CN112953018A - 一种基于can fd总线架构集中式站所终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，涉及电能设备领域。一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，包括主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块，所述主控板的输入通过CAN FD总线分别与所述交流采样板和所述开入板的输出通信连接，所述主控板的输出通过CAN FD总线与所述开出板的输入通信连接，所述开出板分别控制连接多个分合闸继电器，所述电源模块用于分别对所述主控板、所述交流采样板、所述开入板、所述开出板供电。本发明能够提高了集中式DTU站所终端设备的智能性，并且结构简单使用可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电能设备领域，具体而言，涉及一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备。
背景技术
随着国家智能电网的建设，对配网的自动化程度提出了越来越高的要求,那么就需要在配网中安装更多的智能化远方终端设备。集中式DTU就是一种智能化远方终端设备之一,它可以完成开关设备的开入信号、电压、电流、有功功率、无功功率等电能量数据的采集和计算。但现有集中式DTU 的内部总线大都采用点对点的通信方式,或采用普通CAN总线通信方式，这两种方式都有其相应的缺点。点对点的总线通信方式导致主控板和各业务板卡之间的通信线繁多，这样会导致系统总线相互之间容易产生串扰,抗干扰能力极差，导致系统极其的不稳定；普通CAN总线是一种串行总线，可解决互联信号线繁多的问题。并且，随着国家智能电网的需求不断提高，主控板与各业务板卡的数据传输就会非常频繁，这样就会要求总线传输的速率越来越高，而普通CAN总线的传输速率只能达到1Mbps,而且一帧传输的有效数据仅有8字节。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其能够提高了DTU站所终端设备的智能性，并且结构简单使用可靠。
本发明的实施例是这样实现的：
本申请实施例提供一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，包括主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块，所述主控板的输入通过CAN FD总线分别与所述交流采样板和所述开入板的输出通信连接，所述主控板的输出通过CAN FD总线与所述开出板的输入通信连接，所述开出板分别控制连接有多个分合闸继电器，所述电源模块用于分别对所述主控板、所述交流采样板、所述开入板、所述开出板供电。
在本发明的一些实施例中，所述通信连接采用polling模式。
在本发明的一些实施例中，上述主控板包括处理器、存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路，所述存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路分别与所述处理器连接，所述处理器通过所述CAN FD总线分别与所述交流采样板、所述开入板和所述开出板连接。
在本发明的一些实施例中，上述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备包括主站，上述主控板通过以太网或RS232接口与所述主站通信连接。
在本发明的一些实施例中，上述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备安装有指示灯，所述主站与所述主控板通信连接，所述主控板控制连接所述指示灯。
在本发明的一些实施例中，上述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备包括四个硬件拨码开关，四个所述硬件拨码开关各自连接所述交流采样板、所述开入板和所述开出板。
在本发明的一些实施例中，所述交流采样板包括单片机、复位电路、时钟电路、电压采样电路、电流采样电路、ADC转换电路和CAN FD收发电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路分别通过所述ADC转换电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
在本发明的一些实施例中，所述开入板包括单片机、复位电路、时钟电路、遥信输入处理电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述遥信输入处理电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与所述单片机连接。
在本发明的一些实施例中，所述开出板包括单片机、复位电路、时钟电路、继电器驱动电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述继电器驱动电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
在本发明的一些实施例中，所述电源板包括相互连接的AC-DC电源模块、EMC滤波器、5V DC-DC转换电路和2路24V DC-DC转换电路。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
本申请实施例提供一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，包括主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块，所述主控板的输入通过CAN FD总线分别与所述交流采样板和所述开入板的输出通信连接，所述主控板的输出通过CAN FD总线与所述开出板的输入通信连接，所述开出板分别控制连接多个分合闸继电器，所述电源模块用于分别对所述主控板、所述交流采样板、所述开入板、所述开出板供电。
本申请实施例通过主控板分别与交流采样板、开入板和开出板通信连接，从而实现了主控板与各业务板卡的点对点通信，提高了通信的稳定性；通过CAN FD总线实现通信，提高了主控板与各业务板卡的通信速率；通过主控板的输入端分别与交流采样板的输出以及开入板的输出通信连接，从而主控板利用交流采样板和开入板采样数据，并且主控板的输出与开出板的输入通信连接开出板，从而主控板根据采样数据发出触发信号到开出板；通过开出板分别连接多个分合闸继电器，从而利用分合闸继电器实现主控板的遥控功能，提高了智能化。本发明通过CAN FD总线架构提高了通信连接的可靠性，从而增强了抗干扰能力，并且与CAN总线相比较来说，通过协议的升级，加快了数据传输速率，改变了数据长度、帧格式和ID长度，从而提高了数据通信的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备的原理示意图；
图2为本发明实施例中主控板的原理示意图；
图3为本发明实施例中交流采样板的原理示意图；
图4为本发明实施例中开入板的原理示意图；
图5为本发明实施例中开出板的原理示意图；
图6为本发明实施例中电源模块的原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
实施例
请参阅图1～图6，图1～图6所示为本申请实施例提供的一种基于CAN FD 总线架构的集中式站所终端设备。一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，包括主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块，所述主控板的输入通过CAN FD总线分别与所述交流采样板和所述开入板的输出通信连接，所述主控板的输出通过CAN FD总线与所述开出板的输入通信连接，所述开出板分别控制连接多个分合闸继电器，所述电源模块用于分别对所述主控板、所述交流采样板、所述开入板、所述开出板供电。
详细的，常规的CAN总线的通信速率较低，并且一帧报文有效传输长度为8个字节。详细的，CAN FD总线为CAN总线的升级版，但它只升级了协议，物理层未发生改变。两者的传输速率不同、数据长度不同、帧格式不同、ID长度不同。详细的，CAN总线的最大传输速率为1Mbps，而CAN FD 总线的速率可变，仲裁比特率最高为1Mbps，数据比特率最高为8Mbp。并且，CAN总线的一帧数据最长为8字节，CAN FD总线的一帧数据最长为64 字节。其次，CAN FD总线与CAN总线的帧格式相比，新增了FDF、BRS、ESI 位。FDF：表示CAN报文或者CAN FD报文，BRS表示位速率转换，该位为隐性时，速率可变(BSR到CRC使用的转换速率传输)；该位为显性时，以正常的CAN FD总线速率传输(恒定速率)。其中ESI表示发送节点状态。详细的，CAN总线的标准帧ID长度最长为11bit，标准帧ID长度可扩展到 12bit，CAN FD总线有效解决了对点通信带来信号线繁多、抗干扰能力差、系统不稳定的问题，并且解决了普通CAN总线通信速率低的问题。
详细的，一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备将主控板作为通信主机，开入板、开出板和交流采样板作为从机板卡，并且利用polling 模式实现一问一答的通信方式。详细的，不同类型的从机板卡可以配置单独的硬件地址编码，支持板卡热插拔功能，实现真正的模块化设计。
详细的，主控板用于负责整个系统的数据处理、协议转换和通信。可选的，主控板通过CAN FD总线采集交流采样板、开入板的数据，并根据当前的数据处理结果通过CAN FD总线发出的命令到开出板，进而触发开出板进行下一步动作。可选的，交流采样板卡用于对各路交流电压和电流进行采样,并进行A/D转换，转换后的数据通过CAN FD总线上送给主控板。可选的，开入板用于快速读取各路开关量输入的状态,并经过滤波后，通过CAN FD总线上传给主控板。可选的，开出板通过CAN FD总线接收来自主控板的命令，然后对命令进行解释后，通过光耦隔离对各路分合闸控制继电器进行分合操作。详细的，开出板分别与多个分合闸继电器连接，从而发出控制信号分别控制各分合闸继电器的开合。
本实施例通过主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块实现模块化设计，结构简单；通过主控板的输入通过CAN FD总线分别与交流采样板和开入板的输出通信连接，从而通过交流采样板卡对各路交流电压和电流进行采样和处理，通过开入板读取各路开关量输入的状态，并且通过主控板接收交流采样板和开入板的数据；通过开出板接收主控板的命令，将数据上传到主控板，开出板通过CAN总线接收主控板的控制命令，对命令进行解释后对各路分合闸控制继电器进行分合操作，实现远程操控，并且抗干扰能力强；通过电源模块用于给主控板、交流采样板、开入板和开出板供电，保证了一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备的通信稳定性。其中，交流采样板、开入板和开出板均为多个，并且可以通过主控板一一通信连接。
在本发明的一些实施例中，所述通信连接采用polling模式。其中，实现了主控板与其他功能板卡一问一答的通信方式。
在本发明的一些实施例中，上述主控板包括处理器、存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路，所述存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路分别与所述处理器连接，所述处理器通过所述CAN FD总线分别与所述交流采样板、所述开入板和所述开出板连接。
详细的，主控板通过高速的CAN FD总线实时采集交流采样板、开入板上传的数据,并通过CPU处理器进行计算处理后，按照用户选定的协议(101 或104)上传给主站,实现数据处理和通信功能。详细的，存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路、4路串口电路均与CPU处理器直接连接。CAN FD总线电路一端与CPU相连，另一端连接到总线板上。通过不同电路分别实现存储、复位、通信等功能，进而CPU处理器以不同方式分别控制各板卡。CPU处理器是整个系统的核心，负责整个系统的数据处理，协议转换，通信管理的功能。
在本发明的一些实施例中，上述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备的主控板通过以太网或RS232接口与主站通信连接。
详细的，通过以太网或RS232接口和主站进行连接，主控板接收并解释来自主站的命令，并把本地的状态信息上报。并根据主站的命令通过CAN FD总线控制对交流采样板、开入板的数据采集，并根据当前的数据处理的结果控制开出板。
在本发明的一些实施例中，所述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备安装有指示灯板，所述指示灯板与所述主控板通信连接，所述主控板控制连接所述指示灯。
详细的，本发明的主控板分别与交流采样板，开入板、开出板各种板卡通信连接，从而利用不同类型的板卡信息进行识别和分析，从而控制指示灯显示板卡信息进行提示，便于人们通过指示灯获得各板卡的不同信号。
在本发明的一些实施例中，上述一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备包括四个硬件拨码开关，四个所述硬件拨码开关各自连接所述交流采样板、所述开入板和所述开出板。
详细的，主控板通过硬件拨码开关选取板卡地址，每一类型板卡最大支持16个，板卡类型通过报文来描述，板卡地址通过硬件拨码状态来获取。可选的，如果同一类型业务板卡，地址相同，则会点亮异常灯提示操作者。
在本发明的一些实施例中，所述交流采样板包括单片机、复位电路、时钟电路、电压采样电路、电流采样电路、ADC转换电路和CAN FD收发电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路分别通过所述ADC转换电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
详细的，单片机为32位单片机，交流采样板通过单片机对各路交流电压和电流进行采样，并进行快速的A/D转换，转换后的数据通过CAN FD总线上传给主控板，实现远程监测功能。
在本发明的一些实施例中，所述开入板包括单片机、复位电路、时钟电路、遥信输入处理电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述遥信输入处理电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与所述单片机连接。
详细的，单片机为32位单片机，开入板通过单片机快速读取各路开关量输入的状态,并进行滤波后，将数据通过高速的CAN FD总线上传给主控板实现远程通信。
在本发明的一些实施例中，所述开出板包括单片机、复位电路、时钟电路、继电器驱动电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述继电器驱动电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
详细的，单片机为32位单片机，开出板通过CAN FD总线接收来自主控板的命令，然后对命令进行解释后,通过光耦隔离对各路分合闸控制继电器进行分合操作，实现远程控制的遥控功能。
在本发明的一些实施例中，所述电源板包括相互连接的AC-DC电源模块、EMC滤波器、5V DC-DC转换电路和2路24V DC-DC转换电路。
详细的，AC-DC电源模块将额定AC 220的交流电输入后转换为48V DC 输出，48VDC直流电压经EMC滤波器滤波后输出给5V DC-DC转换电路和2 路24V DC-DC转换电路。EMC滤波器的滤波规格为共模±4kV,差模±2KV, 达到4级标准。5V DC-DC将48VDC电压转换为5V DC,作为整个系统数字和模拟的工作电源；24V DC-DC转换电路，将48V DC转换为24V DC输出，其中一路用作开入板与主控板的遥信电源，另一路用作通信电源。
可选的，CAN FD总线可以包括CAN L、CAN H两条数据线，使得主控板和交流采样板、开入板、开出板之间的连接非常简单、实用、可靠。并且 CAN FD总线为差分传输方式，进一步加强抗干扰能力，使得系统运行更稳定。
其中，存储电路可以为存储器的常规选择，存储器可以是但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)等。
处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。该处理器102 可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器 (Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本申请实施例提供的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备：
1.进行多通道故障录波时，要求交流采样板与主控板不断的进行数据交互，既保证了系统通信的稳定性，又保证了数据不丢失和数据的实时性。
2.在进行雪崩实验时，对多个开入板的多个开入通道进行开入量测试时，既保证了系统通信的稳定性，又保证了事件记录数据不丢失。
3.在进行速断测试时，快速从交流采样板获取到相应的采样数据，通过主控板召唤，将获取到的采样数据在主CPU的进行相应的计算，然后通过通信快速控制开出板相应的继电器进行分合闸。
4.通过主控板、交流采样板开入板、开出板和电源板的模块化设计，结构简单、支持热插拔、使用可靠，且能实现远方终端智能控制。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，包括主控板、交流采样板、开入板、开出板和电源模块，所述主控板的输入通过CAN FD总线分别与所述交流采样板和所述开入板的输出通信连接，所述主控板的输出通过CAN FD总线与所述开出板的输入通信连接，所述开出板分别控制连接有多个分合闸继电器，所述电源模块用于分别对所述主控板、所述交流采样板、所述开入板、所述开出板供电。
2.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述通信连接采用polling模式。
3.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述主控板包括处理器、存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路，所述存储电路、复位电路、时钟电路、2路以太网接口电路和4路串口通信电路分别与所述处理器连接，所述处理器通过所述CAN FD总线分别与所述交流采样板、所述开入板和所述开出板连接。
4.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，包括主站，所述主控板通过以太网或RS232接口与所述主站通信连接。
5.如权利要求4所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述主站安装有指示灯，所述主站与所述主控板通信连接，所述主控板控制连接所述指示灯。
6.如权利要求5所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，包括四个硬件拨码开关，四个所述硬件拨码开关分别连接所述交流采样板、所述开入板和所述开出板。
7.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述交流采样板包括单片机、复位电路、时钟电路、电压采样电路、电流采样电路、ADC转换电路和CAN FD收发电路，所述电压采样电路和所述电流采样电路分别通过所述ADC转换电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
8.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述开入板包括单片机、复位电路、时钟电路、遥信输入处理电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述遥信输入处理电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与所述单片机连接。
9.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述开出板包括单片机、复位电路、时钟电路、继电器驱动电路、光耦隔离电路和CAN FD收发电路，所述继电器驱动电路通过所述光耦隔离电路与所述单片机连接，所述复位电路、所述时钟电路、所述CAN FD收发电路分别与单片机连接。
10.如权利要求1所述的一种基于CAN FD总线架构的集中式站所终端设备，其特征在于，所述电源板包括相互连接的AC-DC电源模块、EMC滤波器、5V DC-DC转换电路和2路24VDC-DC转换电路。
Priority Applications (1)
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| CN202110342055.0A CN112953018A (zh) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | 一种基于can fd总线架构集中式站所终端设备 |
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