微处理器选择ARM芯片,它与TTU的数据采集与处理模块通过串口进行通信,及时发送主站的命令以及传送TTU采集到的配变数据。
电力线载波芯片ST7538与微处理器之间通过SPI口进行通信,通过微处理器与ST7538的串口RxD、TxD和CLR/T可以实现微控制器与ST7538的数据交换。ST7538的工作模式由REG_DATA和RxTx的状态决定。微处理器与ST7538之间的通信采用同步方式,CLR/T作为参考时钟。ST7538处于接收数据状态时,RxTx为低,待发数据从TxD脚进入ST7538,时钟上升沿时被采样,并送入FSK调制器调制,调制信号经D/A转换、滤波和自动电平控制电路(ALC),再通过差分放大器输出到电力线。ST7538处于接收数据状态时,RxTx为高,信号由模拟输入端RAI脚进入ST7538,经过一个带宽±10 kHz的带通滤波器,送入一个带有自动增益AGC的放大器。此信号再经过解调、滤波和锁相变成串行数字信号,输出给微处理器ARM。
信号滤波部分包括输入窄带滤波器和输出窄带滤波器两部分。输入滤波电路采用并联电流谐振电路,滤除指定频率以外的无用信号和噪声。输出滤波电路采用串联电压谐振电路,避免无用信号耦合到电力线上。
电力线信号耦合保护电路由功率放大器、输出保护匹配电路和输入增益平衡匹配电路3个基本部分组成,其耦合方式采用电容耦合。
2 配变监测终端通信模块的软件设计
2.1通信协议的制定
通信模块的通信协议根据DNP3.0规约制定,数据链路层的数据采用一种可变帧长格式:FT3。一个FT3帧被定义为一个固定长度的报头,随后是可以选用的数据块,每个数据块附有一个16 位的 CRC 校验码。固定的报头含有两个字节的起始字,一个字节的长度(LENGH),一个字节的链路层控制字 (CONTROL),一个16位的目的地址,一个16位的源地址和一个16位的CRC校验码,其帧格式如表1所示。
起始字:2字节,0x0564。
长度:1字节,是控制字、目的地址、源地址和用户数据之和,255≥长度≥5。
目的地址:2个字节,低字节在前。
源地址:2个字节,低字节在前。
用户数据:跟在报头之后的数据块,每16个字节一块,最后一个块包含剩下的字节,可以是1~16个字节。每个数据块都有一个CRC循环冗余码挂在后面。
CRC循环冗余码:2个字节。在一个帧内,挂在每个数据块之后。
控制字与功能码:通信控制字包含有本帧的传输方向,帧的类型以及数据流的控制信息。功能码的具体设定为:
对于原发送方的帧:
0:使远方链路复位
1:使远方进程复位
3:发送用户数据,须对方确认
4:发送用户数据,不须对方确认
9:询问链路状态
对于从方发送帧:
0:肯定确认
1:否定确认
11:回答链路状态
2.2 通信模块的软件设计方案
通信模块平时工作在载波接收状态[5],接收到一帧数据后解调给TTU数据采集端,TTU采集端接收并返回数据,数据调制后经电力线传给主站经解调后给采集终端。在规定的时间内RS485接收到数据时进行载波发送,数据发送结束后返回接收状态。若在规定的时间内RS485没有接收到数据也自动返回载波接收状态。通信模块的软件流程如图3所示。