通過(guò)電源芯片F(xiàn)AN2558S 12X提供2.5伏電源給LM3S9B96芯片，并提供頻率為16MHz的晶振作為L(zhǎng)M3S9B96芯片的主晶振，LM3S9B96芯片通過(guò)JTAG接口與電腦連接進(jìn)行芯片開(kāi)發(fā)；如圖3所示，LM3S9B96芯片的內(nèi)部UART的功能模塊管腳連接到具有隔離功能的MAX3250芯片，通過(guò)MAX3250芯片實(shí)現(xiàn)符合RS232電平要求的輸出并連接到輸出端子，采用IS035芯片實(shí)現(xiàn)422/485總線功能，IS035芯片與LM3S9B96芯片的內(nèi)部UART功能模塊管腳相連，通過(guò)編程控制10管腳從而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)RS422單元和RS485單元的功能復(fù)用，控制RS422單元和RS485單元進(jìn)行選擇通信，在CAN模塊中，本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置采用微型芯片IS01050作為外部連接芯片，LM3S9B96芯片內(nèi)部集成的CAN模塊控制器，通過(guò)IS01050芯片實(shí)現(xiàn)CAN差動(dòng)信號(hào)并連接裝置的端子。所述RS總線模塊包括RS232單元、RS422單元和RS485單元；所述主控模塊通過(guò)UART與RS232單元進(jìn)行通信；所述主控模塊通過(guò)UART控制RS422單元和RS485單元，以實(shí)現(xiàn)RS422單元和RS485單元的功能復(fù)用，所述主控模塊通過(guò)編程控制RS422單元和RS485單元進(jìn)行選擇通信，所述RS422單元和RS485單元具有隔離干擾信號(hào)的能力；所述CAN模塊，為IS01050芯片擴(kuò)展而成，所述IS01050芯片由CAN模塊控制器所控制；所述IS01050芯片具有信號(hào)隔離能力；所述LONWORKS電力載波模塊由PL3120、發(fā)送放大電路、耦合電路和接口電路組成，所述LONWORKS電力載波模塊通過(guò)I2C的接口與主控制模塊進(jìn)行通信；所述Profibus模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線與主控模塊連接,所述Profibus模塊包括具有隔離能力的RS485差分電平接口 ；所述無(wú)線模塊通過(guò)四線SPI的接口與主控模塊進(jìn)行通信；所述電以太網(wǎng)模塊遵循IEEE 802.3-2002規(guī)范，所述電以太網(wǎng)模塊包括媒體訪問(wèn)控制器單元和網(wǎng)絡(luò)物理層單元，所述電以太網(wǎng)模塊具有電端口 RJ45，所述網(wǎng)絡(luò)物理層單元與電端口 RJ45相連接，以實(shí)現(xiàn)IEEE1588對(duì)時(shí)方式；所述端口 RJ45與網(wǎng)絡(luò)相連；所述光以太網(wǎng)模塊具有百兆光纖收發(fā)器；所述光以太網(wǎng)模塊和電以太網(wǎng)模塊集成于光電以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片IP113M內(nèi)。以太網(wǎng)作為目前一種應(yīng)用廣泛的、采用總線拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在電力系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。由控制器LM3S9B96芯片內(nèi)置的10/100Mbps以太網(wǎng)控制器實(shí)現(xiàn)電以太網(wǎng)功能。本以太網(wǎng)控制器由媒體訪問(wèn)控制器MAC模塊和網(wǎng)絡(luò)物理層IEEE 1588PTP硬件支持的PHY模塊組成。本裝置可以實(shí)現(xiàn)被新的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建議作為數(shù)字化變電站對(duì)時(shí)方式之一的、具有較高精度的IEEE1588對(duì)時(shí)方式。電以太網(wǎng)收、發(fā)管腳通過(guò)由電阻、電容組成的匹配電路后連接到RJ45端口。光纖以太網(wǎng)由于其強(qiáng)抗干擾能力、高可靠性而在電磁兼容環(huán)境惡劣的電力現(xiàn)場(chǎng)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。本裝置光驅(qū)以太網(wǎng)功能通過(guò)光/電轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)芯片IP113M實(shí)現(xiàn)，IP113M芯片的光端口與百兆光纖收發(fā)器HFBR-2115T和HFBR-1115T相連；IP113M芯片的電端口連接到RJ45端口，并與基于LM3S9B96芯片內(nèi)置以太網(wǎng)功能的RJ45端口通過(guò)網(wǎng)線相連，從而實(shí)現(xiàn)光纖以太網(wǎng)信息進(jìn)入和流出控制器LM3S9B96芯片。IP113M內(nèi)置專為收發(fā)器設(shè)計(jì)的2 口交換機(jī)內(nèi)核，傳送數(shù)據(jù)包時(shí)可不進(jìn)行MAC地址標(biāo)檢查和CRC校驗(yàn)，全/半雙工模式均可采用相應(yīng)的流量控制，支持單模/多模光纖轉(zhuǎn)換，提供TS21000標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)幀。通過(guò)光接收模塊HFBR-2115T，把光纖送來(lái)的光信號(hào)用一個(gè)InGaAS光電二極管接收下來(lái)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)前置放大器放大后送到量化器，再由量化器輸出完整的數(shù)據(jù)信號(hào)，并通過(guò)由電阻、電容組成的串并聯(lián)回路后與IP113M芯片的光纖接收管腳連接。同時(shí)，把IP113M芯片的光纖發(fā)送管腳，通過(guò)由電阻、電容組成的串并聯(lián)回路后與光發(fā)送模塊HFBR-1115T，HFBR-1115T的光發(fā)送模塊用一個(gè)1300nm的InGaAS光電二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)通過(guò)ST類型的塑料端子發(fā)送出去。如圖4所示，本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置采用同時(shí)集結(jié)了神經(jīng)元功能和電力線收發(fā)功能的PL3120載波收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)LONWORKS總線功能和電力載波功能，所述PL3120采用單片系統(tǒng)方式、超小型的封裝模式，支持CENELEC-A和CENELEC-C運(yùn)行，符合多個(gè)國(guó)家的電力線規(guī)則，PL3120通過(guò)I2C接口與LM3S9B96芯片連接，PL3120通過(guò)由電阻和電容構(gòu)成的接口電路，連接到基于電容和電感的耦合電路，耦合電路用作智能收發(fā)器和電源之間的濾波器，在提供電涌和線路瞬變保護(hù)之外還可以阻止干擾信號(hào)，可通過(guò)裝置的端子耦合到AC/DC輸電線，或無(wú)動(dòng)力的雙絞線上。如圖5所示，Profibus模塊采用SPC3芯片，SPC3芯片通過(guò)數(shù)據(jù)總線方式與控制器LM3S9B96芯片連接，由于經(jīng)典的Profibus總線采用RS485的物理層實(shí)現(xiàn)模式，采用帶隔離功能的RS485芯片IS035實(shí)現(xiàn)SPC3的TTL電平與RS485差分電平之間轉(zhuǎn)換。如圖6所示，無(wú)線模塊采用低成本、低功耗的單片UHF收發(fā)器CllOl芯片，RF收發(fā)器集成了一個(gè)高度可配置的調(diào)制解調(diào)器，該調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps，通過(guò)開(kāi)啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升，CCllOl內(nèi)部組成包括:發(fā)射電路、接收電路、控制接口電路等部分，CCllOl有一個(gè)Low-1F接收器，接收的RF信號(hào)通過(guò)低噪聲放大器(LNA)放大，再對(duì)中間頻率(IF)求積分來(lái)向下轉(zhuǎn)換，在IF下，I/Q信號(hào)通過(guò)ADC被數(shù)字化，自動(dòng)增益控制(AGC)，細(xì)微頻率濾波和位/數(shù)據(jù)包解調(diào)均被同步數(shù)字化，CCllOl的發(fā)送器部分基于RF頻率的直接合成，頻率合成器包含一個(gè)完整的在芯片LCVCO和一個(gè)在接收模式下的為產(chǎn)生I和Q信號(hào)產(chǎn)生90度相移LO到向下的轉(zhuǎn)換混頻器?？刂破鱈M3S9B96芯片通過(guò)由SCLK、S0、S1、CSn管腳組成SPI的接口與CCllOl連接，實(shí)現(xiàn)通訊參數(shù)配置、工作模式選擇、數(shù)據(jù)通訊功能，CllOl芯片的RF N,RF P管腳經(jīng)匹配電路后連接到天線通信模塊。為了提高電磁兼容性能，RS485/RS422、CAN通信模塊都采用了帶隔離功能的芯片，需要隔離電源供給，采用不共地的電源芯片NKE0503S將本裝置的系統(tǒng)5伏特電源轉(zhuǎn)換為3.3伏特的隔離電源。以下對(duì)本實(shí)施例電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置的各個(gè)組成部分作詳細(xì)的描述:一、主控模塊[0037]本電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置的主控模塊采用了德州器的LM3S9B96芯片作為控制器，該芯片運(yùn)算能力強(qiáng)，存儲(chǔ)容量大，具有多種通信接口，兼容性能好，是一款面向通信，自動(dòng)控制領(lǐng)域的微型處理器，主要特點(diǎn)有:(I)集成度高；LM3S9B96控制器采用ARM Cortex_M3構(gòu)架；Thumb_2技術(shù)可以使16位和32位指令并存，帶來(lái)了代碼密度和性能的有效平衡；支持SDRAM，SRAM/Flashmemory, FPGAs, CPLDs ；4個(gè)32位定制器,2個(gè)看門狗定時(shí)器等功能。(2) LM3S9B96控制器具有256KB單周期Flash存儲(chǔ)器，速度可達(dá)50MHz ；50MHz以上采用預(yù)取指技術(shù)改善性能；同時(shí)兼帶96KB單周期SRAM，較大的內(nèi)存為處理器的快速運(yùn)行提供了保障。(3)通信與接口功能；主控制器具有片外設(shè)備接口，提供8/16/32位外部設(shè)備專用并行總線，支持USB2.0，三路支持IrDA和ISO 7816的UART、SPI和以太網(wǎng)等通信功能。(4)芯片價(jià)格成本低，而且芯片開(kāi)發(fā)無(wú)需昂貴開(kāi)發(fā)工具。通過(guò)電源芯片PQ1LA333MSPQ將從端子進(jìn)入裝置的5伏電源轉(zhuǎn)換為3.3伏的系統(tǒng)電源，同時(shí)通過(guò)FAN2558S 12X提供2.5伏電源給控制器LM3S9B96芯片。提供頻率為16MHz的晶振作為L(zhǎng)M3S9B96芯片的主晶振。LM3S9B96芯片通過(guò)JTAG接口與電腦連接進(jìn)行芯片開(kāi)發(fā)。具體連接方面，5V電源通過(guò)電源端子進(jìn)入本裝置。電源芯片PQ1LA333MSPQ的管腳3和管腳4接到5V電源，同時(shí)將管腳3和管腳4連接到2.2uF的電容后接地，管腳2接地，管腳I連接到0.0luF的電容后接地，管腳5提供3.3伏的系統(tǒng)電源。電源芯片F(xiàn)AN2558S12X的管腳1、管腳3和管腳4都接到5V電源，管腳2接地；電源輸出管腳5提供2.5伏電源，并與LM3S9B96芯片的管腳7、管腳38、管腳88相連，同時(shí)與電容值為0.luF、0.0luF和2.2uF的去耦電容相連。管腳48和管腳49接上頻率為16MHz的晶振，同時(shí)管腳48和管腳49都接到IOpF的電容，電容另外一個(gè)管腳接地。主控制器的管腳4、管腳9、管腳21、管家45、管腳57、管腳69、管腳82、管腳94都接地，管腳3連接3.3V的電源，在管腳3與管腳4之間接上一個(gè)電容。LM3S9B96芯片的管腳77、管腳78、管腳79、管腳80分別與JTAG接口的管腳7、管腳3、管腳1、管腳11相連。二、RS總線模塊LM3S9B96芯片內(nèi)置UART，通過(guò)MAX3250芯片和IS035芯片進(jìn)一步分別控制RS總線模塊中的RS232單元、RS422單元和RS485單元。MAX3250芯片是一款具有250kbps數(shù)據(jù)傳輸率的EIA/TIA-232和V.28/V.24通信接口芯片，允許RS232側(cè)與邏輯側(cè)存在土 50V的壓差。MAX3250芯片的FAULT漏極管腳25開(kāi)路輸出在任何一路RS-232輸入出現(xiàn)過(guò)高的隔離端電壓時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，起到保護(hù)芯片的作用。MAX3250芯片的管腳I與管腳8，管腳21與管腳27，管腳12與管腳13之間分別連接到一個(gè)0.47uF的電容。管腳9與管腳11之間分別連接到一個(gè)0.1uF的電容。管腳10、管腳14分別連接到一個(gè)0.47uF的電容一端，電容另外一個(gè)管腳連接到隔離地；管腳20連接到一個(gè)0.47uF的電容一端，電容另外一個(gè)管腳連接到外部地；管腳15直接連接到隔離地。隔離地和系統(tǒng)地之間串接一個(gè)IOnF的電容。與主控制器連接方面，用到主控制器的UART2功能和MAX3250芯片的第一組RS232功能，MAX3250芯片的管腳4與LM3S9B96芯片管腳99相連，MAX3250芯片的管腳2與LM3S9B96芯片管腳98相連.RS232信號(hào)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的DB-9端子輸出，MAX3250芯片的管腳19與DB-9端子管腳2相連，MAX3250芯片的管腳17與DB-9端子管腳3相連。IS035芯片是一個(gè)具有TIA/EIA 485/422通信接口的芯片，允許在3.3V到5.0V的電壓范圍內(nèi)運(yùn)行。在電路連接上，IS035芯片的管腳3和管腳6與分別控制器的管腳26和管腳27相接，IS035芯片的管腳4與管腳5分別和控制器的管腳6和管腳5相連，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)選擇RS485或RS422功能；管腳11、管腳12、管腳13、管腳14負(fù)責(zé)信號(hào)的收發(fā)功能，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)485總線功能時(shí)，只用管腳13和管腳14 ;當(dāng)要實(shí)現(xiàn)422總線功能時(shí)，則要同時(shí)用上管腳11，管腳12，管腳13以及管腳14。IS035芯片的管腳2、管腳7、管腳8、管腳9、管腳10、管腳15都接地。管腳I接到3.3V的系統(tǒng)電源上。NKE0503S芯片將5V的電源轉(zhuǎn)為3.3V的外部電源給IS035芯片供電，NKE0503S芯片的管腳I接地，管腳2接到5V電源，管腳3接到外部地，管腳4提供3.3V的系統(tǒng)電源，管腳4接到IS035芯片的管腳16。三、CAN模塊IS01050芯片作為一個(gè)具有IMbps的數(shù)據(jù)傳導(dǎo)率的CAN總線收發(fā)器，它具有將接收到的信號(hào)傳遞到內(nèi)置在LM3S9B96芯片的CAN模塊控制器。在CAN總線模塊中，IS01050微型芯片的接受管腳2和發(fā)送管腳3與分別與LM3S9B96芯片接受管腳10和發(fā)送管腳11相接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，IS01050的管腳6和管腳7分別接受外部信號(hào)的高低電平，當(dāng)外部設(shè)備連接到IS01050微型芯片的數(shù)據(jù)接口時(shí)，外部信號(hào)經(jīng)過(guò)IS01050芯片比較后傳輸?shù)絃M3S9B96芯片，經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)又從LM3S9B96芯片輸出到IS01050芯片，再到外部設(shè)備。在輔助電路方面，IS01050芯片的管腳4和管腳8接地，管腳I接到3.3V的系統(tǒng)電源上，NKE0503S芯片將5V的電源轉(zhuǎn)為3.3V的外部電源給IS01050芯片供電，NKE0503S芯片的管腳4與IS01050芯片的管腳5相連。四、Lonworks電力載波模塊Lonworks電力載波模塊由PL3120、發(fā)送放大電路、耦合電路和接口電路組成，它主要實(shí)現(xiàn)與LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的接口功能。如圖4所示，pow端直接連到外部電源，TXOUT接到芯片接口的發(fā)送放大部分；RXIN連接到芯片的接收濾波部分。Lonworks網(wǎng)絡(luò)接口電路的RXIN管腳作為電路的輸入端，連接到耦合信號(hào)輸入端；RXCOMP端外接一個(gè)補(bǔ)償電感L103，并接地，與之相連的分別是3900pF的電容C2和IK的電阻R2，中間下拉IK歐的電阻并接地，R2再與3.0lK的電阻相接，中間連接330pF的電容C3，與大小為3.0lK的R3相接的是IK的R4與4.99K的R5，兩個(gè)二極管與R4相連之后接地，大小為IOOpF電容C4與R5相接后連接上PL3120的管腳15 ；RXINIC作為電路的輸出端，接入芯片PL3120的模擬信號(hào)輸入端。發(fā)送放大電路由多個(gè)BJT管構(gòu)成差分放大電路，把信號(hào)放大為峰峰值為7V的信號(hào)，并通過(guò)TXOUT的接口與耦合電路部分相接。PL3120芯片上的10與11管腳分別與控制器LM3S9B96芯片上的65與72管腳連接，以實(shí)現(xiàn)I2C輸入與輸出。五、Profibus模塊Profibus模塊基于SPC3芯片，該芯片通過(guò)總線接口與控制器LM3S9B96芯片相連，SPC3芯片的片選管腳I與LM3S9B96芯片的外部擴(kuò)展O區(qū)間的片選管腳62相連；SPC3芯片的寫控制管腳2與LM3S9B96芯片的外部擴(kuò)展寫控制管腳53相連；SPC3芯片的讀控制管腳4與LM3S9B96芯片的外部擴(kuò)展讀控制管腳52相連；LM3S9B96芯片的8位地址線DB8 DB15 即管腳 74、75、76、63、42、19、18、41 與 SPC3 的 ABO AB7 數(shù)據(jù)線即管腳 11、12、15、16、17、20、21、22 相連，LM3S9B96 芯片的低 8 位地址線 DBO DB7 即管腳 83、84、25、24、23、22、86、85與SPC3的DBO DB7數(shù)據(jù)線相連；基于SPC3開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線智能從站具備的主要功能為:使具有RS 485接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與控制，各個(gè)單列的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間實(shí)現(xiàn)開(kāi)放互連通訊；SPC3芯片與帶隔離功能的RS485芯片IS035相連。其中，SPC3芯片的接收管腳30、發(fā)送管腳26分別與IS035芯片的管腳3和管腳6相連；SPC3芯片的控制管腳27與IS035芯片的管腳4和管腳5連接。SPC3芯片使用48MHZ有源晶振，管腳4接3.3V電源并串聯(lián)0.1 μ F的電容與管腳2下拉接地；管腳3串聯(lián)220歐電阻接SPC3芯片管腳5。六、無(wú)線模塊無(wú)線模塊的CCllOl芯片的外圍電路如6所示，L101、L111、C131、C111、L121、L131、C131構(gòu)成了平衡轉(zhuǎn)換器。管腳13和管腳12分別引出12nH的電感L101，L111，然后兩電感另一端與IpF的電容Clll相連，電感LlOl再與1.5pF的電容C131相接并接地，而電感Llll與18nH的電感和IOOpF電容C121連接后，再接地。在C131與Clll的結(jié)點(diǎn)處接上18nH的電感L131，18nH電感L121和電容Clll結(jié)點(diǎn)處在接上1.5pF電容C122。電感L131和電容C122相連后，再接上12nH電感L122和電感L123，兩電感之間接大小為1.3pF電容C123并接地，3.3nH的電感L125和電感L123相接后接上天線。26MHz無(wú)源晶振的兩個(gè)管腳分別與CCllOl芯片的晶振管腳5號(hào)和7號(hào)管腳相連，并分別通過(guò)27nF的電容接到地。CCllOl芯片的去耦2號(hào)管腳DC0UPL1和32號(hào)管腳DC0UPL2短接后經(jīng)IOOnF的電容和地相連。管腳RBIAS與56K的電阻相接后和地相接。CCllOl 過(guò) 4 線 SPI 接口 SOM1、SMO、SCLK 和 CSn 配置，CCllol 處于從模式，接口用作讀/寫數(shù)據(jù)傳輸，SPI接口上所有操作都包含一個(gè)讀/寫位，一個(gè)突發(fā)訪問(wèn)位，用來(lái)標(biāo)示單字節(jié)讀寫/連續(xù)讀寫字節(jié)，后面6位地址的頭字節(jié)，是標(biāo)示相應(yīng)寄存器的地址。七、電以太網(wǎng)模塊本裝置通過(guò)LM3S9B96芯片內(nèi)置的10/100Mbps的以太網(wǎng)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)電以太網(wǎng)功能，此以太網(wǎng)控制器遵循IEEE 802.3-2002規(guī)范，由媒體訪問(wèn)控制器MAC模塊和網(wǎng)絡(luò)物理層PHY模塊組成。LM3S9B96芯片的管腳59和管腳60分別與LEDl和LED2相連，可以用來(lái)指示各種操作的狀態(tài)；另外，LM3S9B96芯片的管腳40和管腳37分別與J3011G21DNL的管腳7和管腳8相連；LM3S9B96芯片的管腳43和46則與J3011G21DNL的管腳3和管腳4連接；對(duì)于管腳33，與地之間應(yīng)接一個(gè)12.4k Ω的電阻。12.4k Ω的電阻的電阻值容許誤差為1%并盡量靠近ERBIAS管腳33 ;在LM3S9B96芯片的管腳16和管腳17之間連接頻率為25MHz的晶振，且分別作為以太網(wǎng)的晶振輸出和輸入端，同時(shí)將晶振的兩端連接到IOpF的電容后接地。J3011G21DNL的管腳5和管腳6都分別先連接一個(gè)電阻，再接3.3V的電源，同時(shí)在電源旁并接一個(gè)0.1uF的電容，然后接地。J3011G21DNL的管腳I和管腳2都接上3.3V電源。在LM3S9B96芯片的管腳37與管腳40之間和管腳43與管腳46之間都分別接上49.9歐的電阻，在電阻的另一端接3.3V的電源，同時(shí)，管腳37與管腳40之間和管腳43與管腳46之間也都分別接上容值為IOpF的電容后接地。[0065]八、光以太網(wǎng)模塊如圖7所示，光纖以太網(wǎng)模塊采用光/電轉(zhuǎn)換以太網(wǎng)芯片IP113M，HFBR_2115TZ和HFBR-1115TZ芯片作為收發(fā)器；HFBR_2115TZ光纖接收器，HFBR-1115TZ光纖發(fā)送器，收發(fā)器均采用5V電源。HFBR-2115TZ芯片的管腳2、3接IP113M芯片的管腳13、14，并分別串聯(lián)一個(gè)130歐電阻接地，管腳2、3、14、15各并聯(lián)一個(gè)82歐電阻接5V電源并與一個(gè)0.1微法的電容串聯(lián)接地；管腳14與IP113M芯片管腳18相連；HFBR_1115TZ芯片管腳14、15與IP113M芯片管腳16、17相連并分別接一個(gè)130歐電阻接地，同時(shí)各并聯(lián)一個(gè)82歐電阻接5V電源并與一個(gè)0.1微法的電容串聯(lián)接地；IP113M可以作為10/100BASE-TX到100BASE-FX轉(zhuǎn)化器或者100BASE-FX到100BASE-FX的轉(zhuǎn)換器。IP113M采用2.5V電源；管腳5、6與隔離變壓器YL37-1107S管腳8、6相連；管腳7、8與隔離變壓器YL37-1107S管腳3、I相連；IP113M芯片的電端口連接到RJ45端口，可以與基于LM3S9B96芯片內(nèi)置以太網(wǎng)功能的RJ45端口連接，從而實(shí)現(xiàn)裝置的以太網(wǎng)光纖功能。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，包括均與主控模塊相連接的RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Prof ibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊；所述主控模塊通過(guò)內(nèi)置I2C、UART、SP1、CAN模塊控制器和以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Prof ibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述RS總線模塊包括RS232單元、RS422單元和RS485單元；所述主控模塊通過(guò)UART與RS232單元進(jìn)行通信；所述主控模塊通過(guò)UART控制RS422單元和RS485單元，以實(shí)現(xiàn)RS422單元和RS485單元的功能復(fù)用，所述主控模塊通過(guò)編程控制RS422單元和RS485單元進(jìn)行選擇通信，所述RS422單元和RS485單元具有隔離干擾信號(hào)的能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述CAN模塊為IS01050芯片擴(kuò)展而成，所述IS01050芯片由CAN模塊控制器所控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述LONWORKS電力載波模塊由PL3120、發(fā)送放大電路、耦合電路和接口電路組成，所述LONWORKS電力載波模塊通過(guò)I2C的接口與主控制模塊進(jìn)行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述Profibus模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線與主控模塊連接，Profibus模塊具有差分電平接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述無(wú)線模塊通過(guò)SPI與主控模塊進(jìn)行通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述電以太網(wǎng)模塊遵循IEEE 802.3-2002規(guī)范，所述電以太網(wǎng)模塊包括媒體訪問(wèn)控制器單元和網(wǎng)絡(luò)物理層單元，所述電以太網(wǎng)模塊具有端口 RJ45，所述端口 RJ45與網(wǎng)絡(luò)相連，所述網(wǎng)絡(luò)物理層單元與端口 RJ45相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述光以太網(wǎng)模塊具有百兆光纖收發(fā)器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述光以太網(wǎng)模塊和電以太網(wǎng)模塊集成于光電以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，其特征在于，所述光電以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換芯片的名稱為IPl 13M。
專利摘要一種電力系統(tǒng)接入網(wǎng)通信裝置，包括均與主控模塊相連接的RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Profibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊；所述主控模塊通過(guò)內(nèi)置I2C、UART、SPI、CAN模塊控制器和以太網(wǎng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)RS總線模塊、CAN模塊、LONWORKS電力載波模塊、Profibus模塊、無(wú)線模塊、電以太網(wǎng)模塊和光以太網(wǎng)模塊的控制。具有低成本、高集成度、功能全面、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便和應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/28GK202931353SQ20122059651
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者王智東, 何俊裕, 伍肇龍, 方水鑫, 黃凱, 曾德輝, 胡少?gòu)?qiáng), 梁梅 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)