CN113691340B - 基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法，所述终端包括一个主控单元和多个间隔单元，多个间隔单元分别通过双绞线与主控单元相连接。所述数据传输方法包括：主控单元通过双绞线向间隔单元发送同步信号；间隔单元收到同步信号，进行数据采样，并将采样数据通过双绞线上送至主控单元，采样数据的传输基于曼彻斯特编码技术。本发明降低了环网柜数字化终端设计的复杂度，实现了主控单元与间隔单元的同步与互联，且成本低，可靠性高。

Description

基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法
技术领域
本发明涉及智能电网电力设备技术领域，尤其涉及一种基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法。
背景技术
国家电网智能环网柜数字化终端是一种以高压配电开关柜设备为对象，具备保护、测量、控制、通讯、计量等多项功能的智能电子设备。智能环网柜数字化终端能够提高设备的抗干扰能力，具有高防护、免维护等特点，能够提高设备的数字化程度，降低产品的风险点，降低现场的运维工作量。
智能环网柜数字化终端由一个主控单元和若干个间隔单元组成，现有技术主要有以下两种：方案一，主控单元通过电缆集中控制采样：如图1及图2，主控单元通过电缆单独定时给不同的间隔单元发送集中采样控制信号，间隔单元在收到集中采样控制信号后进行数据的采集，并将采集的数据通过数据传输通道发送给主控单元，主控单元将接收到的各个间隔单元数据与主控单元本身采样数据进行同步，然后上送给整个装置的中央处理单元CPU；方案二，间隔单元独立完成采样及间隔功能：如图3，间隔单元自身生成一个采样控制模块，独立进行数据采样，并将采样的数据发送给间隔单元自身的CPU，由间隔单元自身的CPU进行相关数据计算和处理，并完成相应的保护动作，然后将处理的结果通过数据通道传输给主控单元，并由主控单元上送给中央处理单元CPU。
如果采用上述第一种技术方案，主控单元单独通过电缆集中控制采样，多个间隔单元均需通过电缆连接至主控单元用于发送同步采样信号，同时主控单元和间隔单元还须有专用数据通道，数据通道也需要多根电缆，从而导致主控单元和间隔单元之间的连线非常多，存在如下弊端：（1）增加现场运维安装设备的工作量，容易出现人为失误；（2）连线较多导致抗干扰能力变弱，数据交互容易出现错误，可靠性变差；（3）增加了整体设计的复杂度，同时增加整个装置的成本。
如果采用上述第二种技术方案，间隔单元独立完成采样及间隔功能，存在如下弊端：（1）由于每个间隔单元独立完成采样及间隔功能，各个间隔之间没有同步采样信号，无法进行间隔间的保护运算等功能；（2）由于每个间隔单元单独配置一个独立的CPU，增加了整个装置的成本；（3）由于间隔单元独立完成间隔功能，增加了整个间隔单元设计的复杂度。
发明内容
本发明提出了一种基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法，其目的是：降低环网柜数字化终端设计的复杂度，实现主控单元与间隔单元的同步与互联，降低成本，提高可靠性。
本发明技术方案如下：
一种基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端及其数据传输方法，所述数字化终端包括一个主控单元和多个间隔单元，所述多个间隔单元分别通过双绞线与所述主控单元相连接。
所述数据传输方法包括如下步骤：
S1：所述主控单元通过双绞线向所述间隔单元发送同步信号；
S2：所述间隔单元收到同步信号，进行数据采样，并将采样数据通过双绞线上送至所述主控单元，所述采样数据的传输基于曼彻斯特编码技术。
进一步地，所述步骤S1具体包括，主控单元定时向间隔单元发送同步信号，发送完一个同步信号后，主控单元内部启动时钟周期计数，达到预设计数值后，发送下一个同步信号。
进一步地，所述同步信号发送完成后，主控单元向间隔单元连续发送若干个1，0，1，0的交互信号，用于间隔单元进行曼彻斯特解码同步。
进一步地，所述交互信号发送完成后，主控单元向间隔单元发送参数命令或管理报文，所述参数命令或管理报文的发送采用曼彻斯特编码方式。
进一步地，传输所述参数命令或管理报文所需的时间小于两次同步信号之间的时间间隔，主控单元需要向间隔单元发送参数命令或管理报文时，首先比较与传输所述参数命令或管理报文所需时间相对应的第一时钟个数和下次同步信号发送前的剩余时钟个数之间的大小，若所述剩余时钟个数大于所述第一时钟个数，则启动参数命令或管理报文的发送，否则等待下次同步信号及交互信号发送完成后，启动所述参数命令或管理报文的发送。
进一步地，所述步骤S2还包括，若所述间隔单元在发送采样数据前收到所述主控单元发出的需要其他数据的参数命令，则间隔单元在发送完采样数据后继续发送主控单元所需其他数据；所述间隔单元发送的采样数据后面跟随与其相对应的第一校验码，间隔单元发送的主控单元所需其他数据后面跟随与其相对应的第二校验码。
进一步地，所述主控单元和间隔单元在数据传输过程中，发送数据的最后跟随CRC校验码，接收数据的一方根据接收到的数据生成新的CRC校验码，然后比对两个CRC校验码，如果两个CRC校验码不一致，则丢掉数据。
进一步地，所述同步信号为：低电平变为高电平，高电平持续10个时钟后变为低电平。
进一步地，基于曼彻斯特编码传输的0信号为高电平变为低电平，传输的1信号为低电平变为高电平，空闲状态传输信号1。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）只需通过两根双绞线即可实现主控单元与间隔单元的同步与互联，不仅节约了硬件成本，降低了整个设备的设计复杂度，而且现场运维安装简单，不容易出现人为失误；采用曼彻斯特编码方式通过双绞线进行数据传输，将数据和时钟整合到一起传输，在基于曼彻斯特编码的基础上加入了同步采样脉冲信号，从而实现了一种基于曼彻斯特编码技术的同步采样实时通信链路，编解码简单，易于检测，可靠性高；
（2）主控单元和间隔单元在数据传输过程中，发送数据的最后都跟随有CRC校验码，提高了数据传输的可靠性；
（3）间隔单元发送的采样数据和主控单元所需其他数据后面分别跟随各自相应的校验码，如果其中一种数据传输错误，不会影响另外的数据传输，进一步提高了数据传输的可靠性。
附图说明
图1为现有技术方案一的整体结构示意图；
图2为现有技术方案一的信号传输示意图；
图3为现有技术方案二的整体结构示意图；
图4为本发明的整体结构示意图；
图5为本发明的流程图；
图6为本发明的信号传输示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
如图4，一种基于曼彻斯特编码的环网柜数字化终端, 包括一个主控单元和多个间隔单元，所述多个间隔单元分别通过双绞线与所述主控单元相连接。
所述双绞线作为主控单元与间隔单元的数据传输通道，为单向传输：一根双绞线用于主控单元向间隔单元发送命令报文和参数命令，同时主控单元通过双绞线定时向间隔单元发送采样同步信号，即同步信号与数据传输通道共用一根双绞线进行传输；另一根双绞线用于间隔单元向主控单元发送采样数据和其他数据。
如图5及图6，一种基于所述环网柜数字化终端实现的数据传输方法，包括如下步骤：
S1：所述主控单元通过双绞线向所述间隔单元发送同步信号。所述同步信号为：低电平变为高电平，高电平持续10个时钟后变为低电平。
具体地，主控单元定时向间隔单元发送同步采样脉冲（即同步信号），在两次同步采样脉冲间隔之间发送参数命令或管理报文。
为了保证两个同步信号之间的定间隔，本实施例采用时钟计数的方式，主控单元内部时钟为100MHz，一个时钟周期为10ns，两个同步信号间隔为10us，需要计数1000个时钟周期。主控单元发送完一个同步信号后，主控单元内部启动时钟周期计数，达到1000个计数后，立即发送下一个同步信号。
同步信号发送完成后，主控单元向间隔单元连续发送若干个1，0，1，0的交互信号，用于间隔单元进行曼彻斯特解码同步，同时便于后续传输其他命令和数据，如参数命令或管理报文等。
主控单元发送完所述交互信号后可以向间隔单元发送参数命令或管理报文，所述参数命令或管理报文的发送采用曼彻斯特编码方式。
所述参数命令或管理报文的长度小于两次同步信号之间的时钟个数，即传输所述参数命令或管理报文所需的时间小于两次同步信号之间的时间间隔。
主控单元需要向间隔单元发送参数命令或管理报文时，首先比较与传输所述参数命令或管理报文所需时间相对应的第一时钟个数和下次同步信号发送前的剩余时钟个数之间的大小，若所述剩余时钟个数大于所述第一时钟个数，则启动参数命令或管理报文的发送，否则等待下次同步信号及交互信号发送完成后，立即启动所述参数命令或管理报文的发送。
S2：所述间隔单元收到同步信号，进行数据采样，并将采样数据通过双绞线上送至所述主控单元，所述采样数据的传输基于曼彻斯特编码技术。
进一步地，为了充分利用带宽，若所述间隔单元在发送采样数据前收到所述主控单元发出的需要其他数据的参数命令，则间隔单元在发送完采样数据后继续发送主控单元所需其他数据。若未收到主控单元发送的命令，则只发送采样数据。
进一步地，所述间隔单元发送的采样数据后面跟随与其相对应的第一校验码，间隔单元发送的主控单元所需其他数据后面跟随与其相对应的第二校验码。如果其中一种数据传输错误，不影响另外的数据传输。例如，主控单元需要间隔单元一个状态量，那么间隔单元在发送完采样数据和采样数据的CRC校验码后，紧跟着发送主控单元需要的状态量和状态量的CRC校验码。
进一步地，所述主控单元和间隔单元在数据传输过程中，发送数据的最后都跟随有CRC校验码，接收数据的一方根据接收到的数据生成新的CRC校验码，然后比对两个CRC校验码，如果两个CRC校验码不一致，则丢掉数据。此种处理方式可有效防止数据传输过程中出现干扰等外在因素导致数据传输错误。所述CRC校验码为2字节的CRC16校验码。
所述数据传输方法中，基于曼彻斯特编码传输的0信号为高电平变为低电平，传输的1信号为低电平变为高电平，空闲状态传输信号1。
曼彻斯特编码每次传输数据或者命令开头会加入2个字节起始符0x0564，即主控单元或者间隔单元在收到数据0x0564后，就认为这是整个报文传输的开始；紧接着传输整个报文的长度，长度为2个字节，传输报文长度便于接收方能够正确的接收整个报文，所述报文长度不包含长度本身和CRC16校验码。

Claims (6)

1.一种数据传输方法，其特征在于：
本方法基于如下环网柜数字化终端：环网柜数字化终端包括一个主控单元和多个间隔单元，所述多个间隔单元分别通过双绞线与所述主控单元相连接；
本方法包括如下步骤：
S1：所述主控单元通过双绞线向所述间隔单元发送同步信号；
所述步骤S1具体包括，主控单元定时向间隔单元发送同步信号，发送完一个同步信号后，主控单元内部启动时钟周期计数，达到预设计数值后，发送下一个同步信号；
所述同步信号发送完成后，主控单元向间隔单元连续发送若干个1，0，1，0的交互信号，用于间隔单元进行曼彻斯特解码同步；
所述交互信号发送完成后，主控单元向间隔单元发送参数命令或管理报文，所述参数命令或管理报文的发送采用曼彻斯特编码方式；
S2：所述间隔单元收到同步信号，进行数据采样，并将采样数据通过双绞线上送至所述主控单元，所述采样数据的传输基于曼彻斯特编码技术。
2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：传输所述参数命令或管理报文所需的时间小于两次同步信号之间的时间间隔，主控单元需要向间隔单元发送参数命令或管理报文时，首先比较与传输所述参数命令或管理报文所需时间相对应的第一时钟个数和下次同步信号发送前的剩余时钟个数之间的大小，若所述剩余时钟个数大于所述第一时钟个数，则启动参数命令或管理报文的发送，否则等待下次同步信号及交互信号发送完成后，启动所述参数命令或管理报文的发送。
3.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述步骤S2还包括，若所述间隔单元在发送采样数据前收到所述主控单元发出的需要其他数据的参数命令，则间隔单元在发送完采样数据后继续发送主控单元所需其他数据；
所述间隔单元发送的采样数据后面跟随与其相对应的第一校验码，间隔单元发送的主控单元所需其他数据后面跟随与其相对应的第二校验码。
4.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述主控单元和间隔单元在数据传输过程中，发送数据的最后跟随CRC校验码，接收数据的一方根据接收到的数据生成新的CRC校验码，然后比对两个CRC校验码，如果两个CRC校验码不一致，则丢掉数据。
5.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于：所述同步信号为：低电平变为高电平，高电平持续10个时钟后变为低电平。
6.如权利要求1至5任一所述的数据传输方法，其特征在于：基于曼彻斯特编码传输的0信号为高电平变为低电平，传输的1信号为低电平变为高电平，空闲状态传输信号1。
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