一种手持式虚拟回路测试仪的制作方法

本发明涉及智能硬件技术领域，尤其涉及一种手持式虚拟回路测试仪。

背景技术：

随着智能电移到了现网的建设，有越来越多的数字化变电站在全国的电网建设或投运。数字化变电站改变了传统变电站继电保护装置的结构，采集部分与开入开出等组件安装在现场，以高速光纤或以太网与保护装置进行连接。数字站内，所有的电缆连接变成了少量的通信线，也就是说站内装置的电气连接从电缆硬连接变成了数字通讯。变电站运营前的调试、日常的维护手段相应地发生了巨大的变化。

传统站时代，通常用CAD端子排图、二次回路图等来描述站内设备的二次电气连接，现场施工与调试是按照CAD图纸，用电缆将这些装置连接起来，并进行回路检测，以确保电气连接的正确性。但在数字站时代，生产调试人员所熟悉的端子排没有了，代之以看不到、摸不着的虚拟端子排与虚拟的电气连接，原有的回路测试手段完全用不上，需要有一种新的手断来验证虚拟端子排电气连接的正确性。

目前，在数字站一般采用如下方式来验证虚拟端子排连接的正确性：一人在现场直接短接物理触点（如：开关位置、刀闸位置等）或直接施加模拟量，其他人分别在保护装置处、后台监控处、故障录波处等需要监视的部位，分别观察各装置的显示与反应。这种方式需要多人协调工作，效率低下，不直观，最重要的是，这种方式往往并不能完全反应全部的虚拟电气连接，存在测试上的盲点。这种测试方法自动化程度低，工作量大，不能满足生产要求。因此，有必要设计一种手持式虚拟回路测试仪提高测试效率。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种自动化程序高，携带方便，满足现代生产企业高效率调试、维护要求的虚拟回路测试仪。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，提供一种用于手持式虚拟回路测试仪，其包括：

主控电路，采用ARM芯片配合嵌入式的操作系统；

协处理控制电路，采用FPGA芯片，与主控电路连接，受主控电路控制；

存储电路，与主控电路连接，用于保存数据，能在掉电后也能确保数据不丢失；

USB接口电路，与主控电路连接，提供2个USB接口，能连接U盘和鼠标，用于数据

存储和文件读取及方便人机交互的操作；

人机接口电路，与主控电路连接，包括键盘、显示及触摸屏电路，作为必要的人机交互

界面，实现参数设置及结果显示；

以太网通信电路，与主控电路连接，用于与PC机数据通信，作为一种补充的操作方式，实现通过PC机对仪器的实时操作、结果显示和数据分析及保存；优选的，所述的以太网通信电路的速度为10/100/1000Mbps自适应。

锂电池电量测量电路，与协处理控制电路连接，受主控电路控制实时测量锂电池的电流消耗状况和电压，以估算电池剩余的使用时间；

实时时钟电路，与协处理控制电路连接，受主控电路控制实现实时时钟的设定和读取；

测试通信电路，与协处理控制电路连接，实现主控电路与外部被测装置的通讯；所述的测试通讯电路包括光纤串口、B码类型和SFP通信模块接口；所述的SFP通信模块接口能自动适应5种形式的SFP接口通信模块：（1）155Mbs 1310nm的光纤网口模块，（2）1.25Gps 850nm的光纤网口模块，（3）100Mbps的SFP接口以太网模块，（4）10/100/1000Mbps自适应的SFP接口以太网模块，（5）1000Mbps的SFP接口以太网模块。

具体的，所述的SFP通信模块接口有3个，均能读取SFP接口的光纤网口模块的光功率；所述的5种形式的SFP接口通信模块能以任意组合形式插入在所述的3个SFP通信模块接口中。

通信指示灯电路，与协处理控制电路连接，受协处理控制电路控制，实时显示测试通信电路的连接及通信等状态。

优选的，所述的协处理控制电路与通信指示灯电路之间信号通过光耦隔离传递；所述的通信指示灯电路采用串行转并行方式驱动指示灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：所述测试仪自动化程度高，携带方便，通信接口兼容性高，能够快速完成数字化变电站装置之间虚拟回路的调试和维护。

附图说明

图1是所述测试仪组成结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明：

本发明所提出的测试仪可对数字化变电站全站配置的保护、测控装置等装置与装置之间的通讯连接进行测试，与描述全站配置的SCD文件进行匹配，已验证实际装置的互联配置是否正确。

如图1，该实施例中虚拟回路测试仪包括主控电路及与主控电路连接的协处理控制电路、存储电路、USB接口电路、人机接口电路、以太网通信电路、串口调试电路，还有与协处理控制电路连接的锂电池电量测量电路、实时时钟电路、测试通信电路和通信指示灯电路。

其中，主控电路采用ARM芯片配合嵌入式的操作系统实现，ARM 控制器与DSP相比，具有外围接口丰富等优点，协处理控制电路采用FPGA实现，FPGA具有配置灵活、IO口多、适合做实时控制和大规模数据处理等优点，将需实时处理的测试通信电路由FPGA控制。ARM与FPGA通过总线连接，ARM采用DMA方式与FPGA交互数据。

存储电路采用Nand Flash，用于存储数据；由ARM通过Usb Hub将自身的一个Usb接口扩展出2个供外部使用的USB接口，连接U盘和鼠标，用于数据存储和文件读取及方便人机交互的操作。

键盘、显示及触摸屏电路，作为必要的人机交互界面，实现参数设置及结果显示。其中，键盘由ARM通过SPI总线连接键盘显示芯片ZLG7289B实现。ZLG7289B可连接多达64键的键盘矩阵，按键是否有键按下、取消、键的识别等工作全部交给该芯片完成，一旦有按键事件发生，ZLG7289B通过中断通知主控电路处理，从而大大减轻了ARM的工作。ARM自带有LCD电路，完成人机界面的显示。ARM芯片通过另外一个USB接口与USB触摸屏连接，完成人机界面的操作。触摸屏与大小相同的LCD显示屏叠装，实现显示与触控位置对应。

以太网通信电路，用于与PC机数据通信，实现通过PC机对仪器的操作、结果显示和数据分析及保存，这种操作方式是键盘、显示及触摸屏人机界面的一种补充操作方式。

锂电池电量测量电路，采用IIC接口的LTC2942IDCB芯片实时测量锂电池的电流消耗状况和电压，以估算电池剩余的使用时间。实时时钟电路，采用IIC接口的PCF8563芯片，实现实时时钟的设定和读取。手持式设备受尺寸、电池放置位置、电磁兼容等限制，锂电池电量测量电路与实时时钟电路之间的距离可能会较远，将IIC总线直接与ARM连接可能PCB走线比较长，可能会造成IIC数据读取偶尔不稳定。为此采用间接操作方式，先将ARM通过IIC总线与FPGA连接，FPGA另外输出两根IO线模拟IIC总线与锂电池电量测量电路与实时时钟电路连接，以获得稳定的数据。

测试通信电路，包括光纤串口、B码类型和SFP通信模块接口，与协处理控制电路连接，实现主控电路与外部被测装置的通讯。FPGA与SFP通信模块接口之间采用SGMII方式连接，并采用IIC总线访问SFP通信模块的内部寄存器，读取SFP通信模块的状态，以判断SFP通信模块的类型（光口或以太网口）、通信速度、光功率（仅限于SFP光纤通信模块）等。根据SFP通信模块的类型，FPGA自动在SGMII与SERDES之间切换（SGMII与SERDES物理层上一样，协议上SERDES与SGMII略有不同），从而能自动适应5种形式的SFP接口通信模块：（1）155Mbs 1310nm的SFP接口光纤网口模块，（2）1.25Gps 850nm的SFP接口光纤网口模块，（3）100Mbps的SFP接口以太网模块，（4）10/100/1000Mbps自适应的SFP接口以太网模块，（5）1000Mbps的SFP接口以太网模块。因为，SGMII的接口速率高达1.25Gbps，因此必须选用带高速IO类型的FPGA。

通信指示灯电路，受协处理控制电路控制，通过亮灯、闪烁、改变闪烁的频率等方式实时显示测试通信电路的连接及通信等状态。每个通信口的发送、接收各自对应一个指示灯，对应的通信灯指示灯比较多。为了节省FPGA的IO口和减少PCB的走线，采用串行转并行方式只需少量几根FPGA的IO口扩展出更多的IO。串行转并行扩展可以选用8位的移位寄存器74HC595，多片移位寄存器串接可以扩展出更多的IO线。

串口调试电路采用RS-232通信方式，在测试仪运行时向终端输出关键信息，便于厂家跟踪测试仪的运行状态，还能用于升级程序。

上述主控电路、协处理控制电路、存储电路、USB接口电路、键盘、显示及触摸屏电路、以太网通信电路、串口调试电路，锂电池电量测量电路、实时时钟电路、测试通信电路等设置在同一块电路板上，其作为本测试仪的主控板。由于硅胶键盘的按键位比较多，为了方便操作，键与键之间需留有足够的空间，因此硅胶键盘的实际占用面积较大，而作为一款手持式设备从便携方面考虑势必不能太大，为节约空间，将硅胶键盘物理触点单独设计一块电路板，采用插针连接的方式将该键盘板扣置在主控板上，主控板与键盘板之间采用3mm高的塑料垫片支撑，并锁上螺丝紧固。同理，通信指示灯电路也单独设计一块电路板，采用插针连接方式，放置在主控板靠通信接口的上方，指示灯的位置与通信接口一一对应。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式，除此之外，本发明还可以有其他实现方式。也就是说，在没有脱离本发明构思的前提下，任何显而易见的替换也应落入本发明的保护范围之内。