基于软件编码的中速红外技术在基于软件编码的中速红外技术在FTU中的应用中的应用
0 引 言 馈线自动化终端(FTU)是自动化系统与设备联结的接口,主要用于配电系统变压器、断路器、重合
器、分段器、柱上负荷开关等应用场合,主要安装于户外柱上或环网柜。由于设备和电力设备安装距离比较
近,特别是柱上安装模式给应用程序更新、设备调试、运行参数整定和维护带来困难,传统的经过串口进行调
试和维护的方式需要直接接触,往往还需要设备掉电,存在安全隐患,接线很不方便,而非接触式维护调试接
口将解决上述问题。和蓝牙等一些短距离无线通讯相比,红外数据通讯成本低,设计简单保密性好。红外通讯
是一种短距离无线通讯技术,采用点对点传输方式,传输距离为0~30 m,发射角度为30°锥角以内,传输速率
达1
0 引 言
馈线自动化终端(FTU)是自动化系统与设备联结的接口,主要用于配电系统变压器、断路器、重合器、分段器、柱上负荷
开关等应用场合,主要安装于户外柱上或环网柜。由于设备和电力设备安装距离比较近,特别是柱上安装模式给应用程序更
新、设备调试、运行参数整定和维护带来困难,传统的经过串口进行调试和维护的方式需要直接接触,往往还需要设备掉电,
存在安全隐患,接线很不方便,而非接触式维护调试接口将解决上述问题。和蓝牙等一些短距离无线通讯相比,红外数据通讯
成本低,设计简单保密性好。红外通讯是一种短距离无线通讯技术,采用点对点传输方式,传输距离为0~30 m,发射角度为
30°锥角以内,传输速率达16 Mb/s。中速红外数据通讯产品,具有成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑、传输距离远
和传输速率快等特点,非常适合作为FTU调试接口,很好地解决了FTU的参数设置和维护等困难。
1 常用的红外数据传输规范
1.1 IrDA协议的红外数据传输
IrDA 1.0协议基于异步收发器UART,通信速率在115.2 Kb/s。IrDA 1.1协议提高通信速率到4 Mb/s,之后,IrDA又推
出了通信速率在16 Mb/s的协议。使用IrDA协议的高速传输红外收发器,传输距离比较近,只有几十厘米,而且角度很窄,
而FTU一般安装在柱上,距地面距离5~6 m,这种方法使现场对准光轴很困难,传输距离远不能满足要求。而且阳光中的红
外波段会对红外收发器的灵敏度产生很大影响,并且带来许多干扰。
1.2 红外遥控用数据传输
遥控用的收发器传输距离在几米到几十米,发射角度通常在0~30°,发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而
强弱不一,在小型移动设备中有着广泛的应用。标准的红外遥控用波长为900~950 nm,副载波为33~40 kHz。但遥控用的
红外收发器的数据传输速率很低,通常只传输简单的命令或读取设备状态等少量数据,对FTU来说其调试接口可能需要观察设
备内部数据或更新程序,需要传输的数据量大,如果速率很低,会导致性能无法接受。
2 系统设计方案
FTU安装在户外柱上,距离较长,数据速率要求,高干扰,因此采用Vishay中速红外收发器,利用CPLD/FPGA实现红
外调制和数据波形识别,通过软件实现应用层的编码和解码,既降低硬件设计难度又提高了电路的抗干扰能力。
整个系统分为主机侧红外适配器和FTU侧收发器,主机侧适配器通过RS 232和计算机相连经USB接口为适配器供电,通
过FTU维护软件经适配器向外收发数据,FTU经红外收发器接收来自主机的命令和数据,并向主机发送主机需要的数据报。
FTU是基于A1tera NiosⅡ的SoPC系统,红外收发器的信号通过UART和处理器Nios相连接。
2.1 FTU侧红外适配器
FTU侧的收发电路包括一个接收器和两个红外发射管,将红外收发器的信号ITXD和IRXD直接接到FPGA的两个I/O脚上
即可,框图如图1所示。
图1中虚线框内的部件由FPGA实现,在Nios处理器的总线上挂接一个UART控制器,UART输出TXD信号经过红外调制器
和连接到红外发射管的驱动电路,来自红外接收管的信号经整形后送到脉宽检测器进行解码,脉宽检测器的解码输出连接到
UART的RXD,同时由复位检出组件检出复位信号连接到Nios的控制总线来控制系统重启。
2.2 主机侧电路
主机侧红外适配器电路如图2所示,其中红外收发器信号经过CPLD和经MAX232再接入主机的串行接口。通过串口供电