電力集抄設(shè)備rs485接口手持式測(cè)試儀及其測(cè)試方法
【專利摘要】一種電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀：通過(guò)通道切換相互連接的終端和電表，通道切換分別外接有通信監(jiān)聽(tīng)、共模運(yùn)算、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量和電流測(cè)量，其中的共模運(yùn)算和電阻網(wǎng)絡(luò)又分別連接第一信號(hào)調(diào)理、差模電壓測(cè)量和電流測(cè)量又分別連接第二信號(hào)調(diào)理，第一、第二信號(hào)調(diào)理分別經(jīng)第一、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換后共同連接至信號(hào)隔離，信號(hào)隔離分別輸出至STM32微控制器和FPGA實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路，STM32微控制器還同時(shí)接收通信監(jiān)聽(tīng)電路的輸出，并分別與FPGA實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路以及ARM人機(jī)交互界面相互連接。本發(fā)明還涉及測(cè)試方法。本發(fā)明可通過(guò)嵌入式技術(shù)對(duì)RS485接口進(jìn)行全面的性能參數(shù)測(cè)量、性能評(píng)估與故障診斷，且攜帶方便。
【專利說(shuō)明】電力集抄設(shè)備RS485接口手持式測(cè)試儀及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對(duì)電力集抄設(shè)備的便攜式RS485接口測(cè)試儀，具體涉及一種用于檢測(cè)及診斷電力集抄設(shè)備RS485接口工作狀態(tài)和故障的便攜式測(cè)試儀。本發(fā)明還涉及使用所述測(cè)試儀進(jìn)行電力集抄設(shè)備RS485接口工作狀態(tài)和故障的測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展的推進(jìn)，智能電表越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在用戶電能計(jì)量領(lǐng)域。電力集抄設(shè)備RS485接口規(guī)范作為電網(wǎng)抄表進(jìn)行信號(hào)傳輸或能量傳輸?shù)闹匾獋鬏敺绞剑姳砗碗姳斫K端之間的信號(hào)、控制、通信傳輸幾乎都是通過(guò)RS485協(xié)議完成的，電力集抄設(shè)備RS485接口的可靠性直接影響到電力用戶和電力公司的電能計(jì)量和電費(fèi)統(tǒng)計(jì)。RS485接口測(cè)試的傳統(tǒng)方法是人工采用萬(wàn)用表、示波器等工具進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試，適用于被測(cè)試電表種類少、故障節(jié)點(diǎn)明顯的情況。如果要完成大批量多種類電表的測(cè)試，此方法就暴露出測(cè)試效率低、準(zhǔn)確性差的缺點(diǎn)。
[0003]由于電力集抄設(shè)備RS485接口在工業(yè)和電力方面的越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的測(cè)試方式已經(jīng)不能滿足工程師對(duì)電力集抄設(shè)備RS485接口維護(hù)的要求，近年來(lái)國(guó)內(nèi)也開(kāi)始出現(xiàn)了針對(duì)電力集抄設(shè)備RS485接口故障測(cè)試儀。其主要工作方式是在需要檢測(cè)的集抄設(shè)備RS485接口上掛載多個(gè)測(cè)試設(shè)備，在被測(cè)集抄設(shè)備RS485接口工作時(shí)進(jìn)行在線故障檢測(cè)，然后通過(guò)二分法找到集抄設(shè)備RS485接口的故障點(diǎn)。
[0004]現(xiàn)有的電力集抄設(shè)備RS485接口的測(cè)試設(shè)備主要側(cè)重于測(cè)試故障點(diǎn)以及集抄設(shè)備RS485接口的共模差模電壓，沒(méi)有對(duì)RS485接口以及集抄設(shè)備RS485接口作一個(gè)全面的性能參數(shù)測(cè)量。很多重要的集抄設(shè)備RS485接口的工作性能參數(shù)的測(cè)量功能如測(cè)集抄設(shè)備RS485接口工作電流、主機(jī)驅(qū)動(dòng)能力、集抄設(shè)備RS485接口等效阻抗以及集抄設(shè)備RS485接口通信信息等仍然沒(méi)有集成在同一測(cè)試設(shè)備內(nèi)。若工程人員需要測(cè)試電力集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備接口的各個(gè)參數(shù)的時(shí)候仍然不得不采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種電力集抄設(shè)備RS485接口性能的手持式測(cè)試儀。
[0006]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種使用上述測(cè)試儀進(jìn)行電力集抄設(shè)備RS485接口性能測(cè)試的方法。
[0007]本發(fā)明可通過(guò)嵌入式技術(shù)對(duì)電力集抄設(shè)備的RS485接口進(jìn)行全面的性能參數(shù)測(cè)量、性能評(píng)估與故障診斷，且攜帶方便。
[0008]解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]一種電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:通過(guò)通道切換電路相互連接的電力集抄終端(也可簡(jiǎn)稱終端)和電能測(cè)量表(也可簡(jiǎn)稱電表)，所述的通道切換電路分別外接有通信監(jiān)聽(tīng)、共模運(yùn)算、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量和電流測(cè)量電路，其中的共模運(yùn)算和電阻網(wǎng)絡(luò)電路又分別連接第一信號(hào)調(diào)理電路、差模電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路又分別連接第二信號(hào)調(diào)理電路，第一、第二信號(hào)調(diào)理電路分別經(jīng)第一、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后共同連接至信號(hào)隔離電路，信號(hào)隔離電路分別輸出至STM32微控制器和FPGA (現(xiàn)場(chǎng)可編輯邏輯門陣列)及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路，所述的STM32微控制器還同時(shí)接收通信監(jiān)聽(tīng)電路的輸出，并分別與FPGA實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路以及ARM (上位機(jī)微控制器)人機(jī)交互界面相互連接。
[0010]所述的通道切換電路為由歐姆龍高反應(yīng)速率的繼電器構(gòu)成的通道切換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)切換電路的內(nèi)部電路切換，達(dá)到一次性測(cè)試多個(gè)參數(shù)的目的。通道切換電路根據(jù)微控制器命令將被測(cè)端切換到后面的四個(gè)前端電路，分別是共模運(yùn)算電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量電路或電流測(cè)量電路。
[0011]所述的STM32微控制器通過(guò)帶隔離功能的RS485器件ADM2582對(duì)集抄設(shè)備RS485接口的通信信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，以判斷通信的工作狀態(tài)以及在集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)流向。
[0012]所述的共模運(yùn)算電路和差模電壓測(cè)量電路通過(guò)兩個(gè)美信公司的高性能運(yùn)算放大器MAX44246構(gòu)成，每一顆運(yùn)放芯片含有兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中一顆運(yùn)放芯片用來(lái)構(gòu)成電壓跟隨器，另一顆構(gòu)成模擬加法電路和差分電壓放大器。
[0013]所述的電阻網(wǎng)絡(luò)電路分為兩組，一組是根據(jù)RS485協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)模擬32臺(tái)集抄設(shè)備RS485接口電表(電能測(cè)量表)的阻抗特性，二組是用來(lái)測(cè)試485集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備的輸出阻抗。
[0014]解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0015]使用上述測(cè)試儀進(jìn)行電力集抄設(shè)備RS485接口性能測(cè)試的方法，其特征是包括以下步驟:
[0016]測(cè)試分為在線模式和單機(jī)測(cè)試模式:在線模式即是將測(cè)試儀串在電力集抄終端和客戶電能測(cè)量表之間，測(cè)試兩者在線工作時(shí)的各種電氣參數(shù)；單機(jī)測(cè)試即是單獨(dú)測(cè)試電力集抄終端或者客戶電能測(cè)量表的RS485通信工作狀態(tài)；測(cè)試的參數(shù)包括共模電壓、差模電壓、工作電流、被測(cè)設(shè)備等效阻抗；對(duì)于測(cè)試電力集抄終端還包括了對(duì)電力集抄終端的驅(qū)動(dòng)能力測(cè)試，以判斷電力集抄終端能否對(duì)32臺(tái)電表設(shè)備進(jìn)行通信；
[0017]共模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式:
[0018]在線測(cè)試:微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B兩根線的電壓；將被測(cè)的電力集抄終端和電表的485通信線A線、B線分別接入測(cè)試儀的主端口和副端口，測(cè)試儀內(nèi)部電路對(duì)485通信線的電壓值進(jìn)行衰減、加法運(yùn)算，放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器；
[0019]注:MCU即使STM32微控制器，在圖1中的共模運(yùn)算即是加法電路實(shí)現(xiàn)的，衰減電路通過(guò)圖1中的信號(hào)調(diào)理電路即可實(shí)現(xiàn)。
[0020]單獨(dú)測(cè)試:測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的共模電壓；接線方式:將集抄設(shè)備或者電表的485通信線接入測(cè)試儀主端口。
[0021]差模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式:
[0022]在線測(cè)試:微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B之間的電壓，對(duì)這個(gè)電壓值進(jìn)行衰減、放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器；接線方法:將被測(cè)的電力集抄終端和電表的485通信線A線、B線分別接入測(cè)試儀的主端口和副端口，
[0023]在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的差模電壓；接線方式:將集抄設(shè)備或者電表的485通信線接入測(cè)試儀主端口。
[0024]工作電流測(cè)量輸入電流測(cè)量分為在線測(cè)和單獨(dú)測(cè):在在線測(cè)試中微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上某一端的電流，測(cè)量串在集抄設(shè)備RS485接口上的精密低阻值電阻兩端電壓，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器，最后在微控制器里面計(jì)算出電流值；在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的輸入電流；
[0025]需要指出的是在集抄設(shè)備RS485接口上串入的電阻并不影響整個(gè)集抄設(shè)備RS485接口的工作，因?yàn)樵陔娐钒迳系淖呔€相對(duì)于常規(guī)485集抄設(shè)備RS485接口的雙絞線線長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是非常短的，傳入電阻反而更好地模擬了長(zhǎng)距離雙絞線的電氣特性。
[0026]測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗。
[0027]測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗。
[0028]輸入阻抗的測(cè)試方式是根據(jù)測(cè)試得到的差模輸入電壓和輸入電流利用公式R=U/I在ARM平臺(tái)計(jì)算輸入阻抗并顯示。
[0029]有益效果:傳統(tǒng)的測(cè)試方案因?yàn)槭褂昧税嘿F的通用測(cè)試儀器，對(duì)一些電氣性能參數(shù)能獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果，但一線電力工程人員需要花大量時(shí)間熟悉儀器的使用以及所顯示的數(shù)據(jù)的分析，而且對(duì)于整個(gè)485網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)找到故障點(diǎn)需要對(duì)整個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的所有電表進(jìn)行逐點(diǎn)測(cè)試。一堆儀器搬來(lái)搬去費(fèi)時(shí)費(fèi)力，接線繁復(fù)，稍有不慎還有可能燒毀儀器或者電表。
[0030]目前國(guó)內(nèi)的RS-485總線測(cè)試儀功能相對(duì)單一，而且沒(méi)有針對(duì)電能抄表系統(tǒng)的總線測(cè)試儀。對(duì)于電能抄表系統(tǒng)的通信檢測(cè)工程人員來(lái)說(shuō)，亟需一款一體化的RS-485測(cè)試系統(tǒng)用于快速診斷電力抄表通信的故障點(diǎn)及故障原因。本發(fā)明通過(guò)嵌入式技術(shù)對(duì)電力集抄設(shè)備的RS485接口進(jìn)行全面的性能參數(shù)測(cè)量、性能評(píng)估與故障診斷。測(cè)試儀的重量小，體積輕，接口少，操作簡(jiǎn)。工程人員幾分鐘即可完成對(duì)一臺(tái)集抄設(shè)備的測(cè)試。對(duì)于很關(guān)鍵的負(fù)載能力測(cè)試，可直接將儀器掛在終端上通過(guò)測(cè)量輸出電流即可。在單獨(dú)測(cè)試的時(shí)候，由于設(shè)備內(nèi)已經(jīng)配有根據(jù)485官方手冊(cè)所設(shè)計(jì)的電阻網(wǎng)絡(luò)，同樣可以對(duì)集抄設(shè)備的負(fù)載能力進(jìn)行初略的評(píng)估。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本發(fā)明的總體方案圖；[0032]圖2是本發(fā)明的在線測(cè)共模電壓框圖；
[0033]圖3是本發(fā)明的單獨(dú)測(cè)共模電壓框圖；
[0034]圖4是本發(fā)明的在線測(cè)差模電壓框圖；
[0035]圖5是本發(fā)明的單獨(dú)測(cè)差模電壓框圖；
[0036]圖6是本發(fā)明的測(cè)試集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備掛載能力框圖；
[0037]圖7是本發(fā)明的測(cè)試集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備輸出阻抗框圖；
[0038]圖8是本發(fā)明的測(cè)試集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備輸入阻抗框圖；
[0039]圖9是本發(fā)明的上位機(jī)系統(tǒng)框圖；
[0040]圖10是本發(fā)明的下位機(jī)微控制器程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]如圖1所示，本發(fā)明的電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀實(shí)施例，包括通過(guò)通道切換電路相互連接的電力集抄設(shè)備和電能測(cè)量表，通道切換電路分別外接有通信監(jiān)聽(tīng)電路、共模運(yùn)算電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路，其中的共模運(yùn)算電路和電阻網(wǎng)絡(luò)又分別連接第一信號(hào)調(diào)理電路、差模電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路又分別連接第二信號(hào)調(diào)理電路，第一、第二信號(hào)調(diào)理電路分別經(jīng)第一第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后共同連接至信號(hào)隔離電路，信號(hào)隔離電路分別輸出至STM32微控制器和FPGA所控制的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路，所述的STM32微控制器還同時(shí)接收通信監(jiān)聽(tīng)電路的輸出，并分別與FPGA實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路以及由ARM內(nèi)核構(gòu)成的上位機(jī)的人機(jī)交互界面相互連接。
[0042]通道切換電路為由歐姆龍高反應(yīng)速率的繼電器構(gòu)成的通道切換網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)切換電路的內(nèi)部電路切換，達(dá)到一次性測(cè)試多個(gè)參數(shù)的目的。通道切換電路根據(jù)微控制器命令將被測(cè)端切換到后面的四個(gè)前端電路電路，分別是共模運(yùn)算電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路。
[0043]STM32微控制器通過(guò)帶隔離功能的RS485器件ADM2582對(duì)集抄設(shè)備RS485接口的通信信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，以判斷通信的工作狀態(tài)以及在集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)流向。
[0044]共模運(yùn)算電路和差模電壓測(cè)量通過(guò)兩個(gè)美信公司的高性能運(yùn)算放大器MAX44246構(gòu)成，每一顆運(yùn)放芯片含有兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中一顆運(yùn)放芯片用來(lái)構(gòu)成電壓跟隨器，另一顆構(gòu)成模擬加法電路和差分電壓放大器。
[0045]電阻網(wǎng)絡(luò)分為兩組，一組是根據(jù)RS485協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)模擬32臺(tái)集抄設(shè)備RS485接口電表的阻抗特性，二組是用來(lái)測(cè)試485集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備的輸出阻抗。
[0046]測(cè)試儀的控制核心部分采用FPGA+雙嵌入式處理器的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的采集、分析與處理；在性能參數(shù)的采集前端采用繼電器網(wǎng)絡(luò)切換的方法，將集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備的接口性能特征一次性進(jìn)行采集和分析，完成電能測(cè)量設(shè)備通信接口的故障診斷和性能測(cè)試。
[0047]使用上述測(cè)試儀進(jìn)行電力集抄設(shè)備RS485接口性能測(cè)試的方法，其特征是包括以下步驟:
[0048]測(cè)試分為在線模式和單機(jī)測(cè)試模式:在線模式即是將測(cè)試儀串在電力集抄終端和客戶電能測(cè)量表之間，測(cè)試兩者在線工作時(shí)的各種電氣參數(shù)；單機(jī)測(cè)試即是單獨(dú)測(cè)試電力集抄終端或者客戶電能測(cè)量表的RS485通信工作狀態(tài)，主要測(cè)試的參數(shù)包括共模電壓、差模電壓、工作電流、被測(cè)設(shè)備等效阻抗；對(duì)于測(cè)試電力集抄終端還包括了對(duì)電力集抄終端的驅(qū)動(dòng)能力測(cè)試，以判斷電力集抄終端能否對(duì)32臺(tái)電表設(shè)備進(jìn)行通信。
[0049]集抄設(shè)備RS485接口性能的電氣特性經(jīng)過(guò)這四個(gè)前端電路的運(yùn)算和處理后進(jìn)入信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行相應(yīng)的放大或者衰減。AD轉(zhuǎn)換電路將調(diào)理好的信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)隔離電路進(jìn)入FPGA和微控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，最后將處理完畢的信號(hào)經(jīng)過(guò)CAN集抄設(shè)備RS485接口送到ARM上位機(jī)進(jìn)行顯示。
[0050]測(cè)試儀的最前端由繼電器網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)集成電路構(gòu)成，繼電器采用歐姆龍公司的G6K-2F，繼電器驅(qū)動(dòng)用安美森公司的NUD3105DMT1G，485集抄設(shè)備RS485接口電氣特征信號(hào)通過(guò)G6K-2F被切換到不同的模擬前端處理電路，以進(jìn)行不同的參數(shù)測(cè)量。
[0051]本發(fā)明使用德州儀器公司的推薦的工業(yè)高精度信號(hào)采集解決方案來(lái)對(duì)電力集抄設(shè)備RS485接口接口的電氣特性進(jìn)行信號(hào)調(diào)理與數(shù)模轉(zhuǎn)換。當(dāng)集抄設(shè)備RS485接口電氣特性型號(hào)通過(guò)繼電器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能切換和前端處理后，使用可編程信號(hào)放大器PGA280對(duì)信號(hào)再次進(jìn)行放大或者衰減，經(jīng)過(guò)調(diào)理的信號(hào)通過(guò)24位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADS1259進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)SPI集抄設(shè)備RS485接口傳輸?shù)紽PGA和微控制器進(jìn)行后續(xù)的處理。
[0052]FPGA采用xilinx公司的SPARTAN3系列的XC3S400AN，利用FPGA的并行執(zhí)行任務(wù)的特性，將信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)與傳輸。存儲(chǔ)器件采用MT48LC32M16A2TG，集抄設(shè)備通信過(guò)程中的所有電氣特征都存入該器件內(nèi)。
[0053]微控制器選用意法半導(dǎo)體的STM32F407，主要完成整個(gè)硬件系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度，數(shù)據(jù)通信，期間控制等，所有信號(hào)在改微控制器內(nèi)進(jìn)行打包，通過(guò)CAN集抄設(shè)備RS485接口傳到上位機(jī)。
[0054]上位機(jī)通過(guò)CAN集抄設(shè)備RS485接口收到數(shù)據(jù)包后，將結(jié)果顯示在觸摸屏上。操作人員也可以通過(guò)觸摸屏對(duì)測(cè)試儀進(jìn)行控制。上位機(jī)采用三星公司的ARMll器件。
[0055]集抄設(shè)備的RS485接口的共模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式，在在線測(cè)試中微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B兩根線的電壓，對(duì)這兩個(gè)電壓值進(jìn)行衰減、加法運(yùn)算，放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器。在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的共模電壓。
[0056]集抄設(shè)備的RS485接口的差模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式差分測(cè)試分為在線測(cè)和單獨(dú)測(cè)，在在線測(cè)試中微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B之間的電壓，對(duì)這個(gè)電壓值進(jìn)行衰減、放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器。在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的差模電壓。
[0057]集抄設(shè)備RS485接口工作電流測(cè)量輸入電流測(cè)量分為在線測(cè)和單獨(dú)測(cè)，在在線測(cè)試中微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上某一端的電流，測(cè)量串在集抄設(shè)備RS485接口上的精密低阻值電阻兩端電壓，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器，最后在微控制器里面計(jì)算出電流值。在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的輸入電流。需要指出的是在集抄設(shè)備RS485接口上串入的電阻并不影響整個(gè)集抄設(shè)備RS485接口的工作，因?yàn)樵陔娐钒迳系淖呔€相對(duì)于常規(guī)485集抄設(shè)備RS485接口的雙絞線線長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是非常短的，傳入電阻反而更好地模擬了長(zhǎng)距離雙絞線的電氣特性。
[0058]測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗。
[0059]測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗。
[0060]輸入阻抗的測(cè)試方式是根據(jù)測(cè)試得到的差模輸入電壓和輸入電流利用公式R=U/I在ARM平臺(tái)計(jì)算輸入阻抗并顯示。
[0061]當(dāng)集抄設(shè)備RS485接口電氣特性型號(hào)通過(guò)繼電器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能切換和前端處理后，使用可編程信號(hào)放大器對(duì)信號(hào)再次進(jìn)行放大或者衰減，經(jīng)過(guò)調(diào)理的信號(hào)進(jìn)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)SPI集抄設(shè)備RS485接口傳輸?shù)紽PGA和微控制器進(jìn)行后續(xù)的處理。
[0062]FPGA的功能主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，通過(guò)STM32微控制器發(fā)來(lái)的命令對(duì)模擬期間進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)采集和存儲(chǔ)。將電力集抄設(shè)備的收發(fā)一次的所有電氣特征信息全部存儲(chǔ)起來(lái)。
[0063]STM32微控制器(下位機(jī))則是底層微控制器系統(tǒng)軟件主要由通道切換控制電路、模擬器件控制及通信電路、集抄設(shè)備RS485接口監(jiān)聽(tīng)電路、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀取電路組成，完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的底層調(diào)度與控制。各種軟件功能電路實(shí)現(xiàn)硬件功能板的模擬器件選通、通道切換和程控增益控制，完成相應(yīng)被測(cè)通道的測(cè)試、計(jì)算、結(jié)果判斷、存儲(chǔ)、通訊、停止等功能。
[0064]ARM微控制器(上位機(jī))系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)內(nèi)通信電路、測(cè)試項(xiàng)目管理電路、顯示界面管理電路和數(shù)據(jù)文件管理電路組成。數(shù)據(jù)文件管理電路完成數(shù)據(jù)文件的新建、存盤等功能，顯示界面管理電路實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示格式、顯示內(nèi)容的管理。測(cè)試項(xiàng)目管理電路完成集抄設(shè)備RS485接口測(cè)試儀上位機(jī)系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)校準(zhǔn)、被測(cè)數(shù)據(jù)正確性判斷以及與底層控制器的串行通訊等功能。
【權(quán)利要求】
1.一種電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:通過(guò)通道切換電路相互連接的電力集抄終端和電能測(cè)量表，所述的通道切換電路分別外接有通信監(jiān)聽(tīng)、共模運(yùn)算、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量和電流測(cè)量電路，其中的共模運(yùn)算和電阻網(wǎng)絡(luò)電路又分別連接第一信號(hào)調(diào)理電路、差模電壓測(cè)量電路和電流測(cè)量電路又分別連接第二信號(hào)調(diào)理電路，第一、第二信號(hào)調(diào)理電路分別經(jīng)第一、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后共同連接至信號(hào)隔離電路，信號(hào)隔離電路分別輸出至STM32微控制器和FPGA及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路，所述的STM32微控制器還同時(shí)接收通信監(jiān)聽(tīng)電路的輸出，并分別與FPGA實(shí)時(shí)存儲(chǔ)電路以及ARM人機(jī)交互界面相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:所述的通道切換電路為由歐姆龍高反應(yīng)速率的繼電器構(gòu)成的通道切換網(wǎng)絡(luò),通過(guò)切換電路的內(nèi)部電路切換，達(dá)到一次性測(cè)試多個(gè)參數(shù)的目的；通道切換電路根據(jù)微控制器命令將被測(cè)端切換到后面的共模運(yùn)算電路、電阻網(wǎng)絡(luò)、差模電壓測(cè)量電路或電流測(cè)量電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:所述的STM32微控制器通過(guò)帶隔離功能的RS485器件ADM2582對(duì)集抄設(shè)備RS485接口的通信信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，以判斷通信的工作狀態(tài)以及在集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)流向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:所述的共模運(yùn)算電路和差模電壓測(cè)量電路通過(guò)兩個(gè)美信公司的高性能運(yùn)算放大器MAX44246構(gòu)成，每一顆運(yùn)放芯片含有兩個(gè)運(yùn)算放大器，其中一顆運(yùn)放芯片用來(lái)構(gòu)成電壓跟隨器，另一顆構(gòu)成模擬加法電路和差分電壓放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力集抄設(shè)備RS485接口性能手持式測(cè)試儀，其特征是:所述的電阻網(wǎng)絡(luò)電路分為兩組，一組是根據(jù)RS485協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)模擬32臺(tái)集抄設(shè)備RS485接口電能測(cè)量表的阻抗特性，二組是用來(lái)測(cè)試485集抄設(shè)備RS485接口設(shè)備的輸出阻抗。
6.一種采用如權(quán)利要求1至5所述的任意一種手持式測(cè)試儀進(jìn)行電力集抄設(shè)備RS485接口性能測(cè)試的方法，其特征是:包括以下步驟: 測(cè)試分為在線模式和單機(jī)測(cè)試模式:在線模式即是將測(cè)試儀串在電力集抄終端和客戶電能測(cè)量表之間，測(cè)試兩者在線工作時(shí)的各種電氣參數(shù)；單機(jī)測(cè)試即是單獨(dú)測(cè)試電力集抄終端或者客戶電能測(cè)量表的RS485通信工作狀態(tài)；測(cè)試的參數(shù)包括共模電壓、差模電壓、工作電流、被測(cè)設(shè)備等效阻抗；對(duì)于測(cè)試電力集抄終端還包括了對(duì)電力集抄終端的驅(qū)動(dòng)能力測(cè)試，以判斷電力集抄終端能否對(duì)32臺(tái)電表設(shè)備進(jìn)行通信； 共模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式: 在線測(cè)試:微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B兩根線的電壓；將被測(cè)的電力集抄終端和電表的485通信線A線、B線分別接入測(cè)試儀的主端口和副端口，測(cè)試儀內(nèi)部電路對(duì)485通信線的電壓值進(jìn)行衰減、加法運(yùn)算，放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器； 單獨(dú)測(cè)試:測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的共模電壓；接線方式:將集抄設(shè)備或者電表的485通信線接入測(cè)試儀主端口； 差模電壓采集分為在線測(cè)試和單獨(dú)測(cè)試兩種測(cè)試方式: 在線測(cè)試:微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上A、B之間的電壓，對(duì)這個(gè)電壓值進(jìn)行衰減、放大等處理，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器；接線方法:將被測(cè)的電力集抄終端和電表的485通信線A線、B線分別接入測(cè)試儀的主端口和副端口 ； 在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的差模電壓；接線方式:將集抄設(shè)備或者電表的485通信線接入測(cè)試儀主端口 ； 工作電流測(cè)量輸入電流測(cè)量分為在線測(cè)和單獨(dú)測(cè):在在線測(cè)試中微控制器通過(guò)ADM2582監(jiān)聽(tīng)485集抄設(shè)備RS485接口上的信號(hào)變化，判斷集抄設(shè)備RS485接口信號(hào)的傳輸方向，同時(shí)采集集抄設(shè)備RS485接口上某一端的電流，測(cè)量串在集抄設(shè)備RS485接口上的精密低阻值電阻兩端電壓，最后經(jīng)過(guò)AD變換放入微控制器，最后在微控制器里面計(jì)算出電流值；在單獨(dú)測(cè)試中，測(cè)試儀器只掛一臺(tái)被測(cè)設(shè)備，微控制器用來(lái)模擬終端或者電表，在模擬的通信過(guò)程中，監(jiān)測(cè)集抄設(shè)備RS485接口的輸入電流； 測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗； 測(cè)量輸出阻抗的方法式將被測(cè)終端或者電表設(shè)備與集抄設(shè)備RS485接口斷開(kāi)，將其接入測(cè)試儀器，先測(cè)量被測(cè)設(shè)備的開(kāi)路電壓Vs，然后外接一個(gè)電阻，測(cè)量電阻兩端的電壓值，Vs-V即是內(nèi)部阻抗的電壓值，這個(gè)值除以電流記得到了被測(cè)設(shè)備的內(nèi)部阻抗； 輸入阻抗的測(cè)試方式是根據(jù)測(cè)試得到的差模輸入電壓和輸入電流利用公式R=U/I在ARM平臺(tái)計(jì)算輸入阻抗并顯示。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103631690SQ201310595154
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】劉健, 肖勇, 秦開(kāi)宇, 黨三磊, 危阜勝, 李健, 張思建, 張捷, 王茜, 閻嘯, 趙雪嬌, 周三 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 電子科技大學(xué)