配電終端配置工具手機APP的設計與應用

安志國，張海粟，李英春，辛海斌

(石家莊科林電氣股份有限公司，石家莊 050222)

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配電終端配置工具手機APP的設計與應用

安志國，張海粟，李英春，辛海斌

(石家莊科林電氣股份有限公司，石家莊 050222)

摘要:針對配電終端現(xiàn)場使用的配置工具在攜帶、充電等方面存在很多不便的問題，提出兩者之間采用MiniUSB口連接智能手機和APP工具的系統(tǒng)設計方案。本文中的APP工具采用dsPIC33FJ128GP202為主芯片，以SX1212為無線通信模塊、TOSP1838為紅外接口、XR21V1410為USB轉串口芯片設計而成,為配電終端的工程維護工作提供了新的方式，提高了工作效率。

關鍵詞:配電終端；APP配置工具；無線通信；紅外通信；MiniUSB

引言

隨著配電網(wǎng)的逐漸完善，配電終端數(shù)量呈指數(shù)增加，現(xiàn)場工程技術人員維護配電終端的壓力越來越大，而傳統(tǒng)的配電終端維護配置工具存在許多弊端，如不便攜帶、功耗高、充電不方便、配置復雜等，無法滿足配電系統(tǒng)快速發(fā)展的需求。因此，實現(xiàn)配電終端便捷維護具有現(xiàn)實意義。

配電終端設備廠家設計了各種各樣的配置工具，目前主要有3類：①配電終端本體帶有液晶顯示屏和按鍵，查詢配置時，需要工作人員在終端，用手按動按鍵，通過液晶屏的顯示完成人與設備間的交互；②利用筆記本電腦運行維護軟件，通過維護口(網(wǎng)口或串口)與配電終端之間進行數(shù)據(jù)交換，完成各種數(shù)據(jù)的查詢和參數(shù)的配置；③針對終端開發(fā)手持PDA工具，PDA工具利用處理器、液晶屏、按鍵,以及PDA工具外殼等組成，采用專用電池或手機電池，該工具不是每天使用，電池的維護不到位，加上電池存在自放電，使用前需要先進行充電，否則現(xiàn)場電量不足或根本不能使用，影響工作人員效率。

本文借助于現(xiàn)在的智能手機和外配APP工具，兩者采用手機的USB接口連接，由智能手機為APP工具提供工作電源，智能手機中安裝APP軟件，APP軟件借助智能手機的觸摸液晶屏實現(xiàn)了軟件的輸入和顯示功能。對手機要求不高，維護簡單，若更換手機，只需要把手機APP軟件拷貝到手機中，用連接線與APP工具連接即可使用，無需學習即可應用。

1APP工具硬件電路設計

1.1系統(tǒng)結構

本文采用微處理器技術，APP工具從手機USB接口取電作為工作電源，所有數(shù)據(jù)通過USB接口轉換為串口數(shù)據(jù)，處理器根據(jù)定義的傳輸規(guī)約格式對接收的串口數(shù)據(jù)進行處理，通過無線或紅外方式再轉發(fā)給配電終端、電表等接收設備。這些設備的無線、紅外接口接收數(shù)據(jù)后，按照規(guī)約處理后回應給APP工具。APP工具再按照一定規(guī)則組幀打包給手機APP軟件，根據(jù)操作要求實現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)、保存文檔等功能，最終實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交互和共享。圖1為系統(tǒng)原理圖。

圖1　系統(tǒng)原理圖

該工具具有USB接口、無線接口、紅外接口，整個模塊可以設計得非常小，外形尺寸為20 mm×35 mm。該設計方案硬件同時具備無線和紅外接口，該功能根據(jù)APP軟件的選擇來切換接口，初始化相關硬件。

1.2MiniUSB接口硬件設計

該接口設計采用USB轉串口芯片XR21V1410，外圍增加部分應用電路即可，如圖2所示，APP工具從USUS引腳中取得5 V工作電源，該5 V電源經(jīng)過U3(ASM1117芯片)轉化為3.3 V電源，為處理器等其他電路提供工作電源。其中D+、D-為USB信號線，芯片U1把USB總線上的數(shù)據(jù)轉換為串口數(shù)據(jù)，同時也可把串口數(shù)據(jù)轉換為USB數(shù)據(jù)輸出到USB總線。芯片U2(PRTR5V0U2X)為ESD保護器件，解決電路受ESD干擾問題，通信更加穩(wěn)定可靠。

圖2　USB接口電路圖

1.3無線和紅外接口硬件設計

選用具有串行接口的無線模塊，該模塊采用SX1212無線通信芯片，性能優(yōu)異，內部已經(jīng)固化程序，對外采用透明傳輸，可大大簡化應用。

紅外接收器采用Vishay 公司推出的TOSP1838模塊，該模塊的輸出信號接入處理器的RXD引腳，該引腳初始化為具備紅外調制解調功能。紅外發(fā)光二極管采用普通的紅外發(fā)射管，PWM引腳與TXD1引腳共同實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的調制，圖3為無線和紅外接口設計原理圖。

圖3　無線和紅外接口原理圖

圖3中采用Microchip系列中的dsPIC33FJ128GP202實現(xiàn)，該處理器為28引腳SOIC封裝，尺寸較小，16個可重復映射引腳滿足該系統(tǒng)設計要求。引腳CTL1、CTL2決定串口TXD1引腳數(shù)據(jù)發(fā)送方式是無線接口還是紅外接口，如果選擇無線接口數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)，CTL1、CTL2引腳依次輸出高電平“1”和低電平“0”；否則CTL1、CTL2引腳依次輸出低電平“0”和高電平“1”，其他邏輯電平無效。所以，在軟件初始化時注意該引腳的處理，因為現(xiàn)實應用中不可能同時使用，其中A1、A2、A3為與門電路，接收數(shù)據(jù)通過A1門電路接入引腳RXD1，根據(jù)軟件初始化CTL1、CTL2的狀態(tài)，接收數(shù)據(jù)按照相關外設處理接收數(shù)據(jù)。

2APP配置工具軟件設計

APP工具通過USB線與智能手機連接后，電流從MiniUSB處流向APP工具，APP工具板上芯片把5 V轉換為3.3 V，為處理器及外圍電路提供工作電源。APP工具初始化完畢后，通過連接線向智能手機軟件發(fā)送初始化完畢指令，APP工具進入工作狀態(tài)，圖4為APP工具上電啟動后初始化流程圖。

圖4　初始化流程圖

啟動手機APP軟件后，根據(jù)使用選擇無線或紅外方式，根據(jù)選擇，手機APP軟件會發(fā)送選擇指令給APP工具，APP工具根據(jù)選擇的接口類型初始化相應的硬件后，啟動對應程序。

圖5為APP工具處理數(shù)據(jù)流程圖，其中數(shù)據(jù)傳輸過程中，為了保證數(shù)據(jù)的可信賴性，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送方全部增加了CRC校驗碼，接收方按照規(guī)約接收完畢數(shù)據(jù)后，首先檢驗校驗碼是否正確，只有通過了校驗之后的數(shù)據(jù)才會進行下一步處理。

圖5　APP處理工具處理流程圖

CRC校驗碼是數(shù)據(jù)通信領域中最常用的一種差錯校驗碼，全名為循環(huán)冗余校驗碼(Cyclic Redundancy Check)，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定，采用校驗碼的方式保證數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)準確性和可靠性。

3智能手機APP軟件設計

圖6　APP軟件界面

智能手機需要開發(fā)一款APP軟件與APP工具相對應的軟件系統(tǒng)，它們之間完成數(shù)據(jù)交互與共享，實現(xiàn)人機交互，完成數(shù)據(jù)的查詢、配置等功能。大部分智能手機采用安卓(Android )系統(tǒng)，筆者開發(fā)了基于安卓系統(tǒng)的APP軟件，圖6是開發(fā)的部分數(shù)據(jù)查詢頁面,左側是數(shù)據(jù)項查詢頁面，利用手指點擊第一項數(shù)據(jù)查詢(遙測數(shù)據(jù)查詢)項后，進入遙測數(shù)據(jù)顯示頁面。

筆者利用安卓系統(tǒng)的智能手機作為平臺，利用該平臺協(xié)助APP配置工具，完成配置工具的開發(fā)與應用。開發(fā)智能手機APP軟件過程中，主要應用到GUI、Databases、KeyEvent、MotionEvent、UsbEvent等相關內容。

4無線配置APP工具的應用

筆者開發(fā)的APP工具主要應用在中低壓配電領域，例如開關柜的無線測溫巡檢系統(tǒng)、人工抄表系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)中均可廣泛應用。

圖7　開關柜無線巡檢系統(tǒng)應用

圖7為APP工具在開關柜無線測溫巡視系統(tǒng)中的應用，每個間隔的開關柜內分別安裝了無線測溫傳感器。APP工具協(xié)助工作人員完成定時巡檢，配合工作人員完成巡檢數(shù)據(jù)的自動記錄。

工作人員巡檢前，首先把APP工具安裝在自己的智能手機MiniUSB接口，可以看到APP工具進入工作狀態(tài)；其次，運行APP程序，該工具根據(jù)預配置的運行參數(shù)讀取各個節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)，供工作人員檢測是否正常，并自動保存配置的各個開關柜電纜的溫度數(shù)據(jù)及巡檢時間，作為工作記錄，該數(shù)據(jù)可根據(jù)工作需要通過USB線轉存到工作電腦，提高了工作人員的效率。

圖8　人工抄表系統(tǒng)應用

抄表人員利用該工具完成管轄范圍內抄表工作，人工抄表系統(tǒng)應用如圖8所示。開機準備過程同無線巡檢系統(tǒng)，工作人員利用APP工具的紅外接口正對到所要抄的電表紅外接口，APP工具自動與電表進行數(shù)據(jù)交互，記錄電表的信息及電量數(shù)據(jù)，轉送到手機APP軟件的數(shù)據(jù)窗口，自動保存數(shù)據(jù)到手機存儲器中，通過USB接口直接導入工作電腦，數(shù)據(jù)準確、效率高。

圖9　柱上配電終端應用

圖9是利用該工具的無線通信方式完成柱上配電終端的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的查詢、功能參數(shù)的配置，柱上配電終端應用開機準備過程同無線巡檢系統(tǒng)，工程通過APP軟件可以配置配電終端中所有運行參數(shù)，如查詢事件記錄、動作記錄、終端異常記錄等歷史數(shù)據(jù)，還可查詢電壓、電流、功率及開關狀態(tài)等實時數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)全部都選擇保存文檔，同樣，數(shù)據(jù)文檔可以導入工作電腦硬盤。

以上只是3個典型的應用，筆者只是提供一種設計思路，也可以根據(jù)具體的使用或用戶特殊需求開發(fā)更適合自己的APP工具。

結語

參考文獻

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安志國(本科)，現(xiàn)從事電路電力自動化產品的開發(fā)和技術管理工作。

(責任編輯：楊迪娜收修改稿日期：2015-09-14)

Design and Application of Distribution Terminal Equipment APP

An Zhiguo,Zhang Haisu,Li Yingchun,Xin Haibin

(Shijiazhuang Colin Electrical Limited by Share Co.,Ltd.,Shijiazhuang 050222,China)

Abstract：The maintenance tools used in the distribution terminal site have many problems such as carrying,charging and so on, so a design using the MiniUSB port to connect the smart phone and the APP tool is proposed.The APP tool takes the dsPIC33FJ128GP202 as the core,the SX1212 as the wireless communication module,TOSP1838 as the infrared interface,and XR21V1410 as the USB serial chip.The design provides a new way for the engineering maintenance of the distribution terminals and improves the efficiency.

Key words:distribution terminal;APP maintenance tool;wireless communication;infrared communication;MiniUSB

中圖分類號:TP311

文獻標識碼:A