國網(wǎng)陜西省電力公司西安供電公司 李 濤

西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院 黃 凱

西安工程大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 任曉妮 王 凱

一種FTU無接觸維護(hù)方式擴(kuò)展設(shè)計

國網(wǎng)陜西省電力公司西安供電公司 李 濤

西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院 黃 凱

西安工程大學(xué)計算機(jī)學(xué)院 任曉妮 王 凱

針對用戶提出的FTU增加無接觸維護(hù)方式的規(guī)范書，使用藍(lán)牙通信技術(shù)實現(xiàn)了相應(yīng)的功能。硬件設(shè)計方面，在FTU主板上擴(kuò)展從工作角色的藍(lán)牙模塊，同時使用藍(lán)牙模塊、Cortex M3 CPU、128×64液晶顯示器等完成了一種與該FTU配對使用的PDA手持終端設(shè)計。在完成FTU及其配對的PDA的軟件功能擴(kuò)展之后，并對新增功能進(jìn)行了全面檢測，符合用戶的技術(shù)要求。

饋線終端；藍(lán)牙接口；手持終端；無接觸維護(hù)方式

引言

FTU饋線終端已在配網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。FTU一般安裝在配電網(wǎng)送電線路的電線桿上，在對FTU進(jìn)行維護(hù)檢測時，如果采用傳統(tǒng)的異步串口通信方式、操作裝置上的人機(jī)交互界面，都很不方便。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，一些FTU已使用無線通信方式與維護(hù)終端進(jìn)行連接，在桿柱下面即可檢測FTU的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置FTU的配置參數(shù)，不需要爬到控制箱上進(jìn)行連接或操作，使得維護(hù)檢測工作非常方便[1]。針對這一情況，需要對一種已推廣使用的FTU進(jìn)行功能擴(kuò)展，增加無接觸維護(hù)方式的相應(yīng)功能。在比較BlueTooth、Wifi、RF、irDA、GPRS、GSM等多種無線通信手段的優(yōu)缺點之后，借鑒國內(nèi)外同類和相關(guān)產(chǎn)品的實現(xiàn)方法，最終選用藍(lán)牙（Bluetooth）通信方式和PDA手持終端（Personal Digital Assistant）相結(jié)合的方式實現(xiàn)這一功能。這里主要就這一功能的實現(xiàn)原理和方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 藍(lán)牙通信模塊在FTU中的擴(kuò)展

1.1 藍(lán)牙通信技術(shù)選擇

藍(lán)牙技術(shù)[2]實際上是一種短距離無線電技術(shù)，使用“藍(lán)牙”技術(shù)可以將手持終端、便攜式電腦等便于攜帶的移動通信設(shè)備與計算機(jī)設(shè)備實現(xiàn)無線通信連接，不需要借助通信電纜來實現(xiàn)連接。FTU饋線終端俗稱柱上控制器，大多安裝在配網(wǎng)線路的柱上，采用有線連接進(jìn)行維護(hù)檢測時很不方便。面對眾多無線通信技術(shù)，選擇哪一種合適呢？使用Wifi技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)通信很容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，但是所有FTU附近都安裝Wifi路由器成本高、在許多地方實施起來也困難；irDA需要光口對準(zhǔn)，使用起來限制多；GPRS和GSM需要安裝手機(jī)卡，要知道FTU上手機(jī)卡的號碼，每臺FTU檢測都需要選擇輸入手機(jī)號，其手機(jī)流量也產(chǎn)生費(fèi)用；RF和Bluetooth是相對較好的選擇。Bluetooth本身基于RF技術(shù)實現(xiàn)，支持100M的無線通信距離，在PDA和智能手機(jī)上更容易實現(xiàn)。參照國內(nèi)外FTU實現(xiàn)的無接觸維護(hù)的實現(xiàn)手段，最后選擇了藍(lán)牙通信方式。

圖1 HC-05藍(lán)牙模塊

1.2 HC-05藍(lán)牙通信模塊

為了實現(xiàn)FTU與便攜式檢測設(shè)備之間的藍(lán)牙通信連接，這里選用了廣州匯承公司生產(chǎn)的HC-05型藍(lán)牙模塊[3]，如圖1所示。該模塊基于藍(lán)牙2.0規(guī)范，支持-40～70℃寬溫應(yīng)用，在建立藍(lán)牙連接之后，支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸，可以繼承FTU裝置上的MMI板的軟件設(shè)計，簡化PDA手持終端的軟硬件設(shè)計，也滿足FTU戶外運(yùn)行的要求。

1.3 FTU中藍(lán)牙通信模塊擴(kuò)展

根據(jù)FTU原有的硬件設(shè)計資料和HC-05型藍(lán)牙模塊的規(guī)范書進(jìn)行了電路設(shè)計。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)規(guī)范[3-4]，F(xiàn)TU中的藍(lán)牙模塊工作在自動連接工作模式，并處于從工作角色。FTU主板中藍(lán)牙模板擴(kuò)展的電路設(shè)計如圖2所示。

圖2中，HC-05的異步串口接在CPU芯片的UART1口上，模塊的復(fù)位（BT_RST）、控制（BT_KEY）、LED指示（BT_ LED）采用CPU的GPIO實現(xiàn)。由于HC-05安裝在主板上，與外部采用無線連接時，不會引入雷電、涌浪、脈沖群、靜電等干擾，而模塊與CPU的連接不需要光電隔離。

圖2 HC-05在FTU主板中電路設(shè)計

2.PDA手持終端設(shè)計

為了加快項目研究的進(jìn)度，PDA手持終端的軟硬件設(shè)計直接繼承了原FTU的MMI板設(shè)計。原FTU的MMI板基于一款Cortex M3嵌入式CPU設(shè)計，支持128×64 OLED液晶顯示和薄膜鍵盤操作，采用RS232與CPU主板進(jìn)行通信，實現(xiàn)對FTU裝置的就地檢測與維護(hù)。因此，在進(jìn)行PDA手持終端軟硬件設(shè)計時，對原MMI板的軟硬件擴(kuò)展HC-05藍(lán)牙功能和電池充電功能即可，PDA手持終端的組成與工作原理如圖3所示。

圖3 PDA手持終端的組成與工作原理

3.調(diào)試與檢測

制的相關(guān)功能，使其具備透明異步串口數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰ΑＷ源?，PDA手持終端和FTU的面板一樣，可以對FTU進(jìn)行測試和參數(shù)組態(tài)了。經(jīng)過反復(fù)測試和軟件修改之后，所需要無接觸維護(hù)方式的FTU具備了相應(yīng)功能，符合用戶擴(kuò)展設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)。

圖3中，HC-05藍(lán)牙模塊工作在自動工作模式，擔(dān)當(dāng)主工作角色。PDA采用2節(jié)5號可充電電池供電，模板上設(shè)計了電池充電電路，以便對電池進(jìn)行充電處理。充電電路負(fù)責(zé)檢測電池的電壓狀態(tài)，低壓時報警。為了穩(wěn)定PDA的工作電源，電池輸出通過DC/ DC穩(wěn)壓后輸出3.3V供裝置使用。

在確定手持終端的軟硬件設(shè)計方案后，主要的任務(wù)集中在終端的工藝設(shè)計之上。為了簡化項目設(shè)計，這里采用了現(xiàn)成的、液晶屏尺寸相符的手持終端機(jī)殼進(jìn)行工藝設(shè)計。電路板和電池按機(jī)殼的尺寸進(jìn)行布局組裝。

4.結(jié)束語

針對用戶要求對現(xiàn)有FTU進(jìn)行無接觸維護(hù)模式功能擴(kuò)展的要求，在分析現(xiàn)有無線通信手段的適用性基礎(chǔ)上，采用HC-05藍(lán)牙功能模塊擴(kuò)展了裝置的無接觸維護(hù)接口，同時基于裝置自帶的MMI模板，完成了針對該FTU的PDA手持終端的設(shè)計，經(jīng)過逐項功能，所設(shè)計的無接觸維護(hù)模式功能滿足用戶的要求。為了進(jìn)一步完善裝置無接觸維護(hù)模式功能，下一步計劃基于Android平臺設(shè)計一款手機(jī)應(yīng)用軟件，使得用戶通過手機(jī)的藍(lán)牙功能即可對FTU進(jìn)行維護(hù)檢測。

[1]何周,朱晨光,徐銘輝等.基于ARM的饋線自動化終端FTU的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電氣制造,2014(10).

[2]Bluetooth?開發(fā)者門戶.藍(lán)牙技術(shù)介紹[OL].http:// developer.bluetooth.cn/Technology,2017.

[3]廣州匯承信息科技有限公司.HC-05藍(lán)牙串口通信模塊用戶手冊V2.1[OL].2014.

[4]廣州匯承信息科技有限公司.HC-05嵌入式藍(lán)牙串口通訊模塊AT指令V2.1 [OL].2014.

李濤(1971—），男，陜西西安人，工程師，主要從事配電自動化、配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)等方面的研究。

黃凱（1994—），男，陜西西安人，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)的學(xué)習(xí)與研究。

西安市2012年產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計劃-技術(shù)轉(zhuǎn)移促進(jìn)工程（項目編號：CX12185-4）。

在完成FTU藍(lán)牙功能擴(kuò)展和PDA硬件平臺設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試、組裝之后，修改了FTU主板和MMI板的軟件，擴(kuò)展了藍(lán)牙控