CN104101858A - 基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FlexRay总线的电能表校验装置主控系统及方法，本发明的电源模块给其它模块供电。ARM9处理器通过两路串口RS232模块分别与标准表和信号源进行通信，通过RS485模块与功率放大器进行通信，通过两路FlexRay总线模块与误差机单元和PC机进行通信，触摸屏显示模块连到ARM9处理器的LCD控制器接口。下载模块包括JTAG下载电路和USB下载电路，分别连接到ARM9处理器的JTAG接口和USB接口。本发明的主控系统数据处理能力提升，数据传输速度快，误差机单元数量增多，系统可靠性提高，功能更加完善，检定效率更高，用户界面更加优化。

Description

基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统及方法

技术领域

本发明涉及电能表校验装置技术领域，特别是涉及一种基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统及方法。

背景技术

继国家电网公司提出智能电表技术规范后，为提高检定系统工作效率，不断推出大量集中式、流水线式智能表电能表检定方案。为提高检定效率，最常用的方法是利用分布式控制系统的技术，增加同时检定电能表的数量。目前，各电能表校验装置生产厂家普遍采用RS485总线或CAN总线实现多工位电能表的校验。但受限于总线的传输速率和可靠性，以及主控系统控制器的处理速度，能同时检测的电能表数量较少，并且还存在检定周期长、效率低、系统稳定性差等缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统及方法。新兴的FlexRay汽车总线采用冗余备份的方法进行双线通信，当其中一根通信线路故障时，可以由另一根线路承担单线通信任务；每个通道的速度均达到10Mbps，与CAN相比，可用的带宽提高了10～40倍。本发明采用ARM9为控制核心，以FlexRay总线为主要通信方式，提高了数据传输效率，增加了误差机单元的数量，提高了系统数据处理的速度，提高了系统的可靠性。

本发明基于FlexRay总线的电能表校验装置主控系统，包括ARM9处理器模块，两路串口RS232模块，一路串口RS485模块，两路FlexRay总线模块，触摸屏显示模块，下载模块，电源模块。

电源模块以5V供电，通过DC-DC升降压给其它模块供电。ARM9处理器通过两路串口RS232模块分别与标准表和信号源进行通信，通过RS485模块与功率放大器进行通信，通过两路FlexRay总线模块与误差机单元和PC机进行通信，每路FlexRay总线模块最多可挂载64个节点，其中可挂载一个主控系统的节点，一个PC机节点，62个误差机单元节点。两路FlexRay总线模块总共可挂载128个节点，能同时挂载124个误差机单元。触摸屏显示模块连到ARM9处理器的LCD控制器接口。下载模块包括JTAG下载电路和USB下载电路，分别连接到ARM9处理器的JTAG接口和USB接口。

每一路FlexRay总线模块包含一片MFR4310芯片，两片TJA1080芯片；S3C2440是核心处理器，MFR4310是FlexRay总线的通信控制器，TJA1080是FlexRay总线的总线控制器；MFR4310与S3C2440的SRAM存储器接口相连，MFR4310芯片的D0～D15管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口数据总线D0～D15管脚，MFR4310芯片的A0～A11管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口地址总线A0～A11管脚，MFR4310芯片的WE#、RE#、CE#管脚分别与S3C2440芯片的SRAM存储器接口的写使能管脚WE、读使能管脚RE、片选信号CSn相连，MFR4310芯片的INT_CC#管脚与S3C2440芯片的一个外部中断管脚IRQn相连，该中断信号需经一个电阻上拉到3.3V电源，电阻大小可选择10KΩ, MFR4310芯片的复位管脚RESET可与S3C2440的一个普通GPIO管脚相连。

     MFR4310芯片与两片TJA1080芯片相连，MFR4310芯片的#IF_SEL0管脚通过一个上拉电阻接到3.3V电源，#IF_SEL1/TXD1管脚通过一个下拉电阻到地，电阻大小可选择10KΩ。MFR4310芯片的IF_SEL1/TXD1管脚与一片TJA1080芯片的RXD管脚相连，MFR4310芯片的RXD1与TJA1080芯片的TXD管脚相连，，MFR4310芯片的TXEN1管脚与TJA1080芯片的TXEN管脚相连， MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管脚分别与另一片TJA1080芯片RXD、TXD、TXEN管脚相连，两片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管脚均需接地，TJA1080芯片的BM、BP管脚共同组成了FlexRay总线的一个通道，FlexRay1与FlexRay2共同组成了FlexRay总线的双通道。

 基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过触摸屏设定被检表参数。即设定被检表类型、额定电压、标定电流、电表常数。被检表参数设定完毕后，将被检表类型、额定电压、标定电流通过第一串口RS232模块发送给标准电能表，通过串口RS485模块发送给功率放大器。电表常数通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机。

步骤2：通过触摸屏选择检定内容。将检定内容通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机。

步骤3：设定输出电压、输出电流、功率因素、频率。设定完毕后将这些参数通过第二串口RS232模块发送给信号源，信号源输出三相电压和三相电流信号，电压信号和电流信号经功率放大器放大，接到标准电能表上。表准电能表将当前的三相电源实际输出值通过第一串口RS232模块返回给主控系统。主控系统计算设定值与当前输出的差值，重新调整信号源输出，实现闭环调整，直到调整到符合要求的输出值。

步骤4：信号源调整完毕后，主控系统通过FlexRay总线向误差机单元发送开始测试命令。误差机单元在一次测试完成时，将测试数据通过FlexRay总线发送给主控系统和PC机进行处理，处理完成后将测试数据保存到PC机。

步骤5：停止测试。通过第二串口RS232模块给信号源发送停止命令，信号源将电压、电流信号都降到0。同时通过FlexRay总线给误差机单元发送停止测试命令。

与现有技术相比，本发明的有益效果是主控系统数据处理能力提升，数据传输速度快，误差机单元数量增多，系统可靠性提高，功能更加完善，检定效率更高，用户界面更加优化。

附图说明

图1为电能表校验装置主控系统硬件电路结构框图；

图2为FlexRay总线模块制动节点硬件接线图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

   如图1所示，主控系统包括电源模块，下载模块，触摸屏显示模块，ARM9处理器模块，两路串口RS232模块， 串口RS485模块，两路FlexRay总线模块。主控系统通过两路串口RS232模块分别与标准表和信号源进行通信，通过串口RS485模块与功率放大器进行通信，通过两路FlexRay总线模块与误差机单元和PC机通信。

电源模块以5V电源作为输入，通过DC-DC芯片LM1117-3.3降到3.3V给ARM9处理器模块供电，其余模块均以5V电压供电。

ARM9处理器模块可选用S3C2440核心板，该核心板处理器为S3C2440,主频达到400MHz。该模块具有丰富的外设资源，其中包括64M的SDRAM和64M的Nand　Flash。

下载模块包括JTAG下载电路和USB下载电路，JTAG下载电路连接到S3C2440的JTAG接口，USB下载电路连接到S3C2440的USB口。

     触摸屏显示模块的显示屏可选用群创AT070TN83的7寸屏，该显示屏的分辨率为800*480，颜色深度为18位，触摸屏可选用800*480的电阻触摸屏。显示屏连接到S3C2440的LCD控制器接口，触摸屏连接到S3C2440核心板的四线电阻式触摸屏接口。

     串口RS232模块可选用MAX232芯片，RS485模块可选用MAX485芯片，串口通信模块均采用光耦隔离，增加系统的可靠性。

     FlexRay总线模块包含通信控制器和总线控制器，FlexRay通信控制器选择飞思卡尔公司的MFR4310，FlexRay总线控制器选择恩智浦公司的TJA1080，主控系统与误差机单元和PC机之间的连接方式采用总线型拓扑结构，传输媒介采用双绞线。每一路FlexRay总线模块需要一片MFR4310，两片TJA1080，因为该系统需要两路FlexRay总线模块，所以需要两片MFR4310，四片TJA1080。每一路FlexRay总线模块可挂载64个节点，则两路共可挂载128个节点。每一路都需挂载一个主控系统的节点，一个PC机的节点，因此每一路可挂载误差机单元节点的数量为62个，两路则可挂载124个误差机单元节点。每一路FlexRay总线具有双通道，尽管每一个通道可以进行独立传输，但为了提高数据传输的可靠性，双通道用作冗余备份，即第一通道用来进行正常传输，第一通道出现故障时采用第二通道传输。

     如图2所示，S3C2440是核心处理器，MFR4310是FlexRay总线的通信控制器，TJA1080是FlexRay总线的总线控制器，每一路FlexRay总线模块包含一片MFR4310芯片，两片TJA1080芯片。MFR4310与S3C2440的SRAM存储器接口相连，MFR4310芯片的D0～D15管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口数据总线D0～D15管脚，MFR4310芯片的A0～A11管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口地址总线A0～A11管脚，MFR4310芯片的WE#、RE#、CE#管脚分别与S3C2440芯片的SRAM存储器接口的写使能管脚WE、读使能管脚RE、片选信号CSn相连，MFR4310芯片的INT_CC#管脚与S3C2440芯片的一个外部中断管脚IRQn相连，该中断信号需经一个电阻上拉到3.3V电源，电阻大小可选择10KΩ, MFR4310芯片的复位管脚RESET可与S3C2440的一个普通GPIO管脚相连。

     MFR4310芯片与两片TJA1080芯片相连，MFR4310芯片的#IF_SEL0管脚通过一个上拉电阻接到3.3V电源，#IF_SEL1/TXD1管脚通过一个下拉电阻到地，电阻大小可选择10KΩ。MFR4310芯片的IF_SEL1/TXD1管脚与一片TJA1080芯片的RXD管脚相连，MFR4310芯片的RXD1与TJA1080芯片的TXD管脚相连，，MFR4310芯片的TXEN1管脚与TJA1080芯片的TXEN管脚相连， MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管脚分别与另一片TJA1080芯片RXD、TXD、TXEN管脚相连，两片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管脚均需接地，TJA1080芯片的BM、BP管脚共同组成了FlexRay总线的一个通道，FlexRay1与FlexRay2共同组成了FlexRay总线的双通道。

基于FlexRay总线电能表校验装置主控系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：通过触摸屏设定被检表参数。即设定被检表类型、额定电压、标定电流、电表常数。被检表参数设定完毕后，将被检表类型、额定电压、标定电流通过第一串口RS232模块发送给标准电能表，通过串口RS485模块发送给功率放大器。电表常数通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机。

步骤2：通过触摸屏选择检定内容。将检定内容通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机。

步骤3：设定输出电压、输出电流、功率因素、频率。设定完毕后将这些参数通过第二串口RS232模块发送给信号源，信号源输出三相电压和三相电流信号，电压信号和电流信号经功率放大器放大，接到标准电能表上。表准电能表将当前的三相电源实际输出值通过第一串口RS232模块返回给主控系统。主控系统计算设定值与当前输出的差值，重新调整信号源输出，实现闭环调整，直到调整到符合要求的输出值。

步骤4：信号源调整完毕后，主控系统通过FlexRay总线向误差机单元发送开始测试命令。误差机单元在一次测试完成时，将测试数据通过FlexRay总线发送给主控系统和PC机进行处理，处理完成后将测试数据保存到PC机。

步骤5：停止测试。通过第二串口RS232模块给信号源发送停止命令，信号源将电压、电流信号都降到0。同时通过FlexRay总线给误差机单元发送停止测试命令。

Claims (3)

1.基于FlexRay总线的电能表校验装置主控系统，包括ARM9处理器模块，两路串口RS232模块，一路串口RS485模块，两路FlexRay总线模块，触摸屏显示模块，下载模块，电源模块；

电源模块以5V供电，通过DC-DC升降压给其它模块供电；ARM9处理器通过两路串口RS232模块分别与标准表和信号源进行通信，通过RS485模块与功率放大器进行通信，通过两路FlexRay总线模块与误差机单元和PC机进行通信，每路FlexRay总线模块最多可挂载64个节点，其中可挂载一个主控系统的节点，一个PC机节点，62个误差机单元节点；两路FlexRay总线模块总共可挂载128个节点，能同时挂载124个误差机单元；触摸屏显示模块连到ARM9处理器的LCD控制器接口；下载模块包括JTAG下载电路和USB下载电路，分别连接到ARM9处理器的JTAG接口和USB接口。

2.根据权利要求1所述的基于FlexRay总线的电能表校验装置主控系统；其特征在于：所述的每路FlexRay总线模块包含一片MFR4310芯片，两片TJA1080芯片；S3C2440是核心处理器，MFR4310是FlexRay总线的通信控制器，TJA1080是FlexRay总线的总线控制器；MFR4310与S3C2440的SRAM存储器接口相连，MFR4310芯片的D0～D15管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口数据总线D0～D15管脚，MFR4310芯片的A0～A11管脚连接到S3C2440芯片的SRAM存储器接口地址总线A0～A11管脚，MFR4310芯片的WE#、RE#、CE#管脚分别与S3C2440芯片的SRAM存储器接口的写使能管脚WE、读使能管脚RE、片选信号CSn相连，MFR4310芯片的INT_CC#管脚与S3C2440芯片的一个外部中断管脚IRQn相连，该中断信号需经一个电阻上拉到3.3V电源，电阻大小可选择10KΩ, MFR4310芯片的复位管脚RESET可与S3C2440的一个普通GPIO管脚相连；

    MFR4310芯片与两片TJA1080芯片相连，MFR4310芯片的#IF_SEL0管脚通过一个上拉电阻接到3.3V电源，#IF_SEL1/TXD1管脚通过一个下拉电阻到地，电阻大小可选择10KΩ；MFR4310芯片的IF_SEL1/TXD1管脚与一片TJA1080芯片的RXD管脚相连，MFR4310芯片的RXD1与TJA1080芯片的TXD管脚相连，，MFR4310芯片的TXEN1管脚与TJA1080芯片的TXEN管脚相连， MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管脚分别与另一片TJA1080芯片RXD、TXD、TXEN管脚相连，两片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管脚均需接地，TJA1080芯片的BM、BP管脚共同组成了FlexRay总线的一个通道，FlexRay1与FlexRay2共同组成了FlexRay总线的双通道。

3.一种应用权利要求1所述的基于FlexRay总线的电能表校验装置主控系统的控制方法，其特征在于：

步骤1：通过触摸屏设定被检表参数；即设定被检表类型、额定电压、标定电流、电表常数；被检表参数设定完毕后，将被检表类型、额定电压、标定电流通过第一串口RS232模块发送给标准电能表，通过串口RS485模块发送给功率放大器；电表常数通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机；

步骤2：通过触摸屏选择检定内容；将检定内容通过FlexRay总线发送给误差机单元和PC机；

步骤3：设定输出电压、输出电流、功率因素、频率；设定完毕后将这些参数通过第二串口RS232模块发送给信号源，信号源输出三相电压和三相电流信号，电压信号和电流信号经功率放大器放大，接到标准电能表上；表准电能表将当前的三相电源实际输出值通过第一串口RS232模块返回给主控系统；主控系统计算设定值与当前输出的差值，重新调整信号源输出，实现闭环调整，直到调整到符合要求的输出值；

步骤4：信号源调整完毕后，主控系统通过FlexRay总线向误差机单元发送开始测试命令；误差机单元在一次测试完成时，将测试数据通过FlexRay总线发送给主控系统和PC机进行处理，处理完成后将测试数据保存到PC机；

步骤5：停止测试；通过第二串口RS232模块给信号源发送停止命令，信号源将电压、电流信号都降到0；同时通过FlexRay总线给误差机单元发送停止测试命令。