基于FlexRay總線電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FlexRay總線的電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)及方法，本發(fā)明的電源模塊給其它模塊供電。ARM9處理器通過兩路串口RS232模塊分別與標(biāo)準(zhǔn)表和信號源進(jìn)行通信，通過RS485模塊與功率放大器進(jìn)行通信，通過兩路FlexRay總線模塊與誤差機(jī)單元和PC機(jī)進(jìn)行通信，觸摸屏顯示模塊連到ARM9處理器的LCD控制器接口。下載模塊包括JTAG下載電路和USB下載電路，分別連接到ARM9處理器的JTAG接口和USB接口。本發(fā)明的主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力提升，數(shù)據(jù)傳輸速度快，誤差機(jī)單元數(shù)量增多，系統(tǒng)可靠性提高，功能更加完善，檢定效率更高，用戶界面更加優(yōu)化。
【專利說明】基于FIexRay總線電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電能表校驗(yàn)裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于FlexRay總線電能表 校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 繼國家電網(wǎng)公司提出智能電表技術(shù)規(guī)范后，為提高檢定系統(tǒng)工作效率，不斷推出 大量集中式、流水線式智能表電能表檢定方案。為提高檢定效率，最常用的方法是利用分布 式控制系統(tǒng)的技術(shù)，增加同時檢定電能表的數(shù)量。目前，各電能表校驗(yàn)裝置生產(chǎn)廠家普遍采 用RS485總線或CAN總線實(shí)現(xiàn)多工位電能表的校驗(yàn)。但受限于總線的傳輸速率和可靠性， 以及主控系統(tǒng)控制器的處理速度，能同時檢測的電能表數(shù)量較少，并且還存在檢定周期長、 效率低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于FlexRay總線電能表校 驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)及方法。新興的FlexRay汽車總線采用冗余備份的方法進(jìn)行雙線通信， 當(dāng)其中一根通信線路故障時，可以由另一根線路承擔(dān)單線通信任務(wù)；每個通道的速度均達(dá) 到10Mbps，與CAN相比，可用的帶寬提高了 10?40倍。本發(fā)明采用ARM9為控制核心，以 FlexRay總線為主要通信方式，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，增加了誤差機(jī)單元的數(shù)量，提高了系 統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的速度，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0004] 本發(fā)明基于FlexRay總線的電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)，包括ARM9處理器模塊，兩 路串口 RS232模塊，一路串口 RS485模塊，兩路FlexRay總線模塊，觸摸屏顯示模塊，下載模 塊，電源模塊。
[0005] 電源模塊以5V供電，通過DC-DC升降壓給其它模塊供電。ARM9處理器通過兩路串 口 RS232模塊分別與標(biāo)準(zhǔn)表和信號源進(jìn)行通信，通過RS485模塊與功率放大器進(jìn)行通信，通 過兩路FlexRay總線模塊與誤差機(jī)單元和PC機(jī)進(jìn)行通信，每路FlexRay總線模塊最多可掛 載64個節(jié)點(diǎn)，其中可掛載一個主控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，一個PC機(jī)節(jié)點(diǎn)，62個誤差機(jī)單元節(jié)點(diǎn)。兩 路FlexRay總線模塊總共可掛載128個節(jié)點(diǎn)，能同時掛載124個誤差機(jī)單元。觸摸屏顯示 模塊連到ARM9處理器的IXD控制器接口。下載模塊包括JTAG下載電路和USB下載電路， 分別連接到ARM9處理器的JTAG接口和USB接口。
[0006] 每一路FlexRay總線模塊包含一片MFR4310芯片，兩片TJA1080芯片；S3C2440是 核心處理器，MFR4310是FlexRay總線的通信控制器，TJA1080是FlexRay總線的總線控制 器；MFR4310與S3C2440的SRAM存儲器接口相連，MFR4310芯片的D0?D15管腳連接到 S3C2440芯片的SRAM存儲器接口數(shù)據(jù)總線D0?D15管腳，MFR4310芯片的A0?All管腳連 接到S3C2440芯片的SRAM存儲器接口地址總線A0?All管腳，MFR4310芯片的WE#、RE#、 CE#管腳分別與S3C2440芯片的SRAM存儲器接口的寫使能管腳WE、讀使能管腳RE、片選信 號CSn相連，MFR4310芯片的INT_CC#管腳與S3C2440芯片的一個外部中斷管腳IRQn相連， 該中斷信號需經(jīng)一個電阻上拉到3. 3V電源，電阻大小可選擇10ΚΩ，MFR4310芯片的復(fù)位 管腳RESET可與S3C2440的一個普通GPIO管腳相連。
[0007] MFR4310芯片與兩片TJA1080芯片相連，MFR4310芯片的#IF_SEL0管腳通過一 個上拉電阻接到3. 3V電源，#IF_SEL1/TXD1管腳通過一個下拉電阻到地，電阻大小可選擇 10ΚΩ。MFR4310 芯片的 IF_SEL1/TXD1 管腳與一片 TJA1080 芯片的 RXD 管腳相連，MFR4310 芯片的RXD1與TJA1080芯片的TXD管腳相連，，MFR4310芯片的TXEN1管腳與TJA1080芯片 的TXEN管腳相連，MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管腳分別與另一片TJA1080芯片RXD、 TXD、TXEN管腳相連，兩片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管腳均需接地，TJA1080芯片的BM、 BP管腳共同組成了 FlexRay總線的一個通道，F(xiàn)lexRayl與FlexRay2共同組成了 FlexRay 總線的雙通道。
[0008] 基于FlexRay總線電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)的控制方法，具體包括以下步驟： 步驟1 :通過觸摸屏設(shè)定被檢表參數(shù)。即設(shè)定被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流、電表常 數(shù)。被檢表參數(shù)設(shè)定完畢后，將被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流通過第一串口 RS232模塊 發(fā)送給標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過串口 RS485模塊發(fā)送給功率放大器。電表常數(shù)通過FlexRay總線 發(fā)送給誤差機(jī)單元和PC機(jī)。
[0009] 步驟2 :通過觸摸屏選擇檢定內(nèi)容。將檢定內(nèi)容通過FlexRay總線發(fā)送給誤差機(jī) 單元和PC機(jī)。
[0010] 步驟3 :設(shè)定輸出電壓、輸出電流、功率因素、頻率。設(shè)定完畢后將這些參數(shù)通過第 二串口 RS232模塊發(fā)送給信號源，信號源輸出三相電壓和三相電流信號，電壓信號和電流 信號經(jīng)功率放大器放大，接到標(biāo)準(zhǔn)電能表上。表準(zhǔn)電能表將當(dāng)前的三相電源實(shí)際輸出值通 過第一串口 RS232模塊返回給主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)計(jì)算設(shè)定值與當(dāng)前輸出的差值，重新調(diào) 整信號源輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整，直到調(diào)整到符合要求的輸出值。
[0011] 步驟4 :信號源調(diào)整完畢后，主控系統(tǒng)通過FlexRay總線向誤差機(jī)單元發(fā)送開始測 試命令。誤差機(jī)單元在一次測試完成時，將測試數(shù)據(jù)通過FlexRay總線發(fā)送給主控系統(tǒng)和 PC機(jī)進(jìn)行處理，處理完成后將測試數(shù)據(jù)保存到PC機(jī)。
[0012] 步驟5 :停止測試。通過第二串口 RS232模塊給信號源發(fā)送停止命令，信號源將電 壓、電流信號都降到〇。同時通過FlexRay總線給誤差機(jī)單元發(fā)送停止測試命令。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是主控系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力提升，數(shù)據(jù)傳輸速 度快，誤差機(jī)單元數(shù)量增多，系統(tǒng)可靠性提高，功能更加完善，檢定效率更高，用戶界面更加 優(yōu)化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1為電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為FlexRay總線模塊制動節(jié)點(diǎn)硬件接線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0016] 如圖1所示，主控系統(tǒng)包括電源模塊，下載模塊，觸摸屏顯示模塊，ARM9處理器模 塊，兩路串口 RS232模塊，串口 RS485模塊，兩路FlexRay總線模塊。主控系統(tǒng)通過兩路串 口 RS232模塊分別與標(biāo)準(zhǔn)表和信號源進(jìn)行通信，通過串口 RS485模塊與功率放大器進(jìn)行通 信，通過兩路FlexRay總線模塊與誤差機(jī)單元和PC機(jī)通信。
[0017] 電源模塊以5V電源作為輸入，通過DC-DC芯片LM1117-3. 3降到3. 3V給ARM9處 理器模塊供電，其余模塊均以5V電壓供電。
[0018] ARM9處理器模塊可選用S3C2440核心板，該核心板處理器為S3C2440,主頻達(dá)到 400MHz。該模塊具有豐富的外設(shè)資源，其中包括64M的SDRAM和64M的Nand Flash。
[0019] 下載模塊包括JTAG下載電路和USB下載電路，JTAG下載電路連接到S3C2440的 JTAG接口，USB下載電路連接到S3C2440的USB 口。
[0020] 觸摸屏顯示模塊的顯示屏可選用群創(chuàng)AT070TN83的7寸屏，該顯示屏的分辨率為 800*480,顏色深度為18位，觸摸屏可選用800*480的電阻觸摸屏。顯示屏連接到S3C2440 的IXD控制器接口，觸摸屏連接到S3C2440核心板的四線電阻式觸摸屏接口。
[0021] 串口 RS232模塊可選用MAX232芯片，RS485模塊可選用MAX485芯片，串口通信模 塊均采用光耦隔離，增加系統(tǒng)的可靠性。
[0022] FlexRay總線模塊包含通信控制器和總線控制器，F(xiàn)lexRay通信控制器選擇飛思 卡爾公司的MFR4310, FlexRay總線控制器選擇恩智浦公司的TJA1080,主控系統(tǒng)與誤差機(jī) 單元和PC機(jī)之間的連接方式采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳輸媒介采用雙絞線。每一路FlexRay 總線模塊需要一片MFR4310,兩片TJA1080,因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要兩路FlexRay總線模塊，所以需 要兩片MFR4310,四片TJA1080。每一路FlexRay總線模塊可掛載64個節(jié)點(diǎn)，則兩路共可掛 載128個節(jié)點(diǎn)。每一路都需掛載一個主控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，一個PC機(jī)的節(jié)點(diǎn)，因此每一路可掛 載誤差機(jī)單元節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為62個，兩路則可掛載124個誤差機(jī)單元節(jié)點(diǎn)。每一路FlexRay 總線具有雙通道，盡管每一個通道可以進(jìn)行獨(dú)立傳輸，但為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，雙通 道用作冗余備份，即第一通道用來進(jìn)行正常傳輸，第一通道出現(xiàn)故障時采用第二通道傳輸。
[0023] 如圖2所示，S3C2440是核心處理器，MFR4310是FlexRay總線的通信控制器， TJA1080是FlexRay總線的總線控制器，每一路FlexRay總線模塊包含一片MFR4310芯片， 兩片TJA1080芯片。MFR4310與S3C2440的SRAM存儲器接口相連，MFR4310芯片的D0? D15管腳連接到S3C2440芯片的SRAM存儲器接口數(shù)據(jù)總線D0?D15管腳，MFR4310芯片的 A0?All管腳連接到S3C2440芯片的SRAM存儲器接口地址總線A0?All管腳，MFR4310 芯片的WE#、RE#、CE#管腳分別與S3C2440芯片的SRAM存儲器接口的寫使能管腳WE、讀使 能管腳RE、片選信號CSn相連，MFR4310芯片的INT_CC#管腳與S3C2440芯片的一個外部 中斷管腳IRQn相連，該中斷信號需經(jīng)一個電阻上拉到3. 3V電源，電阻大小可選擇10ΚΩ， MFR4310芯片的復(fù)位管腳RESET可與S3C2440的一個普通GPI0管腳相連。
[0024] MFR4310芯片與兩片TJA1080芯片相連，MFR4310芯片的#IF_SEL0管腳通過一 個上拉電阻接到3. 3V電源，#IF_SEL1/TXD1管腳通過一個下拉電阻到地，電阻大小可選擇 10ΚΩ。MFR4310 芯片的 IF_SEL1/TXD1 管腳與一片 TJA1080 芯片的 RXD 管腳相連，MFR4310 芯片的RXD1與TJA1080芯片的TXD管腳相連，，MFR4310芯片的TXEN1管腳與TJA1080芯片 的TXEN管腳相連，MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管腳分別與另一片TJA1080芯片RXD、 TXD、TXEN管腳相連，兩片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管腳均需接地，TJA1080芯片的BM、 BP管腳共同組成了 FlexRay總線的一個通道，F(xiàn)lexRay 1與FlexRay2共同組成了 FlexRay 總線的雙通道。
[0025] 基于FlexRay總線電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)的控制方法，具體包括以下步驟： 步驟1 :通過觸摸屏設(shè)定被檢表參數(shù)。即設(shè)定被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流、電表常 數(shù)。被檢表參數(shù)設(shè)定完畢后，將被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流通過第一串口 RS232模塊 發(fā)送給標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過串口 RS485模塊發(fā)送給功率放大器。電表常數(shù)通過FlexRay總線 發(fā)送給誤差機(jī)單元和PC機(jī)。
[0026] 步驟2 :通過觸摸屏選擇檢定內(nèi)容。將檢定內(nèi)容通過FlexRay總線發(fā)送給誤差機(jī) 單元和PC機(jī)。
[0027] 步驟3 :設(shè)定輸出電壓、輸出電流、功率因素、頻率。設(shè)定完畢后將這些參數(shù)通過第 二串口 RS232模塊發(fā)送給信號源，信號源輸出三相電壓和三相電流信號，電壓信號和電流 信號經(jīng)功率放大器放大，接到標(biāo)準(zhǔn)電能表上。表準(zhǔn)電能表將當(dāng)前的三相電源實(shí)際輸出值通 過第一串口 RS232模塊返回給主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)計(jì)算設(shè)定值與當(dāng)前輸出的差值，重新調(diào) 整信號源輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整，直到調(diào)整到符合要求的輸出值。
[0028] 步驟4:信號源調(diào)整完畢后，主控系統(tǒng)通過FlexRay總線向誤差機(jī)單元發(fā)送開始測 試命令。誤差機(jī)單元在一次測試完成時，將測試數(shù)據(jù)通過FlexRay總線發(fā)送給主控系統(tǒng)和 PC機(jī)進(jìn)行處理，處理完成后將測試數(shù)據(jù)保存到PC機(jī)。
[0029] 步驟5 :停止測試。通過第二串口 RS232模塊給信號源發(fā)送停止命令，信號源將電 壓、電流信號都降到〇。同時通過FlexRay總線給誤差機(jī)單元發(fā)送停止測試命令。
【權(quán)利要求】
1. 基于FlexRay總線的電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)，包括ARM9處理器模塊，兩路串口 RS232模塊，一路串口 RS485模塊，兩路FlexRay總線模塊，觸摸屏顯示模塊，下載模塊，電源 模塊； 電源模塊以5V供電，通過DC-DC升降壓給其它模塊供電；ARM9處理器通過兩路串口 RS232模塊分別與標(biāo)準(zhǔn)表和信號源進(jìn)行通信，通過RS485模塊與功率放大器進(jìn)行通信，通過 兩路FlexRay總線模塊與誤差機(jī)單元和PC機(jī)進(jìn)行通信，每路FlexRay總線模塊最多可掛載 64個節(jié)點(diǎn)，其中可掛載一個主控系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)，一個PC機(jī)節(jié)點(diǎn)，62個誤差機(jī)單元節(jié)點(diǎn)；兩路 FlexRay總線模塊總共可掛載128個節(jié)點(diǎn)，能同時掛載124個誤差機(jī)單元；觸摸屏顯示模塊 連到ARM9處理器的LCD控制器接口；下載模塊包括JTAG下載電路和USB下載電路，分別連 接到ARM9處理器的JTAG接口和USB接口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FlexRay總線的電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)；其特征在 于：所述的每路FlexRay總線模塊包含一片MFR4310芯片，兩片TJA1080芯片；S3C2440是 核心處理器，MFR4310是FlexRay總線的通信控制器，TJA1080是FlexRay總線的總線控制 器；MFR4310與S3C2440的SRAM存儲器接口相連，MFR4310芯片的DO?D15管腳連接到 S3C2440芯片的SRAM存儲器接口數(shù)據(jù)總線DO?D15管腳，MFR4310芯片的A0?A11管腳連 接到S3C2440芯片的SRAM存儲器接口地址總線A0?All管腳，MFR4310芯片的WE#、RE#、 CE#管腳分別與S3C2440芯片的SRAM存儲器接口的寫使能管腳WE、讀使能管腳RE、片選信 號CSn相連，MFR4310芯片的INT_CC#管腳與S3C2440芯片的一個外部中斷管腳IRQn相連， 該中斷信號需經(jīng)一個電阻上拉到3. 3V電源，電阻大小可選擇10ΚΩ，MFR4310芯片的復(fù)位 管腳RESET可與S3C2440的一個普通GPI0管腳相連； MFR4310芯片與兩片TJA1080芯片相連，MFR4310芯片的#IF_SEL0管腳通過一個上拉 電阻接到3. 3V電源，#IF_SEL1/TXD1管腳通過一個下拉電阻到地，電阻大小可選擇10ΚΩ ; MFR4310芯片的IF_SEL1/TXD1管腳與一片TJA1080芯片的RXD管腳相連，MFR4310芯片的 RXD1與TJA1080芯片的TXD管腳相連，，MFR4310芯片的TXEN1管腳與TJA1080芯片的TXEN 管腳相連，MFR4310芯片的TXD2、RXD2、RXEN2管腳分別與另一片TJA1080芯片RXD、TXD、 TXEN管腳相連，兩片TJA1080芯片的TRXD0、TRXD1管腳均需接地，TJA1080芯片的BM、BP管 腳共同組成了 FlexRay總線的一個通道，F(xiàn)lexRay 1與FlexRay2共同組成了 FlexRay總線 的雙通道。
3. -種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的基于FlexRay總線的電能表校驗(yàn)裝置主控系統(tǒng)的控制方 法，其特征在于 ： 步驟1 :通過觸摸屏設(shè)定被檢表參數(shù)；即設(shè)定被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流、電表常 數(shù)；被檢表參數(shù)設(shè)定完畢后，將被檢表類型、額定電壓、標(biāo)定電流通過第一串口 RS232模塊 發(fā)送給標(biāo)準(zhǔn)電能表，通過串口 RS485模塊發(fā)送給功率放大器；電表常數(shù)通過FlexRay總線發(fā) 送給誤差機(jī)單元和PC機(jī)； 步驟2 :通過觸摸屏選擇檢定內(nèi)容；將檢定內(nèi)容通過FlexRay總線發(fā)送給誤差機(jī)單元和 PC機(jī)； 步驟3 :設(shè)定輸出電壓、輸出電流、功率因素、頻率；設(shè)定完畢后將這些參數(shù)通過第二串 口 RS232模塊發(fā)送給信號源，信號源輸出三相電壓和三相電流信號，電壓信號和電流信號 經(jīng)功率放大器放大，接到標(biāo)準(zhǔn)電能表上；表準(zhǔn)電能表將當(dāng)前的三相電源實(shí)際輸出值通過第 一串口 RS232模塊返回給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)計(jì)算設(shè)定值與當(dāng)前輸出的差值，重新調(diào)整信 號源輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整，直到調(diào)整到符合要求的輸出值； 步驟4:信號源調(diào)整完畢后，主控系統(tǒng)通過FlexRay總線向誤差機(jī)單元發(fā)送開始測試命 令；誤差機(jī)單元在一次測試完成時，將測試數(shù)據(jù)通過FlexRay總線發(fā)送給主控系統(tǒng)和PC機(jī) 進(jìn)行處理，處理完成后將測試數(shù)據(jù)保存到PC機(jī)； 步驟5 :停止測試；通過第二串口 RS232模塊給信號源發(fā)送停止命令，信號源將電壓、電 流信號都降到〇 ;同時通過FlexRay總線給誤差機(jī)單元發(fā)送停止測試命令。
【文檔編號】G01R35/04GK104101858SQ201410311990
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】高明煜, 周偉偉, 黃繼業(yè), 曾毓, 吳占雄 申請人:杭州電子科技大學(xué)