CN108399139A - 用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法 - Google Patents

用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法 Download PDF

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周晨晖
术茜
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Abstract

本发明公开了一种用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法，打印单元包括一微处理器、连接该微处理器的供电模块、人机交互模块、无线通信模块、电平转换模块、FRAM快速缓存和Flash数据存储模块；人机交互模块包括用于显示、命令的输入及参数的设置；无线通信模块用于与外部设备进行远程数据交互；电平转换模块用于RS232电平与TTL电平的双向转换，且该电平转换模块能通过连接串口与打印机设备或保护装置通信连接；本发明结构简单，操作使用方便；能自动获取来自保护装置的打印信息，快速存储验结果、装置参数、录波波形、定值单等信息；能将数据传送至远方服务器，方便检修人员查看信息；可以实现数据的打印，便于不同现场的应用。

Description

用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法。
背景技术
在传统继电保护装置调试维护工程中，常规变电站综自系统的微机继电保护装置信息的打印方式一般采用分布式配置，一间隔或一个重要的继电保护装置配置一台打印机，后台主站又配置单独的打印机，存在站内需要配置大量打印机的问题。随着时间推移，站内打印机故障数量增加，维护成本增大，耗费大量人力、财力，而且继电保护装置打印的试验结果、装置参数、录波波形、定值单等纸质文件只能就地阅读，不能被充分利用，也不便于备份及归档保存。
发明内容
本发明提供了一种用于保护装置的离线式存储打印单元及其使用方法，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
用于保护装置的离线式存储打印单元，它包括一微处理器、连接该微处理器的供电模块、人机交互模块、无线通信模块、电平转换模块、FRAM快速缓存和Flash数据存储模块；
人机交互模块包括用于显示、命令的输入及参数的设置；
无线通信模块用于与外部设备进行远程数据交互；
电平转换模块用于RS232电平与TTL电平的双向转换，且该电平转换模块能通过连接串口与打印机设备或保护装置通信连接；
一实施例之中：所述电平转换模块采用MAX3232EIDR的电平转换芯片。
一实施例之中：所述电平转换模块包括两MAX3232EIDR的电平转换芯片U3和U4，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2、二选一跳线JM6和二选一跳线JM7，所述串口采用DB25接口J3；
J3的引脚2连接U4的引脚T1OUT，J3的引脚3连接U4的引脚R1IN，J3的引脚5连接JM7的公共端，J3的引脚20连接JM6的公共端；U4的引脚T1IN连接微处理器的数据输出引脚，U4的引脚R1OUT连接微处理器的数据输入引脚；Q1的基极经过R9连接到U3的引脚T1IN，Q1的基极经过R11连接到Q1的发射极并接地，Q1的集电极经过R10接至电源正极，Q1的集电极接至JM6的第一选择端，U3的引脚T1OUT接至JM6的第二选择端；Q2的基极经过R12连接到U3的引脚T2IN，Q2的基极经过R13连接到Q2的发射极并接地，Q2的集电极经过R14接至电源正极，Q2的集电极接至JM7的第一选择端，U3的引脚T2OUT接至JM7的第二选择端。
一实施例之中：所述微处理器采用单片机ATMEGA64A。
一实施例之中：所述FRAM快速缓存的型号为FM25V20-PG，所述Flash数据存储模块的型号为W25Q128FVSIG。
一实施例之中：所述人机交互模块采用迪文科技的工业串口屏DMT32240S035_01WT。
一实施例之中：所述无线通信模块为GPRS无线数据传输模块。
一实施例之中：所述GPRS无线数据传输模块的型号为SIM900A。
上述用于保护装置的离线式存储打印单元的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，所述打印单元上电并从flash数据存储模块读取外部设置参数，完成初始化；
步骤2，所述打印单元的系统自检Flash数据存储单元和FRAM快速缓存是否正常工作，若不正常工作，则系统发出提示并返回步骤2重新检测，若正常工作，则执行下一步；
步骤3，所述打印单元的系统进入数据的收发波特率设置；
步骤4，所述打印单元的系统不断检测是否有与设置的收发波特率匹配的外部数据接入，若是，则通过串口读取外部数据并经FRAM快速缓存后存入Flash数据存储模块，再返回步骤2，若否，则执行下一步；
步骤5，所述打印单元的系统检测是否有接收到打印已存数据的请求，若是，则通过读取Flash数据存储模块中的数据后，由串口输出并返回步骤2，若否，则返回步骤4。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
利用离线式打印单元，通过其电平转换模块及串口可以自动获取保护装置的异动信息、故障波形等数据信息，并自动存储，打印单元可以通过电平转换模块及串口兼容针式打印机、喷墨打印机和激光打印机，具有广泛的适用性；该打印单元采用被动式方式，无缝接入各种保护装置，进而实现对故障报文等信息的读取，不会对保护装置的程序及逻辑带来影响，安全性能强，可靠性高。整个继电保护动作信息的读取、上报、备份均以电子文本的形式开展，使得有关部门人员能及时、准确地掌握故障情况，提高事故的处理水平，从而确保电网安全、稳定运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本实施例所述的打印单元的整理结构框图；
图2是本实施例所述的电平转换模块的电路结构；
图3是本实施例所述的微处理器Atmega64及复位电路图；
图4是本实施例所述的FRAM快速缓存与Flash数据存储模块的电路结构；
图5是本实施例所述的人机交互模块的电路结构；
图6是本实施例所述的GPRS无线数据传输模块的电路结构；
图7是本实施例所述的印单元的使用流程图。
具体实施方式
请查阅图1，用于保护装置的离线式存储打印单元，它包括一微处理器、连接该微处理器的供电模块、人机交互模块、无线通信模块、电平转换模块、FRAM快速缓存和Flash数据存储模块。
人机交互模块包括用于显示、命令的输入及参数的设置；
无线通信模块用于与外部设备进行远程数据交互；
电平转换模块用于RS232电平与TTL电平的双向转换，且该电平转换模块能通过连接串口与打印机设备或保护装置通信连接；
优选地，所述电平转换模块采用MAX3232EIDR的电平转换芯片，MAX3232EIDR芯片采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容，就能确保在120kbps速率下实现数据传输，同时保持RS-232输出电平，MAX3232EIDR具有二路接收器和二路驱动器，提供1uA关断模式，有效降低功效并延迟便携式产品的电池使用寿命，同时具备±15kVESD保护、低至10nA的电流。本实施例中，请查阅图1，所述电平转换模块包括两MAX3232EIDR的电平转换芯片U3和U4，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2、二选一跳线JM6和二选一跳线JM7，U3、U4的引脚16VCC与3.3V电源连接；3.3V电源经过电容C10a和C10b与大地连接；U3、U4的引脚2V+分别经过电容C9a和C9b与3.3V供电电源连接；U3、U4的引脚15GND均直接接地；引脚6V-分别经过C11a和C11b接地。所述串口采用DB25接口J3；J3的引脚2连接U4的引脚14T1OUT，J3的引脚3连接U4的引脚13R1IN，J3的引脚5连接JM7的公共端，J3的引脚20连接JM6的公共端；U4的引脚11T1IN连接微处理器的数据输出引脚，本实施例中，该微处理器的数据输出引脚为微处理器U1(单片机ATMEGA64A)的引脚3PE1(TXD0/PDO)，U4的引脚R1OUT连接微处理器的数据输入引脚,本实施例中，该微处理器的数据输入引脚为微处理器U1(单片机ATMEGA64A)的引脚2PE0RXD0/(PDI)；Q1的基极经过R9连接到U3的引脚11T1IN，Q1的基极经过R11连接到Q1的发射极并接地，Q1的集电极经过R10接至电源正极，Q1的集电极接至JM6的第一选择端，U3的引脚14T1OUT接至JM6的第二选择端；Q2的基极经过R12连接到U3的引脚10T2IN，Q2的基极经过R13连接到Q2的发射极并接地，Q2的集电极经过R14接至电源正极，Q2的集电极接至JM7的第一选择端，U3的引脚7T2OUT接至JM7的第二选择端。利用Q1或Q2输出单极性电平；利用MAX3232EIDR输出双极性电平。通过JM6可以选择信号DB25-20是单极性或者双极性输出；通过JM7可以选择信号DB25-5是单极性或者双极性输出，最大限度的提升DB25接口的适用性。
本实施例中，请查阅图2，所述微处理器采用单片机ATMEGA64A。ATmega64是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega64的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,具有高性价比。ATMEGA64A的工作电压为2.7-5.5V，在1MHz、3.3V的条件下，正常工作电流为200uA左右，空闲工作电流为0.35mA。U1为AVR单片机处理器，型号为：ATmega64A，U1的54、55、56、57引脚分别通过10K的上拉电阻PRI与P1的9、3、5、1引脚相连；P1为JTAG调试接口，P1的6引脚接U1的复位引脚20，2、10引脚直接接数字地DGND，7引脚接3.3V供电电源；U1的21、52引脚直接接3.3V供电电源，并经过电容C1和C2实现去耦，64引脚接模拟电源3.3V，22、53、63引脚直接接地；U1的62引脚经过C3a和C3b接地；23引脚和23引脚为晶振引脚，晶振采用7.3728MHz，保证在19200bps下串口传输零误码率，Y1的1和2引脚经过电容C5和C6接入数字地；U1的20引脚一端经过R15上拉至3.3V电源，另一端经过开关SW1接地。
本实施例中，请查阅图3，所述FRAM快速缓存的型号为FM25V20-PG，所述Flash数据存储模块的型号为W25Q128FVSIG。铁电存储器(FRAM，ferroelectric RAM)是一种随机存取存储器，不同于常规的RAM，FRAM在电源关掉后仍能保留数据。此外，FRAM能在非常低的电能需求下快速地存储，可以大大提高数据缓存能力，配合上Flash存储器，可以有效解决由于串口进行大数据传输时，单片机内部缓存不足造成数据丢失的问题。U6为铁电存储器，型号为FM25V20-PG；U6的引脚8直接连接到3.3V供电电源，引脚7经过10k电阻连接至3.3V供电电源；U6的引脚3经过R5在连接至JM3的公共端，JM3的两端分别连接到3.3V供电电源和数字地DGND；U6的引脚4直接接地；U6的引脚1、2、5、6分别链接到U1的14、15、13、16，实现ATmega64A对FM25V20-PG快速缓存的控制。U5为Flash永久性存储器，型号为W25Q128FVSIG；U5的引脚8直接连接到3.3V供电电源，引脚5经过10k电阻连接至3.3V供电电源；U5的引脚3经过R6在连接至JM5的公共端，JM5的两端分别连接到3.3V供电电源和数字地DGND；U5的引脚4直接接地；U5的引脚1、2、5、6分别链接到U1的9、10、11、12，实现ATmega64A对W25Q128FVSIG永久数据存储的控制。
本实施例中，请查阅图4，所述人机交互模块采用迪文科技的工业串口屏DMT32240S035_01WT。该屏幕分辨率可达320×240像素，具备16位的调色板5R6G5B，支持4线电阻式触摸屏，并且自带GB2312一二级字库，在-30～80摄氏度下仍能正常工作。仅用一个DIN引脚即可实现显示，一个DOUT引脚即可读取触摸信息。迪文HMI有一个24帧的通信帧缓冲区，通信帧缓冲区为FIFO(先进先出存储器)结构，只要通信缓冲区不溢出，用户可以连续传送数据给HMI。通过检测BUSY引脚状态可以确定FIFO缓冲区的状态，只要FIFO剩下一个帧缓冲区BUSY引脚变成低电平。串口屏采用帧格式收发数据，由帧头、指令、数据、校验和帧结束符构成。修改(读取)指令和数据可以显示信息(收到触摸信息)。U7为人机交互DMT32240S035_01WT串口屏；U7的引脚7、8直接接地；U7的引脚1、2与3.3V电源连接；U7的引脚4与U1的引脚51连接；U7的引脚5、6与U1的引脚50连接；U7的引脚3与U1的引脚49连接；
本实施例中，请查阅图5，所述无线通信模块为GPRS无线数据传输模块，所述GPRS无线数据传输模块的型号为SIM900A。SIM900A是一个2频的GSM/GPRS模块，工作的频段为：EGSM900MHz和DCS1800MHz。模块工作电压为3.4V–4.5V，可自动搜寻两个频段EGSM900和DCS1800，也可以通过AT命令来设置频段。GPRS数据下行传输最大可达85.6kbps，是上行速率的两倍，内嵌TCP/IP协议，支持分组广播控制通道与非结构化补充数据业务。提供异步串行通信接口，支持标准AT指令集。提供3种工作模式：正常工作模式、掉电模式、最小功能模式。最小供电模式下，模块的RF部分或者SIM卡部分不工作，或者RF部分和SIM卡部分都不工作，但串口仍可以使用，此时功耗非常低。SIM900A模块的发射功率在EGSM900频段下为2W，在DCS1800频段减少到1W，在SLEEP模式下的耗流仅为1.0mA。U2为GPRS无线数据远动传输芯片SIM900A；U2的引脚55、56、57经过R10电阻连接至3.3V共带你电源；U3的引脚45连接至数字地，并在3.3V和GND间并入100uF和0.1uF的电容；所有名为GND的引脚都接地；J2是SIM卡的卡托，使用到的引脚有引脚1、2、3、5、6、7；其中J2的供电引脚1由U2的20引脚提供，引脚5直接接地；J2的引脚2、3、7分别连接U2的引脚33、32、7；J2的引脚7经过0.1uF的电容C9实现滤波；U2的串口发送引脚连接到U1的串口接收引脚27；U2的串口接收引脚连接到U1的串口发送引脚28。
请查阅图6，上述用于保护装置的离线式存储打印单元的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，所述打印单元上电并从flash数据存储模块读取外部设置参数(可通过人机交互模块设置参数)，完成初始化；
步骤2，所述打印单元的系统自检Flash数据存储单元和FRAM快速缓存是否正常工作，若不正常工作，则系统发出提示并返回步骤2重新检测，若正常工作，则执行下一步；
步骤3，所述打印单元的系统进入数据的收发波特率设置；
步骤4，所述打印单元的系统不断检测是否有与设置的收发波特率匹配的外部数据接入(即等待保护单元向打印单元发送数据)，若是，则通过串口读取外部数据并经FRAM快速缓存后存入Flash数据存储模块，再返回步骤2，若否，则执行下一步；
步骤5，所述打印单元的系统检测是否有接收到打印已存数据的请求(该请求可通过人机交互模块发出)，若是，则通过读取Flash数据存储模块中的数据后，由串口输出并返回步骤2，若否，则返回步骤4。
在继电保护装置调试维护工程中，为了快速获取继电保护装置打印的试验结果、装置参数、录波波形、定值单等信息，同时解决配置大量打印机的问题，避免一间隔或一个重要的继电保护装置配置一台打印机，造成打印机大量冗余；以及避免由于打印机数量增多造成的维护成本增大，人力、财力耗费增多等问题。每个变电站配置一定数量的保护装置离线式存储打印单元，可以实现继电保护装置的试验结果、装置参数、录波波形、定值单等信息的快速存储、转发、备份与还原(还原即通过打印单元连接打印机将打印单元中的内容通过纸质打印出来)，实现离线式存储打印，使得有关部门人员能及时、准确地掌握故障情况，提高事故的处理水平，从而确保电网安全、稳定运行。
本发明结构简单，操作使用方便。本发明RS232-TTL电平转换模块自动匹配波特率以适应不同的保护装置打印接口，自动获取来自保护装置的打印信息，同时协调铁电存储器与Flash存储，快速存储验结果、装置参数、录波波形、定值单等信息。液晶显示屏可以显示当前数据传输结果，如果需要可以通过GPRS第一时间将数据传送至远方服务器，方便检修人员查看信息；利用DB25串口与打印机相连接，可以实现数据的打印，便于不同现场的应用。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：包括一微处理器、连接该微处理器的供电模块、人机交互模块、无线通信模块、电平转换模块、FRAM快速缓存和Flash数据存储模块；
人机交互模块包括用于显示、命令的输入及参数的设置；
无线通信模块用于与外部设备进行远程数据交互；
电平转换模块用于RS232电平与TTL电平的双向转换，且该电平转换模块能通过连接串口与打印机设备或保护装置通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述电平转换模块采用MAX3232EIDR的电平转换芯片。
3.根据权利要求2所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述电平转换模块包括两MAX3232EIDR的电平转换芯片U3和U4，第一NPN三极管Q1、第二NPN三极管Q2、二选一跳线JM6和二选一跳线JM7，所述串口采用DB25接口J3；
J3的引脚2连接U4的引脚T1OUT，J3的引脚3连接U4的引脚R1IN，J3的引脚5连接JM7的公共端，J3的引脚20连接JM6的公共端；U4的引脚T1IN连接微处理器的数据输出引脚，U4的引脚R1OUT连接微处理器的数据输入引脚；Q1的基极经过R9连接到U3的引脚T1IN，Q1的基极经过R11连接到Q1的发射极并接地，Q1的集电极经过R10接至电源正极，Q1的集电极接至JM6的第一选择端，U3的引脚T1OUT接至JM6的第二选择端；Q2的基极经过R12连接到U3的引脚T2IN，Q2的基极经过R13连接到Q2的发射极并接地，Q2的集电极经过R14接至电源正极，Q2的集电极接至JM7的第一选择端，U3的引脚T2OUT接至JM7的第二选择端。
4.根据权利要求1或3所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述微处理器采用单片机ATMEGA64A。
5.根据权利要求4所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述FRAM快速缓存的型号为FM25V20-PG，所述Flash数据存储模块的型号为W25Q128FVSIG。
6.根据权利要求5所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述人机交互模块采用迪文科技的工业串口屏DMT32240S035_01WT。
7.根据权利要求6所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS无线数据传输模块。
8.根据权利要求7所述的用于保护装置的离线式存储打印单元，其特征在于：所述GPRS无线数据传输模块的型号为SIM900A。
9.如权利要求1所述的用于保护装置的离线式存储打印单元的使用方法，包括如下步骤：
步骤1，所述打印单元上电并从flash数据存储模块读取外部设置参数，完成初始化；
步骤2，所述打印单元的系统自检Flash数据存储单元和FRAM快速缓存是否正常工作，若不正常工作，则系统发出提示并返回步骤2重新检测，若正常工作，则执行下一步；
步骤3，所述打印单元的系统进入数据的收发波特率设置；
步骤4，所述打印单元的系统不断检测是否有与设置的收发波特率匹配的外部数据接入，若是，则通过串口读取外部数据并经FRAM快速缓存后存入Flash数据存储模块，再返回步骤2，若否，则执行下一步；
步骤5，所述打印单元的系统检测是否有接收到打印已存数据的请求，若是，则通过读取Flash数据存储模块中的数据后，由串口输出并返回步骤2，若否，则返回步骤4。
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