CN112398222A - 一种台区智能融合终端交流采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种台区智能融合终端交流采集系统，包括交流采集板电路、主控板电路、交流采集板调试模块及调试软件系统；所述交流采集板电路连接交流采集板调试模块，所述交流采集板调试模块连接主控计算机，所述主控计算机设有调试软件系统；所述交流采集板电路用于实现10kV配电变压器低压侧电压、电流信号的采集，并计算出达到融合终端精度要求的电压、电流及功率的信号。本发明运行中实时监测超级电容的充电电流和电压，有利于监控交采板的工作状态，计时发现故障隐患，提高交采板的工作可靠性。

Description

一种台区智能融合终端交流采集系统
技术领域
本发明涉及配电变压器信号采集，具体涉及一种台区智能融合终端交流采集系统。
背景技术
目前，台区智能融合终端是配变终端和集中器的结合体，解决二者数据不共享、功能重复、增加运维量等问题。终端由电源模块、交流采集模块、控制模块、加密模块,通讯模块等构成，实现对配电台区计量总表监测、剩余电流动作保护器监测、状态监测、远程抄表、用电信息异常报警、负荷管理等多种功能。
现有的台区智能融合终端交流采集系统存在的问题：
（1）交采板没有超级电容充电电压电流测量功能，不能适时检测超级电容的工作状态，给运行的安全稳定带来隐患；
（2）没有交采板调试模块，只能将智能台区终端的交采板与主控板接好以后进行整体调试，增加了调试拆装的工作量，降低了调试效率，不便于及早发现交采板的问题；
（3）没有专门调试交采板的调试软件，不便于针对性的查找和发现交采板的缺陷和问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供一种台区智能融合终端交流采集系统。
本发明采用的技术方案是：一种台区智能融合终端交流采集系统，包括交流采集板电路、主控板电路、交流采集板调试模块及调试软件系统；所述交流采集板电路连接交流采集板调试模块，所述交流采集板调试模块连接主控计算机，所述主控计算机设有调试软件系统；
所述交流采集板电路用于实现10kV配电变压器低压侧电压、电流信号的采集，并计算出达到融合终端精度要求的电压、电流及功率的信号；接收主控板的控制信号，并给主控板上送测量数据；
所述交流采集板调试模块用于交流数据采集板的调试；
所述调试软件系统用于对台区智能融合终端的交流采集板进行调试。
进一步地，所述交流采集板电路包括：
电压采集电路，用于交流采集板进行电压测量；
电流采集电路，用于交流采集板进行电流测量；
交流采集板控制电路，用于控制交流采集板的整个工作和通信过程；
交流采集板与主控板的接口电路，用于交流采集板与主控板的连接接口；
电源电路，用于交流采集板提供电源；
I2C总线电路，用于交流采集板与主控板进行数据通信。
更进一步地，所述电压采集电路包括电压互感器PT1，电感L11、L12，电阻R44、R38、R37、R43，电容C21、C26，双二极管D13、D14；
所述电压互感器PT1的输出两端分别连接电感L12的一端、电感L11的一端，电阻R38和R37串联后，一端分别连接电感L12的另一端和电阻R44的一端，另一端分别连接电感L11的另一端和电阻R43的一端；
所述电容C21和C26串联后，一端分别连接电阻R44的另一端、双二极管D14的正极、双二极管D14的负极，另一端分别连接电阻R43的另一端、双二极管D13的正极、双二极管D13的负极；
所述电阻R38和R37之间连接地，所述电容C21和C26之间连接地。
更进一步地，所述电流采集电路包括电流互感器CT1，电感L3、L4，电阻R30、R22、R21、R29，电容C12、C16，双二极管D5、D6；
所述电流互感器CT1的输出两端分别连接电感L4的一端、电感L3的一端，电阻R22和R21串联后，一端分别连接电感L4的另一端和电阻R30的一端，另一端分别连接电感L3的另一端和电阻R29的一端；
所述电容C12和C16串联后，一端分别连接电阻R30的另一端、双二极管D6的正极、双二极管D6的负极，另一端分别连接电阻R29的另一端、双二极管D5的正极、双二极管D5的负极；
所述电阻R22和R21之间连接地，所述电容C12和C16之间连接地。
更进一步地，所述交流采集板与主控板的接口电路包括12V电源接口、3.3V电源接口、SPI通信接口、I2C接口、遥信量输入接口。
更进一步地，所述电源电路包括220V三相交流电源输入，12V直流输出的标准电源模块；还包括超级电容模块；
所述标准电源模块用于台区智能融合终端供电，以及用于超级电容模块充电；
所述超级电容充电模块用于220V电源断电时，通过升压输出电路释放出存储的电能，能够继续对台区智能融合终端供电；
所述超级电容模块包括二极管D3，电阻R2、R3、R7、R19、R59、R60、R61、R62、R99，电容C1，超级电容模组E3；
所述二极管D3正极连接12V电源，另一端连接开关P1；三个电阻R2、R3、R7并联后一端连接开关P1，另一端分别连接超级电容模组E3的正极、电阻R19；电阻R61和电容C1串联后与电阻R62、电阻R99、二极管D19并联；
所述电阻R61一端连接电源VV，另一端分别连接电阻R59和电容C1；所述电阻R60一端连接电阻R19，另一端分别连接电容C1、电阻R99、电阻R62、二极管D19的正极，并接地；
所述二极管D3用于当主电源断电时，防止电容电压反向放电；
所述开关P1用于接通或断开超级电容充电模块；
所述电阻R2、R3、R7均为75Ω/3W的功率电阻，三电阻并联后串在充电回路中，用于限制充电电流；
电阻R62和R99并联，接在超级电容负端对地之间，用于防止过大的充放电电流，保护超级电容，以及用于辅助实现充电电流的测量。
更进一步地，所述I2C总线电路包括I2C芯片PCA9555及其外围电路。
更进一步地，所述交流采集板控制电路主要包括主控芯片U4A、U4B，看门狗芯片UV1，EEPROM存储芯片U5、通信接口USART1；主控芯片分别连接看门狗芯片UV1，EEPROM存储芯片U5、通信接口USART1。
更进一步地，所述交流采集板调试模块包括核心板U1，模拟主控板TO_JCB，电源V1，I2C总线上拉电阻R11、R12，PI接口上拉电阻R25、R26、R27、R28；所述核心板U1分别连接模拟主控板TO_JCB，I2C总线上拉电阻R11、R12，PI接口上拉电阻R25、R26、R27、R28；所述电源V1分别连接3.3V电源和模拟主控板TO_JCB。
更进一步地，所述调试软件系统包括：
交流采集板接口模块，用于通过交流采集板的调试串口连接交流采集板，选择端口号、波特率，打开串口；或通过SPI接口连接交流采集板；
第一读取实时数据模块，用于读取交流采集板当前测量的电压、电流、功率、频率、谐波的数据，并将当前测量数据形成测试报告，并按照测试要求的格式进行存储；
第二读取实时数据模块，用于读取交流采集板的电能脉冲数据、交流采集板的超级电容的充电电流和充电电压、交流采集板的版本号；
读取开关量数据模块，用于读取交流采集板返回的开关量数据；
交采板校准模块，用于启动交流采集板校准，输入校准模式及相应的需要校准的电压电流数值；
读取校准参数模块，用于发送读取参数命令，读出校准参数；
写入校准参数模块，用于将当前校准的最新参数写入交流采集板的存储器；
校准基础偏移量模块，用于在断开外接电流及电压的情况下，实现电压、电流及温度的偏移量的校准；
传输升级文件模块，用于传输需要升级的HEX文件；
重启交流采集板模块，用于交流采集板的重启；
检测通信数据模块，用于监控交流采集板与主控板间通过SPI串行通信的数据；
数值转换计算模块，用于将十六进制浮点数换算为十进制数。
由于采用了本发明的技术方案后，本发明的优点如下：
（1）本发明的运行中实时监测超级电容的充电电流和电压，有利于监控交采板的工作状态，计时发现故障隐患，提高交采板的工作可靠性；
（2）本发明设置了一个交采板调试模块，专门调试交采板的功能，减小了调试工作量，提高了调试效率；
（3）本发明设置了一个PC端交采板调试软件，可以深入细致的调试交采板的功能和性能，对交采板功能和性能可以更加深入和全面的进行分析。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照说明书附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的智能融合终端交采板及调试系统框图；
图2是本发明的交流采集板A相电压采集电路原理图；
图3是本发明的交流电流采集电路；
图4是本发明的交流采集板与主控板的接口原理图；
图5是本发明的超级电容充电及检测电路原理图；
图5A是本发明的超级电容升压输出电路原理图；
图6是本发明的I2C总线电路原理图；
图7是本发明的系统板原理图；
图8是本发明的交流采集板功能调试模块电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图8，一种台区智能融合终端交流采集系统，包括交流采集板电路、主控板电路、交流采集板调试模块及调试软件系统；所述交流采集板电路连接交流采集板调试模块，所述交流采集板调试模块连接主控计算机，所述主控计算机设有调试软件系统；
所述交流采集板电路用于实现10kV配电变压器低压侧电压、电流信号的采集，并计算出达到融合终端精度要求的电压、电流及功率的信号；接收主控板的控制信号，并给主控板上送测量数据；
所述交流采集板调试模块用于交流数据采集板的调试；
所述调试软件系统用于对台区智能融合终端的交流采集板进行调试。
本发明的运行中实时监测超级电容的充电电流和电压，有利于监控交采板的工作状态，计时发现故障隐患，提高交采板的工作可靠性。
发明设置本了一个交采板调试模块，专门调试交采板的功能，减小了调试工作量，提高了调试效率。
发明设置了一个PC端交采板调试软件，可以深入细致的调试交采板的功能和性能，对交采板功能和性能可以更加深入和全面的而分析。
交采板是“台区智能融合终端”的重要组成部分，主要功能是实现10kV配电变压器低压侧电压、电流信号的采集，并计算出达到融合终端精度要求的电压、电流、功率等信号的一块交流信号采集功能板；还需要配合主控板完成开关量的采集功能，以及给整个融合终端提供电源的功能。
本发明在设计交采板时，为了实现交采板功能的调试校验，还需要设计交采板调试软件及相应的调试模块。
主要功能模块设计如下：
（1）电压、电流的采集及功率计算模块；
（2）电源模及储能块；
（3）主单片机模块；
（4）I2C总线功能扩展模块；
（5）交采板调试功能模块及调试软硬件系统。
交采板的主控单片机采用给予ARM内核的STM32F103RBT6单片机，该单片机内部资源丰富，其运算速度快，能够保证继电保护对运算速度的要求；为了实现电压、电流及电能的测量，交采板采用专用计量芯片ATT7022E，该芯片能够实现7路电压、电流信号的同步采样，能够实时计算电能功率等数据，满足台区智能终端对计量精度的要求；为了存储配置参数等信息，板子上设计了存储芯片AT24C256，该芯片具有32k存储容量，除了保存配置参数外，还可以记录故障信息。
在电源模块方面，台区智能融合终端采用交流220V供电，在交采板上设计了三相交流电源模块，能够将三相220V交流电转换为电路板工作需要的12V直流电源；台区智能融合终端要求断电后仍然能够继续全速工作3分钟，上传断电前后一段时间的测量数据，因此，在交采板上设计了超级电容模块；在正常工作情况下，超级电容模块被充电；在断电情况下，超级电容释放电能，通过升压回路输出12V直流电，供台区智能融合终端全速运行3分钟以上的时间，超级电容采用的是12V/30F的超级电容模组。
台区智能融合终端的交采板与主控板之间通过SPI接口实现通信，为了调试交采板的SPI通信功能，需要设计一个“SPI调试模块”，能够模拟主控板读取交采板的数据，控制交采板的工作，实现对交采板的板级功能测试；另外，还需要设计一个PC端调试软件，实现对交采板的参数配置及测量数据的直观查看功能。PC端调试软件与SPI调试模块之间通过串口通信，实现数据的收发控制；交采板还设计了串行通信接口，能够通过串口模块与PC端调试软件通信，实现交采板工作状态的直观显示和参数配置。
电压采集电路：
本装置电压电流采集部分是通过专用计量芯片ATT7022E来实现的，该芯片内部集成了7路19位AD，要求采用双端差分信号输入，最大允许正弦电压信号有效值是0.5V，因此各输入端电压绝对值不能超过0.7V，推荐电压回路在额定输入情况下的电压为0.22V左右。因此，本装置电压采集回路采用的是差分输入的形式，采用电流型电压互感器实现电压变换，将大电压变为测量系统的小电压，采用对称的电阻将电流信号转换为电压信号，采用双向二极管实现限幅功能，将输入到计量芯片的电压限制在有效值0.5V以下；为了减小高频干扰，在电压采集回路中增加了电感滤波和阻容滤波电路。
电压回路测量电压为220V交流电，通过180kΩ电阻将大电压信号变换为小电流信号，通过电流型电压互感器PT1实现高低压侧的电气隔离，互感器PT1的变比为1/1，额定电流为2mA，低压侧通过两个82Ω高精密电阻将电流信号变换为电压信号；L11、L12是两个磁珠，可以阻止一部分高频干扰信号传输到AD输入端；R43、R44、C26、C21构成RC低通滤波电路，进一步滤除高频干扰信号，这些滤波电路具有防止频率混叠，从而提高测量精度。
电压采集电路的参数计算说明如下：
（1）输入限流电阻R16
隔离变压器PT1额定电流是2mA，因此，输入电压220V情况下，输入电流不能超过2mA，本设计中选取的电阻为180k/3W的高精度金属膜电阻，额定电压下电流为：
Figure 884688DEST_PATH_IMAGE001
该电流满足PT1工作电流的要求，且具有1.6倍的可靠性倍数。
该电阻在额定电压下的功耗为：
Figure 657472DEST_PATH_IMAGE002
选用电阻的允许最大功耗为3W，有比较大的余量，这有利于该电阻工作在比较低的温度下，对提高测量精度有利。
（2）取样电阻R37、R38
ATT7022E芯片需要双端差分输入信号，因此，取样电阻用了两个82Ω电阻，两电阻中间接地，这样两个输入端电压时对称的，外加额定电压时，取样电压为：
Figure 463754DEST_PATH_IMAGE003
该值接近于手册中推荐的0.22V，ATT7022E最大允许输入电压有效值为0.5V，因此，电压测量回路能够测量的最大电压为：
Figure 389116DEST_PATH_IMAGE004
电压测量范围能够满足台区智能融合终端测量电压的要求。
（3）滤波电路时间常数
台区智能融合终端要求能够测量20次谐波，对应的交流电周期为1ms，而本电路中，滤波电路的时间常数为：
Figure 52178DEST_PATH_IMAGE005
因此，该滤波电路不会对20次谐波造成很大衰减，满足测量要求。电流采集电路：
ATT7022E有4差分路电流测量输入端，最大允许输入电压同样是0.5V，台区智能融合终端输入额定电流是5A，要求最大测量电流为额定电流的10倍，因此，电流测量回路要求在输入电流50A的情况下，输入到测量芯片的电压不超过0.5V。
交采板电流测量回路通过5A/2.5mA电流互感器实现高低压侧的电气隔离，滤波及限幅回路与电压回路相同，在输入为额定电流5A时，输入到测量芯片的电压为：
Figure 312258DEST_PATH_IMAGE006
接近于推荐的0.05V，输入10倍额定电流时，电流回路输入到测量芯片的电压为0.41V，不超过最大允许电压；因此，该电流测量回路满足10倍额定电流测量的要求。
交采板与主控板的接口：
交采板与主控板是通过一个30针的MOLEX接口实现连接通信的，主控板定义了该接口的各个管脚功能，作为从机的交采板要按照主控板的定义设计各个接口的结构及功能。
该接口共有30个管脚，各个接口的设计说明如下：
（1）12V电源接口
交采板要通过1、3、5管脚为主板提供12V直流电源，图4中的+12V是交采板源的12V输出，该输入与最终的输出+12Vout之间有一个单相二极管D2；当主电源失电时，+12Vout点可以通过升压电路获得超级电容存储的电能，从而保证在主电源失电后整个装置能够继续工作3分钟。
主控板通过7管脚判断交采板电源是否失电，正常情况下，交采板12V电源通过R1为Q1基极提供电流，Q1导通7管脚为低电平；当交采板12V电源失电的情况下，Q1截止，7管脚在主控板的内部上拉电路作用下变为高电平，这样，主控板就可以得知交采板主电源失电，从而做出必要的反映。
（2）3.3V电源接口
主控板通过2、4管脚为交采板送来3.3V电源，同时，为了实现对交采板电源断电复位的功能，在主控板送来电源（3.3Vin）与交采板3.3V电源（+3.3V）之间接了一个场效应开关管Q0（AO3401）；主控板通过21管脚控制交采板3.3V电源的通断，当21管脚输出高电平时，Q4导通，从而Q0的控制端背拉为低电平，Q0导通，因此交采板3.3V电源接通，反之，当21脚输出低电平时，交采板3.3V电源切断。
（3）SPI通信接口
主控板通过SPI接口实现与交采板通信，实现对交采板工作控制和读取采集数据的功能；SPI通信用的接口是12、14、16和18等4个管脚；在交采板上，这4个管脚接到单片机的SPI接口，并且将单片机的这个SPI接口设置为从机模式，通信波特率为100kB/s，为了保证通信的稳定，在这4个管脚加了4个10kΩ上拉电阻。
（4）I2C接口
按照主控板的设计要求，MOLEX接口的20和22管脚分别是I2C接口的脉冲（SCL）管脚和数据（SDA）管脚；因此，在交采板上需要设计一个I2C接口芯片（PCA9555）,交采板的I2C地址是为“0100010”。
（5）遥信量输入接口
MOLEX接口的25、26、27、28四个管脚是4个遥信量接口，其电平反映的是主控板上4个输入遥信量的状态，这4个管脚分解接到了交采板单片机的4个I/O口，单片机通过检测这四个接口的电平就能够实时获得遥信量的变化，从而做出及时的反映。
（6）其他接口
MOLEX的11和13管脚分别是有功电能和电能脉冲输出接口，连接的是电能测量芯片的有功电能个输出管脚和无功电能脉冲输出管脚；在主控板上，这两个管脚接到了面板的显示灯，通过显示灯的闪烁可以判断当前的有功功率和无功功率的大小。
电源及储能模块：
交采板的主电源模块是一个220V三相交流电源输入，12V直流输出的标准电源模块，电源功率要求额定输出电流2A，交流电源电压范围165V至850V；在220V电源有电的情况下，电源模块为整个台区智能融合终端提供电能，同时，电源模块还要为交采板上的超级电容模块充电；220V电源断电的时，超级电容通过升压输出电路释放出存储的电能，能够继续位置台区智能融合终端运行3分钟以上，保证融合终端将电源断电前后的数据信息送往主站；在交采板上，设计了超级电容储能电路及升压输出电路；为满足断电工作3分钟以上的要求，超级电容选的是30F/12V的电容模组。
图5中E3是超级电容模组，左侧+12V是主电源的输出端，二极管D3的作用是：当主电源断电时，防止电容电压反相放电；P1是一个开关，用于接通或断开超级电容充电模块；R2、R3、R7均为75Ω/3W功率电阻，三电阻并联串在充电回路中，用于限制充电电流；两个1W的电阻R62和R99并联，接在超级电容负端对地之间，其作用有两个：一个是防止过大的充放电电流，保护超级电容，另一个作用辅助实现充电电流的测量，图5中VV接的是+3.3V电源，DRJC_I接到了单片机的AD管脚，单片机通过检测该管脚电压可以计算出充电电流，充电电流的计算公式为：
Figure 125493DEST_PATH_IMAGE007
D19的作用是防止超级电容放电时，加到单片机AD管脚过大的负电压，保护单片机不被损坏。
右边R19和R60构成的分压电路用来辅助测量超级电容电压，DRJC_V接到单片机的AD管脚，超级电容电压计算公式为：
Figure 200634DEST_PATH_IMAGE008
当主电源断电时，为了保证主控板的可靠运行，需要给主控板提供稳定的12V电源，而超级电容放电过程中电压会下降，因此作为备用电源的超级电容需要通过一个升压电路才能给主控板供电。
图5A中，XL6008是一个DC/DC升压芯片,该芯片FB的基准电压为1.25V，图5A中的输出电压数值为：
Figure 769019DEST_PATH_IMAGE009
输出端电容C20的作用是对输出电压滤波，输入端因为接的是超级电容，因此没有必要加滤波电容；左边的Q2部分的作用是在主电源有电时，关闭升压芯片，从而节约功耗，其实现原理为：当主电源有电时，电源电压+12V通过R56给Q2基极供电，Q2导通，XL6008的EN管脚拉低，从而关闭该芯片的震荡输出；当主电源失电时，Q2关闭，R54左边通过充电限流电阻接到了超级电容正极，因此，XL6008的EN管脚在R54的作用下被拉到了高电平，升压芯片启动，实现升压输出。
I2C总线电路
台区智能融合终端的MOLEX接口中，规定20、22接口是I2C接口，要求交采板能够响应主控板的I2C请求和控制；交采板I2C接口地址是“0100010”；按照这个要求，在交采板上设计了硬件I2C芯片PCA9555，该芯片在I2C总线上的地址由A0、A1、A2等三个管脚的配置决定，可以实现串并转换的功能，将I2C总线送来的串行数据在两个I/O口IO0、IO1并行输出，也可以读取这两个并行I/O口的数据通过I2C总线上传给主控板。
PCA9555共24个管脚，L33和C34构成电源部分的滤波电路，有利于该芯片的工作稳定；A0、A2两个个管脚分别通过1个1kΩ电阻接到了低电平，A1通过10k电阻R57接到了高电平，这确定了其地址低3位为010，在加上其高4位固定地址0100，使该芯片的I2C地址为“0100010”；各个IO口功能及默认值说明如下：
表1.I2C总线芯片I0口说明
IO口 功能 默认值
IO0_0~IO0_3 公司代码 0000
I00_4~IO0_6 与主控板通信接口 000，表示SPI接口
IO0_7 读取ATT7022E复位管脚状态，拉低复位管脚实现ATT7022E硬复位 接ATT7022E复位管脚
IO1_0 状态设置管脚 1
IO1_1~IO1_5 交采板硬件版本号 00000
IO1_6~I01_7 辅助状态判断 接到MOLEX的预留接口6、8
主控单片机部分：
交采板的单片机采用的是STM32F103RBT6，通过该单片机实现电能测量芯片的控制、数据的计算处理、与主控板通信等功能。
SPI1接口连接MOLEX接口，该接口工作在从机方式与主控板通信；SPI2接口连接电能测量芯片ATT7022E，该接口工作在主机方式，实现对电能测量芯片的控制和测量数据读取。
AT24C256是一个容量256k的EEPROM存储芯片，用于存储电能测量芯片配置参数及其他需要断电保存的信息；STWD100是一个看门狗芯片，该芯片的作用是在单片机受干扰运行失控的情况下可靠复位单片机，提高系统的运行可靠性；USART1接口是交采板与交采板调试软件的通信接口，实现交采板的参数配置及功能调试的功能。
交采板功能调试模块：
交采板功能调试模块是一个单独的电路板模块，该模块通过MOLEX接口连接交采板，可以与交采板通过SPI接口通信；同时，交采板功能调试模块还有一个串口，可以通过串口线与PC端调试软件通信；可以通过PC端调试软件对交采板功能进行调试和配置。交采板功能调试模块是以STM32F103C8T6核心板为基础开发的，设计了与交采板连接的MOLEX接口。
图8中，U1是STM32F103C8T6核心板，B12、B13、B14、B15是SPI2接口与交采板实现SPI通信，用于调试交采板的SPI通信控制功能；B6、B7构成I2C接口，用来测试交采板的I2C通信功能；A15、A12、A11、A8模拟输出开关量，测试交采板的遥信检测功能；B4输出一个秒脉冲，模拟主控板的基准时钟；B3工作在输出状态，控制交采板3.3V电源的通断。
TO_JCB接口是连接交采板的MOLEX接口，调试板从这个接口接收12V电源，通过V1转换为3.3V电源输出。电阻R11和R12是I2C总线的上拉电阻，R25、R26、R27、R28是SPI接口的上拉电阻。
A9、A10工作在串口方式，通过UART1接口与PC端调试软件通信，实现用PC机控制整个调试过程；发光二极管CF1和CF2直接显示交采板送来的电能脉冲信号。
交采板的板级功能调试有两个方法：
（1）PC机通过串口连接交采板功能调试模块，交采板功能调试模块通过MOLEX接口与交采板连接。
（2）PC机同构串口直接连接交采板的调试串口。
调试交采板的PC机需要安装“TTU调试软件”，该调试软件通过PC机的串口发送调试命令，并接收交采板发来的数据；在第一种调试模式下，PC及发送调试命令给交采板功能调试模块，交采板功能调试模块通过MOLEX接口控制交采板工作，并接收交采板通过MOLEX接口发送来的数据，交采板再将收到的数据发送给PC机，这种方式虽然复杂一些，但是，该方法测试了交采板的MOLEX接口功能，因此测试功能更全面。
安装于PC机的调试软件是用VisualBasic语言编写的视窗界面程序，运行在Windows环境下。
上述该软件功能如下：
1、与交采板的连接
可以通过交采板的调试串口（USART1）连接交采板，也可以通过中间调试板接交采板SPI接口。
选择端口号，波特率（115200），打开串口。
2、读取实时数据1
“命令类型”选择“04-读取实时数据1”，点击“显示SPI数据监控”，显示出监控窗口。
点击“发送命令”，则读取交采板实时数据1。收到交采板的实时
数据后，数据框背景变为亮绿色。
在该界面中，显示了了交采板当前测量的电压、电流、功率、频率、谐波等数据；通过这些数据可以查看交采板的基本性能；如果显示数据准确度不够，则需要进行交采板校准；右侧部分“测试报告”的功能是将当前的测量数据形成测试报告，并按照测试要求的格式存储起来。
3、读取实时数据2
“命令类型”选择“05-读取实时数据2”，界面将显示实时数据2对应项
目，操作方法同实时数据1。
该界面主要显示交采板的电能脉冲数据；除了电能数据外，我们的交采板还显示了超级电容的充电电流和充电电压，该功能用于判断超级电容充电的好坏；还显示的交采板的软件版本号，方便用户查看交采板软件版本是否正确。
4、读取开关量数据
“命令类型”选择“06-读取开关量”，操作同上。
交采板返回的开关量变化信息就会显示在“读出的遥信事件”框中。
5、交采板校准
“命令类型”选择“07-启动交采板校准”，输入校准模式及相应电压电流数值，发送命令。
点击启动交采板校准后，软件接收交采板校准状态信息，并自动将“命令类型”转变为“08-读取校准参数”；如果“启动校表状态”框中显示的不是0000，则说明本次交表失败，可能是所加的电压或电流不符合校表要求，一般是缺相会出现这种提示。
6、读取校准参数
“命令类型”选择“08-读校准参数”，发送命令，读出校准参数。
7、写入校准参数
“命令类型”选择“15-写入（固化）校准参数”，发送命令。要想将当前校准的最新参数写入交采板的EEPROM，则需要先读取最新校准参数，在执行写入校准参数命令，否则写入会失败。
8、校准基础偏移量
校准基础偏移量必须是在不加外部电压的情况下进行的。点击右上角“交采板串口直接调试”。
“命令类型”选择“校正基础偏移量”，这时要断开外接电流及电压，实现基础偏移量“电压、电流及温度偏移量”校准。
完成校准基础偏移量后，需要重新校表。
9、传输升级文件
“命令类型”选择“09-传输升级文件”。
选择“打开升级文件”，找到需要升级的HEX文件，文件内容会显示到下面的列表框中。
再执行“发送命令”，可以将当前地址开始的224字节数据发送给交采板，选中右侧的“收到回应后连续发送”，可以连续发送文件内容，在右下方显示传输进度。
10、重启交采板实现升级
命令类型选择“10-重启交采板实现升级”，执行命令，完成升级。
11、 检测通信数据功能
点击调试软件中上部的“显示SPI数据监控”按钮，则会出现SPI数据监控窗口。
交采板与主控板间数据通信是通过SPI串行通信的方式实现的，该调试软件可以监控交采板发出的数据；上图中第二个框就是该通信数据转化为十六进制ASC码的结果，通过查看这些通信数据可以深入了解交采板的工作状态，便于用户分析交采板出现的问题。
12、数值转换计算功能
交采板与主板通信数据采用的是十六进制浮点数，为了便于用户理解十六进制浮点数与十进制数之间的换算关系，本调试软件增加了数值转换计算功能，可以实现十六进制和十进制数之间的换算。
点击主界面右上角的“数值转换计算”按钮，则出现数值转换计算窗口。
选择转换方式，在中间文本框中输入待转换数据，点击“转换”按钮，则在最底下文本框中会出现转换后数据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，包括交流采集板电路、主控板电路、交流采集板调试模块及调试软件系统；所述交流采集板电路连接交流采集板调试模块，所述交流采集板调试模块连接主控计算机，所述主控计算机设有调试软件系统；
所述交流采集板电路用于实现10kV配电变压器低压侧电压、电流信号的采集，并计算出达到融合终端精度要求的电压、电流及功率的信号；接收主控板的控制信号，并给主控板上送测量数据；
所述交流采集板调试模块用于交流数据采集板的调试；
所述调试软件系统用于对台区智能融合终端的交流采集板进行调试。
2.根据权利要求1所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述交流采集板电路包括：
电压采集电路，用于交流采集板进行电压测量；
电流采集电路，用于交流采集板进行电流测量；
交流采集板控制电路，用于控制交流采集板的整个工作和通信过程；
交流采集板与主控板的接口电路，用于交流采集板与主控板的连接接口；
电源电路，用于交流采集板提供电源；
I2C总线电路，用于交流采集板与主控板进行数据通信。
3.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述电压采集电路包括电压互感器PT1，电感L11、L12，电阻R44、R38、R37、R43，电容C21、C26，双二极管D13、D14；
所述电压互感器PT1的输出两端分别连接电感L12的一端、电感L11的一端，电阻R38和R37串联后，一端分别连接电感L12的另一端和电阻R44的一端，另一端分别连接电感L11的另一端和电阻R43的一端；
所述电容C21和C26串联后，一端分别连接电阻R44的另一端、双二极管D14的正极、双二极管D14的负极，另一端分别连接电阻R43的另一端、双二极管D13的正极、双二极管D13的负极；
所述电阻R38和R37之间连接地，所述电容C21和C26之间连接地。
4.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述电流采集电路包括电流互感器CT1，电感L3、L4，电阻R30、R22、R21、R29，电容C12、C16，双二极管D5、D6；
所述电流互感器CT1的输出两端分别连接电感L4的一端、电感L3的一端，电阻R22和R21串联后，一端分别连接电感L4的另一端和电阻R30的一端，另一端分别连接电感L3的另一端和电阻R29的一端；
所述电容C12和C16串联后，一端分别连接电阻R30的另一端、双二极管D6的正极、双二极管D6的负极，另一端分别连接电阻R29的另一端、双二极管D5的正极、双二极管D5的负极；
所述电阻R22和R21之间连接地，所述电容C12和C16之间连接地。
5.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述交流采集板与主控板的接口电路包括12V电源接口、3.3V电源接口、SPI通信接口、I2C接口、遥信量输入接口。
6.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述电源电路包括220V三相交流电源输入，12V直流输出的标准电源模块；还包括超级电容模块；
所述标准电源模块用于台区智能融合终端供电，以及用于超级电容模块充电；
所述超级电容充电模块用于220V电源断电时，通过升压输出电路释放出存储的电能，能够继续对台区智能融合终端供电；
所述超级电容模块包括二极管D3，电阻R2、R3、R7、R19、R59、R60、R61、R62、R99，电容C1，超级电容模组E3；
所述二极管D3正极连接12V电源，另一端连接开关P1；三个电阻R2、R3、R7并联后一端连接开关P1，另一端分别连接超级电容模组E3的正极、电阻R19；电阻R61和电容C1串联后与电阻R62、电阻R99、二极管D19并联；
所述电阻R61一端连接电源VV，另一端分别连接电阻R59和电容C1；所述电阻R60一端连接电阻R19，另一端分别连接电容C1、电阻R99、电阻R62、二极管D19的正极，并接地；
所述二极管D3用于当主电源断电时，防止电容电压反向放电；
所述开关P1用于接通或断开超级电容充电模块；
所述电阻R2、R3、R7均为75Ω/3W的功率电阻，三电阻并联后串在充电回路中，用于限制充电电流；
电阻R62和R99并联，接在超级电容负端对地之间，用于防止过大的充放电电流，保护超级电容，以及用于辅助实现充电电流的测量。
7.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述I2C总线电路包括I2C芯片PCA9555及其外围电路。
8.根据权利要求2所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述交流采集板控制电路主要包括主控芯片U4A、U4B，看门狗芯片UV1，EEPROM存储芯片U5、通信接口USART1；主控芯片分别连接看门狗芯片UV1，EEPROM存储芯片U5、通信接口USART1。
9.根据权利要求1所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述交流采集板调试模块包括核心板U1，模拟主控板TO_JCB，电源V1，I2C总线上拉电阻R11、R12，PI接口上拉电阻R25、R26、R27、R28；所述核心板U1分别连接模拟主控板TO_JCB，I2C总线上拉电阻R11、R12，PI接口上拉电阻R25、R26、R27、R28；所述电源V1分别连接3.3V电源和模拟主控板TO_JCB。
10.根据权利要求1所述的台区智能融合终端交流采集系统，其特征在于，所述调试软件系统包括：
交流采集板接口模块，用于通过交流采集板的调试串口连接交流采集板，选择端口号、波特率，打开串口；或通过SPI接口连接交流采集板；
第一读取实时数据模块，用于读取交流采集板当前测量的电压、电流、功率、频率、谐波的数据，并将当前测量数据形成测试报告，并按照测试要求的格式进行存储；
第二读取实时数据模块，用于读取交流采集板的电能脉冲数据、交流采集板的超级电容的充电电流和充电电压、交流采集板的版本号；
读取开关量数据模块，用于读取交流采集板返回的开关量数据；
交采板校准模块，用于启动交流采集板校准，输入校准模式及相应的需要校准的电压电流数值；
读取校准参数模块，用于发送读取参数命令，读出校准参数；
写入校准参数模块，用于将当前校准的最新参数写入交流采集板的存储器；
校准基础偏移量模块，用于在断开外接电流及电压的情况下，实现电压、电流及温度的偏移量的校准；
传输升级文件模块，用于传输需要升级的HEX文件；
重启交流采集板模块，用于交流采集板的重启；
检测通信数据模块，用于监控交流采集板与主控板间通过SPI串行通信的数据；
数值转换计算模块，用于将十六进制浮点数换算为十进制数。
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