一種FTU無接觸維護方式擴展設計

國網陜西省電力公司西安供電公司 李 濤

西安工程大學電子信息學院 黃 凱

西安工程大學計算機學院 任曉妮 王 凱

一種FTU無接觸維護方式擴展設計

國網陜西省電力公司西安供電公司 李 濤

西安工程大學電子信息學院 黃 凱

西安工程大學計算機學院 任曉妮 王 凱

針對用戶提出的FTU增加無接觸維護方式的規范書，使用藍牙通信技術實現了相應的功能。硬件設計方面，在FTU主板上擴展從工作角色的藍牙模塊，同時使用藍牙模塊、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手持終端設計。在完成FTU及其配對的PDA的軟件功能擴展之后，并對新增功能進行了全面檢測，符合用戶的技術要求。

饋線終端；藍牙接口；手持終端；無接觸維護方式

引言

FTU饋線終端已在配網調度自動化系統中廣泛應用。FTU一般安裝在配電網送電線路的電線桿上，在對FTU進行維護檢測時，如果采用傳統的異步串口通信方式、操作裝置上的人機交互界面，都很不方便。隨著無線通信技術的發展，一些FTU已使用無線通信方式與維護終端進行連接，在桿柱下面即可檢測FTU的運行狀態，設置FTU的配置參數，不需要爬到控制箱上進行連接或操作，使得維護檢測工作非常方便[1]。針對這一情況，需要對一種已推廣使用的FTU進行功能擴展，增加無接觸維護方式的相應功能。在比較BlueTooth、Wifi、RF、irDA、GPRS、GSM等多種無線通信手段的優缺點之后，借鑒國內外同類和相關產品的實現方法，最終選用藍牙（Bluetooth）通信方式和PDA手持終端（Personal Digital Assistant）相結合的方式實現這一功能。這里主要就這一功能的實現原理和方法進行詳細介紹。

1 藍牙通信模塊在FTU中的擴展

1.1 藍牙通信技術選擇

藍牙技術[2]實際上是一種短距離無線電技術，使用“藍牙”技術可以將手持終端、便攜式電腦等便于攜帶的移動通信設備與計算機設備實現無線通信連接，不需要借助通信電纜來實現連接。FTU饋線終端俗稱柱上控制器，大多安裝在配網線路的柱上，采用有線連接進行維護檢測時很不方便。面對眾多無線通信技術，選擇哪一種合適呢？使用Wifi技術實現網絡連接和數據通信很容易實現數據通信，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，使用起來限制多；GPRS和GSM需要安裝手機卡，要知道FTU上手機卡的號碼，每臺FTU檢測都需要選擇輸入手機號，其手機流量也產生費用；RF和Bluetooth是相對較好的選擇。Bluetooth本身基于RF技術實現，支持100M的無線通信距離，在PDA和智能手機上更容易實現。參照國內外FTU實現的無接觸維護的實現手段，最后選擇了藍牙通信方式。

圖1 HC-05藍牙模塊

1.2 HC-05藍牙通信模塊

為了實現FTU與便攜式檢測設備之間的藍牙通信連接，這里選用了廣州匯承公司生產的HC-05型藍牙模塊[3]，如圖1所示。該模塊基于藍牙2.0規范，支持-40～70℃寬溫應用，在建立藍牙連接之后，支持數據透明傳輸，可以繼承FTU裝置上的MMI板的軟件設計，簡化PDA手持終端的軟硬件設計，也滿足FTU戶外運行的要求。

1.3 FTU中藍牙通信模塊擴展

根據FTU原有的硬件設計資料和HC-05型藍牙模塊的規范書進行了電路設計。根據藍牙技術規范[3-4]，FTU中的藍牙模塊工作在自動連接工作模式，并處于從工作角色。FTU主板中藍牙模板擴展的電路設計如圖2所示。

圖2中，HC-05的異步串口接在CPU芯片的UART1口上，模塊的復位（BT_RST）、控制（BT_KEY）、LED指示（BT_ LED）采用CPU的GPIO實現。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主板中電路設計

2.PDA手持終端設計

為了加快項目研究的進度，PDA手持終端的軟硬件設計直接繼承了原FTU的MMI板設計。原FTU的MMI板基于一款Cortex M3嵌入式CPU設計，支持128×64 OLED液晶顯示和薄膜鍵盤操作，采用RS232與CPU主板進行通信，實現對FTU裝置的就地檢測與維護。因此，在進行PDA手持終端軟硬件設計時，對原MMI板的軟硬件擴展HC-05藍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.調試與檢測

制的相關功能，使其具備透明異步串口數據傳輸的能力。自此，PDA手持終端和FTU的面板一樣，可以對FTU進行測試和參數組態了。經過反復測試和軟件修改之后，所需要無接觸維護方式的FTU具備了相應功能，符合用戶擴展設計的預期目標。

圖3中，HC-05藍牙模塊工作在自動工作模式，擔當主工作角色。PDA采用2節5號可充電電池供電，模板上設計了電池充電電路，以便對電池進行充電處理。充電電路負責檢測電池的電壓狀態，低壓時報警。為了穩定PDA的工作電源，電池輸出通過DC/ DC穩壓后輸出3.3V供裝置使用。

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

4.結束語

針對用戶要求對現有FTU進行無接觸維護模式功能擴展的要求，在分析現有無線通信手段的適用性基礎上，采用HC-05藍牙功能模塊擴展了裝置的無接觸維護接口，同時基于裝置自帶的MMI模板，完成了針對該FTU的PDA手持終端的設計，經過逐項功能，所設計的無接觸維護模式功能滿足用戶的要求。為了進一步完善裝置無接觸維護模式功能，下一步計劃基于Android平臺設計一款手機應用軟件，使得用戶通過手機的藍牙功能即可對FTU進行維護檢測。

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

[2]Bluetooth?開發者門戶.藍牙技術介紹[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、配電網規劃設計、電網標準化建設等方面的研究。

黃凱（1994—），男，陜西西安人，主要從事電力系統及其自動化專業的學習與研究。

西安市2012年產業技術創新計劃-技術轉移促進工程（項目編號：CX12185-4）。

在完成FTU藍牙功能擴展和PDA硬件平臺設計、生產和調試、組裝之后，修改了FTU主板和MMI板的軟件，擴展了藍牙控