专利名称：具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力行业的电力负荷监控管理系统，尤其涉及一种具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端。
背景技术：
目前电力行业的电力负荷监控管理系统终端的结构模式主要有单微处理器模式、多微处理器及并行总线模式、多微处理器及I2C总线模式、485总线以及最新出现的CAN(控制器局域网，下同)总线模式。
在单微处理器结构的电力负荷监控管理系统终端中，由于主控模块采用单微处理器，对电力系统负荷监控管理的处理能力有限，无法应对日益增加的管理功能，同时也不利于电磁兼容性的提高；另外，外围模块的通信和控制都是通过单微处理器的I/O口进行，在外围模块中没有微处理器，该类型的终端没有可扩展性，现在已基本不采用该类技术。
在多微处理器及并行总线结构的电力负荷监控管理系统终端中，采用了多微处理器及I2C总线进行通信，虽然是两线制通信，且速率有所提高，而且支持多主通信，但该总线采用电阻上拉方式产生高电平，驱动能力差，无法总线隔离；抗干扰能力差，通信距离短，只能象并行总线一样实现终端机壳内部的通信；由于总线采用的不是差分通信方式，对地线的要求很高，所以实际上是三线制通信，这三根导线中的任一根均不能断开或受到较强的干扰，使系统终端运行可靠性差。
在485总线结构的电力负荷监控管理系统终端中，由于485接口的芯片内部没有寄存器，也没有仲裁机构，所以485接口存在以下缺陷虽然是两线制通信，但由于通信速率较低，无法提供数据传送率高的模块间通信；485通信方式不支持多主通信，实时性差，相邻两个模块之间的通信只能通过主节点转发，占用总线的时间较长，当数据流量很高时，会影响到整体通信效率；同时485通信方式不支持总线仲裁；也不支持总线检错；发送节点无法确认通信的正确性；如果有一个节点出故障，会使整个通信网络瘫痪；并且不支持总线网络内模块的优先级，在485通信网络内只能有一个主节点，而且485通信只能由主节点来发起和终止，从节点则没有这个权利，从而易造成在运行中历史数据丢失，影响数据的完整性。
而在最新的CAN总线结构的电力负荷监控管理系统终端中(本申请人正在申请之中，申请号为200410053132.7、200420081072.5)，它充分地利用了CAN总线的特性，将CAN接口并接在电缆上，CAN接口与主控模块连接，同时CAN接口也与上述各功能模块中任一功能模块连接，或与所有功能模块连接，通过控制器局域网与该模块之间双向传送数据和控制信号，这种监控管理系统终端比485总线结构的监控管理系统终端更为先进，它能实现各模块间的高速，多主，实时，抗干扰，高可靠的数据通信，以此来对电力负荷进行有效地监控。但是，如同任何一项先进技术一样，该系统终端也不可避免地存在一些缺陷，如CAN总线中，由于受CAN收发器的限制，最多只能有110个CAN节点，因此限制了其扩展其它待开发的功能；由于受CAN接口之间的最大通讯距离只有10Km的限制，因此对于超过10Km以上的距离就不能实现有效地监控；CAN接口内部网与CAN外部网之间无法实现隔离。
发明内容
本实用新型的目的是针对传统的电力负荷监控管理系统终端中存在的上述缺点，提供一种具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，以实现模块间的高速，多主，实时，抗干扰，高可靠的数据通信，对电力负荷有效地监控的同时，还能对其它需要监控的电力参数进行远距离监控。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，该系统终端包括主控模块、若干个功能模块，主控模块与各模块之间通过电缆连接构成局域网，所述的局域网是控制器局域网，该控制器局域网中至少包括一对CAN接口，CAN接口均并接在电缆上，其中一CAN接口与主控模块连接，其余CAN接口与所述若干个功能模块中任一功能模块连接，主控模块与功能模块之间通过控制器局域网双向传送数据和控制命令；所述的电缆上还并接有与外部CAN设备连接的CAN中继器。
所述的CAN中继器还包括第一中继CAN接口、逻辑电路，第一中继CAN接口与逻辑电路双向连接，逻辑电路为一个双向驱动电路，逻辑电路通过TDA端口向第一中继CAN接口发送数据，第一中继CAN接口将接收到的数据发送到逻辑电路RDA端口。
所述的CAN中继器进一步包括光电隔离电路、第二中继CAN接口，光隔离电路与逻辑电路、第二中继CAN接口均为双向连接，逻辑电路通过TDB端口向光电隔离电路发送数据，光电隔离电路通过RDB端口向逻辑电路发送数据，光电隔离电路通过TD1端口发送数据给第二中继CAN接口，第一中继CAN接口通过RD1端口发送数据给光电隔离电路。
该监控管理系统终端进一步包括两组电源，其中一组电源电路分别对第一中继CAN接口、逻辑电路、光电隔离电路供电，另外一组电源通过DC/DC变换器对光电隔离电路、第二中继CAN接口供电。
所述的控制器局域网的电缆上可扩展并接若干个CAN接口，该若干个CAN接口分别连接各功能模块。
所述的功能模块包括抄表模块、脉冲遥信模块、遥控模块、显示模块，抄表模块、脉冲遥信模块、遥控模块、显示模块均分别与CAN接口连接，且通过CAN接口并接在控制器局域网的电缆上。
本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端由于采用上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1、由于在局域网的电缆上并接了与外部CAN设备连接的CAN中继器，可以成倍地提高CAN通讯距离和增加CAN节点数目。因此，该管理系统终端不受10Km的通讯距离限制，能根据需要来进行更远距离的监控，而且还能根据需要来扩展其它的功能。
2、由于在第一中继CAN接口与第二中继CAN接口之间采用了光电隔离电路，实现两个中继CAN接口的完全隔离，使CAN通道的数据进行“透明”转发。提高了CAN中继器本身的抗干扰能力，大大提高了系统终端在恶劣环境中使用的可靠性，操作简单，可靠性高，故障率极低。
通过以下对本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中图1为485总线结构的电力负荷监控管理系统终端电原理框图。
图2为专利申请号200410053132.7所披露的电力负荷监控管理系统终端的电原理框图。
图3为专利申请号200410053132.7所披露的可扩展CAN接口的电力负荷监控管理系统终端的电原理框图。
图4为本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的电原理框图。
图5为本实用新型的电力负荷监控管理系统终端中的CAN中继器电原理框图。
图6为本实用新型的CAN中继器电路原理示意图。
图7为CAN接口电原理框图。
图8是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的CAN总线标准帧的图表。
图9是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的CAN总线扩展帧的图表。
图10是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的主控模块电原理框图。
图11是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的抄表模块电原理框图。
图12是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的遥控、脉冲遥信模块电原理框图。
图13是本实用新型具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的显示模块电原理框图。
具体实施方式
本实用新型是具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，用于系统内用户侧的数据采集及监控任务。
为了能更好地理解本实用新型的监控管理系统终端，先对专利申请号为200410053132.7所披露的电力负荷监控管理系统终端进行解绍，请先结合图2、图3所示，在该电力负荷监控管理系统终端中，主要包括主控模块1、若干个功能模块及与各模块连接的控制器局域网8，该控制器局域网8的CAN接口81并接在电缆82上。在该控制器局域网8中至少包括一对CAN接口81，其中一CAN接口81与主控模块1连接，另一CAN接口81与所述若干个功能模块中任一功能模块连接；通过控制器局域网8与该模块之间双向传送数据和控制信号。
功能模块又包括抄表模块2、脉冲遥信模块3、遥控模块4、显示模块5、通信模块6及电源模块7，抄表模块2、脉冲遥信模块3、遥控模块4、显示模块5分别连接CAN接口81，通过CAN接口81并接在控制器局域网8的电缆82上；主控模块1通过COM线与通信模块6连接，主控模块1通过通信模块6与调度中心W1通信，双向发送数据；抄表模块2通过电缆线与电网中电表W2双向连接；脉冲遥信模块3通过导线与外部开关量设备和电能表的电能量脉冲输出W3连接；遥控模块4通过导线与跳闸设备W4连接；显示模块5通过导线分别与设置在终端面板上的键盘51、状态指示灯52、显示器53连接。电源模块7连接各模块，提供电源。
而图3则示意了为一开放的电力负荷监控管理系统终端，在局域网8的电缆82上可扩展并接CAN接口，最多可扩展并接110个CAN接口，各个CAN接口可连接到相应的功能模块上。
在上述的系统终端中，采用了多微处理器的智能模块技术，每个微处理器完成相对独立的功能，在主控模块1，抄表模块2，遥控模块3，脉冲遥信模块4，显示模块5、通信模块6中，除通信模块6与主控模块1之间采用串行口通信外，其它模块之间均采用控制器局域网(英文名全程是Controller Area Network简称CAN总线)相连，从而实现模块间的高速，多主，实时，抗干扰，高可靠的数据通信。
因电力负荷监控管理系统终端的功能不断扩充，引入多个单片机微处理器进行控制管理或实现分布式终端。CAN总线的上述特点正好是解决多个微处理器之间通信总线方法，从而具有强抗干扰性，高可靠性，高实时性及模块组合的灵活性，包括模块种类搭配的灵活性及模块安装方式的灵活性，即无论是数据流量大的主控模块还是流量极小的遥控模块均可在CAN总线上进行各自需要的通信，也可把某个输入输出模块，如脉冲遥信模块用CAN总线可拉到终端外部(若采用最高速率在40m以内)，从而可以实现分布式终端。在图2和图3中标有“CAN”的即是控制器局域网络，即CAN总线与各个模块之间的连接，各个模块是独立的(模块间没有实际的相互控制线)，且能分别完成规定的模块功能；模块的数量和功能可以根据需要灵活配置；CAN总线可不局限于终端内部，可以升级成为一个开放性的局域网，从而实现模块的分布式应用；该监控终端电路简洁，模块间只需两根线，即可实现CAN通信，对通信线的要求相对较低。
关于本实用新型的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端的具体结构请配合参见图4(注图4的虚线之外为系统终端外部设备，图1-图3相同)所示，与专利申请号为200410053132.7所披露的两种电力负荷监控管理系统终端相比，除了同样包括主控模块、若干个功能模块，主控模块与各模块之间通过电缆连接构成控制器局域网8，该控制器局域网中至少包括一对CAN接口81，CAN接口均并接在电缆82上，其中一CAN接口与主控模块连接，其余CAN接口与所述若干个功能模块中任一功能模块连接，主控模块与功能模块之间通过控制器局域网双向传送数据和控制命令。此外，在所述的电缆上还并接有与外部CAN设备连接的CAN中继器。
请继续参阅图5所示，该图进一步示意了CAN中继器的具体结构，所述的CAN中继器还包括第一中继CAN接口(CAN接口1)、逻辑电路，第一中继CAN接口与逻辑电路双向连接，逻辑电路为一个双向驱动电路，它能把把一个CAN接口的信号提高驱动能力后转发给另外一个CAN接口。逻辑电路通过TDA端口向第一中继CAN接口发送数据，第一中继CAN接口将接收到的数据发送到逻辑电路RDA端口。
所述的CAN中继器进一步包括光电隔离电路、第二中继CAN接口(CAN接口2)，光隔离电路与逻辑电路、第二中继CAN接口均为双向连接，逻辑电路通过TDB端口向光电隔离电路发送数据，光电隔离电路通过RDB端口向逻辑电路发送数据。
光电隔离电路通过TD1端口发送数据给第二中继CAN接口，第一中继CAN接口通过RD1端口发送数据给光电隔离电路。
该监控管理系统终端进一步包括两组电源，其中一组电源电路分别对第一中继CAN接口、逻辑电路、光电隔离电路供电，另外一组电源通过DC/DC变换器对光电隔离电路、第二中继CAN接口供电。即，通过DC/DC变换器为光电隔离电路、第二中继CAN接口提供与第一中继CAN接口相互隔离的电源，隔离电压可达2000V以上。
时钟电路通过CLK端口为逻辑电路提供时钟信号。逻辑电路则由电源电路提供电源。
请再参阅图6所示，图中G1是时钟电路；D5是逻辑电路；D1(型号为P82C250)是第一中继CAN接口；D2(型号为P82C250)是第二中继CAN接口；D3、D4(型号为6N137)是光电隔离电路；N1(型号为5S5-100)是隔离电源。
以下分别对各单元的工作原理进行简单描述第一中继CAN接口CANH1、CANL1是内部CAN总线的差分信号端，数据发送是由逻辑电路D5的12P通过TDA线输出发送数据到D1的1P，数据接收是由D1的4P通过RDA线输出接收数据到D5的13P，CANH1、CANL1差分信号端接内部CAN总线网络，该中继CAN接口的电源由电源电路通过VCC、GND提供。
逻辑电路逻辑电路所需要的时钟由时钟电路通过CLK线提供，第一中继CAN接口数据发送与接收通过TDA、RDA线传送到逻辑电路，逻辑电路通过TDB、RDB线第二中继CAN接口所需的发送与接收信号传送到光电隔离电路，逻辑电路的电源由电源电路通过VCC、GND提供。
光电隔离电路逻辑电路的13端通过TDB线输出发送数据到光电隔离电路D3的3端，光电隔离电路D4的6端通过RDB线输出接收数据到逻辑电路D5的8端，第二中继CAN接口D2通过RD1线输出接收数据到光电隔离电路D4的3端，光电隔离电路D3的6端通过TD1线输出发送数据到第二中继接口的1端，光电隔离电路的电源有两组，一组由电源电路通过VCC、GND线给光电隔离电路提供电源，另外一组由隔离电源通过VCC1、GND1给光电隔离电路提供电源。
第二中继CAN接口CANH2、CANL2是外部CAN总线的差分信号端，数据发送是由光电隔离电路D3的6端通过TD1线输出发送数据到第二中继CAN接口的1端，数据接收是由D2的4P通过RD1线输出接收数据到光电隔离电路D4的3端，CANH2、CANL2差分信号端连接外部CAN总线网络，第二中继CAN接口的电源由隔离电源通过VCC1、GND1提供。
隔离电源隔离电源的输入是由电源电路的VCC、GND，经过隔离电源隔离后输出VCC1、GND1给需要使用隔离电源的电路提供电源。
通过以上的CAN中继器的设置，可以看出，CAN中继器集成有2个电气上相互隔离的CAN接口，实现了两路CAN通道的数据“透明”转发。使用CAN中继器，可以成倍地提高CAN通讯距离、增加CAN节点数目。由于采用硬件电路级连而实现CAN帧数据的转发，CAN中继器操作简单，可靠性高，故障率极低。
CAN中继器适用于系统终端的内CAN网络与终端外CAN网络的连接，或者两个相同通讯速率的平行CAN网络进行互联，可广泛应用在工业现场控制单元、智能网络节点、智能楼宇单元、矿业控制通讯、远程通讯节点等控制领域，是非常有效的CAN接口工具，有着广阔的应用前景。
在工艺制作上，CAN中继器采用先进的表面安装工艺，自带光电隔离模块，实现第一中继CAN接口到第二中继CAN接口的电气完全隔离；因此，CAN中继器具有很强的抗干扰能力，大大提高了系统终端在恶劣环境中使用的可靠性。
请再继续参阅图4所示，在本实用新型的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端中，控制器局域网8的电缆82上仍可扩展并接若干个CAN接口，该若干个CAN接口还可分别连接一些待扩展的功能模块。
为了方便对CAN接口的结构进一步了解，下面对CAN接口的结构作如下描述，请参阅图7所示，CAN接口81由CAN控制器811(型号为SJA1000)与CAN收发器812(型号为P82C250)组成；实现CAN接口81的控制及收发。在CAN控制器811的时钟信号端连接时钟电路813，CAN控制器811与CAN收发器812之间通过RD接收信号线和TD发送信号线连接，并双向传送数据；CAN控制器811通过数据总线和控制信号线分别与微处理器815(MCU)连接，并双向传送数据和各控制信号；CAN收发器812的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网的电缆上，CAN总线双向传输差分信号CANH和CANL。电源电路814与CAN控制器811连接。
还有一种CAN接口，可由微处理器与CAN收发器组成，CAN控制器可包含在微处理器内部，也能实现CAN接口81的控制及收发功能。该微处理器与CAN收发器之间通过接收信号线和发送信号线连接，并双向传送数据；微处理器通过数据总线和控制信号线分别与各功能模块连接，并双向传送数据和控制信号；CAN收发器的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网的电缆上，通过控制器局域网双向传输差分信号。
CAN接口81的总体结构较为简单，在图12中是CAN接口与微处理器MCU3的连接应用图。CAN控制器811通过8位数据/地址总线AD、片选线CS、地址锁存线ALE、读允许线RE、写允许线WE、和中断允许线INT与微处理器MCU3连接；CAN控制器811通过数据/地址总线AD与微处理器MCU3双向传送数据；微处理器MCU3通过CS线输出片选信号给CAN控制器811；微处理器MCU3通过ALE线输出地址锁存信号给CAN控制器811；微处理器MCU3通过WE线输出写允许信号给CAN控制器811；当CAN控制器811发送或接收了一帧报文后，CAN控制器811会产生一个INT中断信号给微处理器MCU5，微处理器MCU3执行中断处理程序。CAN控制器811通过TD线输出数据给CAN收发器812；收发器812通过RD线接收信号传送给CAN控制器811。CAN收发器812的信号输出端口CANH和CANL通过CAN总线双向传输高抗干扰性的差分信号。当微处理器MCU3写入一帧信息后，再写入发送允许命令后，CAN控制器811立即发送该帧信息；当CAN控制器811产生一个接收中断后，微处理器MCU3读取CAN控制器811的接收缓冲器的内容。
CAN接口81的CAN数据帧的格式有两种，一种CAN标准帧在CAN协议的2.0A版本规定CAN控制器必须有11位字节的标志符；另一种CAN扩展帧在CAN协议的2.0B版本规定CAN控制器可以有11位或29字节的标志符。
请参见CAN标准帧图表8所示，CAN标准帧信息为11个字节，包括两部分信息和数据部分。前3个字节为信息部分。字节1为帧信息。第7位(FF)表示帧格式，在标准帧中，FF＝0；第6位(RTR)表示帧的类型，RTR＝0表示为数据帧，RTR＝1表示为远程帧；DLC表示在数据帧时实际的数据长度。字节2、3为报文识别码，11位有效。字节4～11为数据帧的实际数据，远程帧时无效。
请参见CAN扩展帧图表9所示，CAN扩展帧格式是CAN的标志符长度可达29位。在本实施例中CAN控制器811支持CAN2.0B协议，即支持29位标识符的扩展格式报文结构。CAN扩展帧信息为13个字节，包括两部分，信息和数据部分。前5个字节为信息部分。字节1为帧信息。第7位(FF)表示帧格式，在扩展帧中，FF＝1；第6位(RTR)表示帧的类型，RTR＝0表示为数据帧，RTR＝1表示为远程帧；DLC表示在数据帧时实际数据长度。字节2～5为报文识别码，其高29位有效。字节6～13为数据帧的实际数据，远程帧时无效。
CAN总线的仲裁机制，CSMA/CD是“载波侦听多路访问/冲突检测”(CarrierSense Multiple Access with Collision Detect)的缩写。当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数‘0’而不是‘1’，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全‘0’标志符的报文具有总线上的最高级优先权。既在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。利用CSMA访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多个CAN接口并接到同一网络上。
在本实施例中，由于CAN控制器811支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议位速率可达1Mbits/s；并具有的扩展功能是可读/写访问的错误计数器；可编程的错误报警限制；对每一个CAN总线错误的中断；具体控制位控制的仲裁丢失中断；单次发送(无重发)；只听模式(无应答、无主动的出错标志)；支持热插拔(软件实现的位速率检测)；验收滤波器扩展(4字节代码，4字节屏蔽自身信息接收(自接收请求)24MHz时钟频率；对不同微处理器的接口；可编程的CAN输出驱动器配置；增强的环境温度范围(-40-+125℃)。
本实用新型采用控制器局域网CAN总线技术连接各功能模块，具有高速、远距离数据传输速率当传输速率为1Mbit/S，其传输距离可达40m；当传输距离为10Km时，传输速率仍可高达5Kbit/S；其报文的接收判断，帧的组织、收发及校验等工作均由CAN控制器811和收发器812自动完成，不需微处理器介入，大大提高了数据的交换速率，并提高了总线利用；每个模块均可主动发起通信，任意两个模块之间可以直接通信(也就是说任一模块都可在某一时间段内成为主节点)，可实现多主通信；总线仲裁是根据优先级(ID号越小优先级越高)自动进行的，可节省大量总线冲突后的重发时间；实时监控因单帧报文长度为8个字节，便于处理；仅需两根线即可通信，甚至在模块共地的情况下，仅存一根线时还能通信，系统线路简洁；该技术采用抗干扰性最好的差分工作方式，因此可以达到很强的抗干扰性；当在一个节点检测到不可恢复性错误时，其控制器可使该节点自动退出总线活动(这点很重要)，不影响其它节点的正常通信；使用总线隔离技术，提高了系统终端运行的可靠性。
CAN传输线可使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。本实施例中采用的是双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显性”，此时，通常电压值为CAN_H＝3.5V和CAN_L＝1.5V。
在本实用新型中，各主要功能模块描述如下请参见图10所示，主控模块1包括微处理器MCU1(型号为80196)、由CAN控制器811(型号为SJA1000)与CAN收发器(型号为P82C250)组成的CAN接口81、数据存储器11(型号为62256)、程序存储器12(型号为AT27512)、串行口13、看门狗电路14(型号为IMP706)、外围电路15及内部电源电路16；微处理器MCU1通过数据总线和控制信号线与CAN控制器811、数据存储器11、程序存储器12、串行口13、看门狗电路14、外围电路15双向连接。CAN接口81、数据存储器11、程序存储器12、串行口13、看门狗电路14、外围电路15也可集成在微处理器MCU1中，具有相同的功能。
在本实施例中，CAN控制器811通过8位数据/地址总线AD、片选线CS、地址锁存线ALE、读允许线RE、写允许线WE和中断允许线INT与微处理器MCU1连接；CAN控制器811与CAN收发器812之间通过RD接收信号线和TD发送信号线连接；CAN收发器812的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网8的电缆82上；串行口13与通信模块6连接。
主控模块中的微处理器MCU1采用80196集成块，数据存储器11是保存终端中间运算结果、CAN通信数据、各个模块的采集数据、接收命令数据；主控模块MCU1通过数据线、地址总线D2和控制总线C2(读写控制线和片选线)与数据存储器11相连接，数据线、地址总线D2可双向传递数据，控制总线C2是由微处理器MCU1对数据存储器11单向传送信息；主控模块1内部没有程序存储器程序，程序存储器12与微处理器MCU1的接口是由数据、地址总线D4和控制总线C4(读写控制线、地址锁存线和片选线)相连接构成，由数据、地址总线D4双向传送数据，微处理器MCU1通过控制总线C4传送控制信号到程序存储器12。
串行口13与通信模块6连接，可以接收调度中心W1发来的各种命令，也可以主动上传数据，串行口13是一个标准的异步串行接口，串行口13与微处理器MCU1之间通过TD和RD两根线相连，微处理器MCU1通过TD线向通信模块6发送数据，微处理器MCU1通过RD线接收通信模块6的数据。
为了防止程序在运行过程中意外的跑飞而增加了看门狗电路14，看门狗电路14与微处理器MCU1的接口通过控制线C3和复位线R相连接，控制线C3是微处理器的一根I/O线，控制线C3在程序运行过程中定期产生脉冲，清除看门狗电路14的计数器，使看门狗电路14没有复位信号R输出；如果程序由于意外的情况进入一个死循环，在设定的时间内，控制线C3没有产生脉冲，看门狗电路14将输出复位信号R，微处理器MCU1复位，使得程序能够重新执行。
微处理器MCU1通过8位数据总线D1和控制总线C1与外围电路15连接，外围电路15通过数据总线D1可双向传送数据，接收微处理器发布的数据或向微处理器提供状态，微处理器MCU1通过控制总线C1单向输出控制信号给外围电路15。内部电源电路16分别与各集成块连接，提供电源。
请参见图11所示，抄表模块2包括微处理器MCU2(型号为89C52)、由CAN控制器811(型号为SJA1000)与收发器812(型号为P82C250)组成的CAN接口81、串行口22、串行口23、看门狗电路24(型号为IMP706)、外围电路25及内部电源电路26；微处理器MCU2通过数据总线和控制信号线分别与CAN控制器811、串行口22、串行口23、看门狗电路24、外围电路25双向连接。CAN接口81、串行口22、串行口23、看门狗电路24、外围电路25也可包含在微处理器MCU2内部，具有相同的功能。
在本实施例中，CAN控制器811通过8位数据/地址总线AD、片选线CS、地址锁存线ALE、读允许线RE、写允许线WE、和中断允许线INT与微处理器MCU2连接；CAN控制器811与CAN收发器812之间通过RD接收信号线和TD发送信号线连接；CAN收发器812的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网8电缆82上。
抄表模块2是本实用新型终端对外采集数据的一个模块，该模块在终端中的位置是十分重要。在该抄表模块中，串口22和串口23是抄表模块读取外部电表数据的接口，串口22的TD1端和RD1端分别与微处理器MCU2扩展的数据发送端和数据接收端连接；串口23的TD2端和RD2端分别与微处理器MCU2扩展的数据发送端和数据接收端连接。
为了防止程序在运行过程中意外的跑飞而增加了看门狗电路24，看门狗电路24与微处理器MCU2的接口通过控制线C3和复位线R相连接，控制线C3是微处理器MCU2的一根I/O线，控制线C3在程序运行过程中定期产生脉冲，清除看门狗电路24的计数器，使看门狗电路24没有复位信号R输出；如果程序由于意外的情况进入一个死循环，在设定的时间内，控制线C3没有产生脉冲，看门狗电路24将输出复位信号R，微处理器MCU2复位，使得程序能够重新执行。
微处理器MCU2通过8位数据总线D1和控制总线C1与外围电路25连接，外围电路25通过数据总线D1可双向传送数据，接收微处理器MCU2发布的数据或向微处理器MCU2提供状态，微处理器MCU2通过控制总线C1单向传送控制信号给外围电路25，内部电源电路26与各集成块连接，供电源。
请参见图12所示，脉冲遥信模块3和遥控模块4包括微处理器MCU3(型号为89C52)、由CAN控制器811(型号为SJA1000)与CAN收发器812(型号为P82C250)组成的CAN接口81、模块专用电路31、看门狗电路电路32(型号为IMP706)、外围电路33及内部电源电路34；微处理器MCU3通过数据总线和控制信号线与CAN控制器811、模块专用电路31、看门狗电路32、外围电路33双向连接。CAN接口81、看门狗电路32、外围电路33也可包含在微处理器MCU3内部，具有相同的功能。
在本实施例中，CAN控制器811通过8位数据/地址总线AD、片选线CS、地址锁存线ALE、读允许线RE、写允许线WE、和中断允许线INT与微处理器MCU3连接；CAN控制器811与CAN收发器812之间通过RD接收信号线和TD发送信号线连接；CAN收发器812的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网8的电缆812上。
模块专用电路31是为了完成遥控或脉冲遥信模块的特殊功能而设计的，例如终端在收到调度中心的W1跳闸命令后，终端通过遥控模块对外部设备发出跳闸动作。再例如终端在收到脉冲遥信命令后，对外部设备进行一次读取数据的动作。模块专用电路31与微处理器MCU3之间的接口由8位数据总线D2和控制总线C2连接构成，数据总线D2在微处理器MCU3与模块专用电路31之间双向传送数据，微处理器MCU3通过控制总线C2对模块专用电路传送控制信号(包括片选，地址锁存、读写允许)。
为了防止程序在运行过程中意外的跑飞而增加了看门狗电路32，看门狗电路32与微处理器MCU3的接口通过控制线C3和复位线R相连接，控制线C3是微处理器MCU3的一根I/O线，控制线C3在程序运行过程中定期产生脉冲，清除看门狗电路32的计数器，使看门狗电路32没有复位信号R输出；如果程序由于意外的情况进入一个死循环，在设定的时间内，控制线C3没有产生脉冲，看门狗电路32将输出复位信号R，微处理器MCU3复位，使得程序能够重新执行。
微处理器MCU3通过8位数据总线D1和控制总线C1与外围电路33连接，外围电路33通过数据总线D1可双向传送数据，接收微处理器MCU3发布的数据或向微处理器MCU3提供状态，微处理器MCU3通过控制总线C1单向传送控制信号给相关外围电路33。内部电源电路34与各集成块连接，提供电源。
请参见图13所示，显示模块5包括微处理器MCU4(型号为89C52)、由CAN控制器811(型号为SJA1000)与CAN收发器812(型号为P82C52)组成的CAN接口81、设置在终端面板上的键盘51、状态指示灯52、显示器53、看门狗电路54(型号为IMP706)、围控制电路55及内部电源电路56；微处理器MCU4通过数据总线和控制信号线与CAN控制器811、键盘51、状态指示灯52、显示器53、看门狗电路54、外围电路55双向连接。CAN接口81、看门狗电路54、外围电路55也可包含在微处理器MCU4内部，具有相同的功能。
在本实施例中，CAN控制器811通过8位数据/地址总线AD、片选线CS、地址锁存线ALE、读允许线RE、写允许线WE、和中断允许线INT与微处理器MCU3连接；CAN控制器811与CAN收发器812之间通过RD接收信号线和TD发送信号线连接；CAN收发器812的差分信号端CANH和CANL并接在控制器局域网8的电缆82上。
显示模块5是终端对外提供一个人机交换的界面，可以通过键盘电路输入指令或由终端显示各类检测或控制数据。显示模块内部各个模块的控制总线和数据总线都是由微处理器MCU4提供。键盘51是采用现有的24键的小键盘，内部表现为3×8的扫描控制电路，在三根行扫描线和八根列扫描线的交叉处各放置一个开关，扫描到哪个开关按下后，查表得到该键的功能。键盘51与微处理器MCU4的接口由8位数据总线D2和3位列扫描控制线C2连接构成，共占用11根I/O口线。微处理器MCU4通过数据总线D2读取键盘51数据，微处理器MCU4通过列扫描控制线C2向键盘51单向输出信号。
显示器53采用现有的液晶显示器，该类型的显示器结构简单，接口方便，显示清晰，显示器53与微处理器MCU4的接口之间是由8位宽度数据总线D5和控制总线C5(读写允许线、片选、同步、中断等)连接构成。微处理器MCU4通过数据总线D5向显示器53传送数据，微处理器MCU4通过控制总线C5向显示器53传送控制信号。本实用新型终端有6个LED发光二极管作为状态指示灯52，分别代表不同的状态。状态指示灯52与微处理器MCU4的接口之间由6位宽度的数据总线D4和控制线C4连接构成；由微处理器MCU4向状态指示灯52单向发送数据和控制信号。
为了防止程序在运行过程中意外的跑飞而增加了看门狗电路54，看门狗电路54与微处理器MCU4的接口通过控制线C3和复位线R相连接，控制线C3是微处理器MCU4的一根I/O线，控制线C3在程序运行过程中定期产生脉冲，清除看门狗电路54的计数器，使看门狗电路54没有复位信号R输出；如果程序由于意外的情况进入一个死循环，在设定的时间内，控制线C3没有产生脉冲，看门狗电路54将输出复位信号R，微处理器MCU4复位，使得程序能够重新执行。
微处理器MCU4通过8位数据总线D1和控制总线C1与外围电路55连接，外围电路55通过数据总线D1可双向传送数据，接收微处理器MCU4发布的数据或向微处理器MCU4提供状态，微处理器MCU4通过控制总线C1双向传送控制信号给外围电路55。内部电源电路56与各集成块连接，提供电源。
本实用新型的基本工作原理与专利申请号200410053132.7所披露的电力负荷监控管理系统终端的工作过程是相同的，仅有的区别是增设了CAN中继器，以进行更远距离的监测和扩展CAN节点数目。这样可提高控制器局域网的传输距离，外扩其它功能，实现分布式应用、开放式应用，基本工作过程描述如下主控模块1通过CAN总线对终端内所有模块的工作进行控制、协调，保存所有模块运行的中间数据，主控模块1通过COM数据线与通信模块连接，主控模块1通过通信模块与调度中心W1接收命令或发送数据。主控模块1在接收到调度中心W1的命令后，首先分析命令的合法性、安全性和正确性，经安全性检测后，进入下步运行，否则终端回给调度中心W1一个特定的标志，该标志表示命令是一个不安全命令；主控模块1分析命令的种类，调用终端数据类命令、发布数据类命令，主控模块1在接收到调度中心W1发布的命令后协调其他模块进行相应的动作。抄表模块2通过外部接口电路负责对外部的各种电量信息的采集，通过CAN总线及时把采集到的数据发送到主控模块1；主控模块1在接收到数据后保存起来，以备调度中心W1查询数据；抄表模块2不停的采集数据，保证数据的完整性；脉冲遥信模块31对外部设备读取开关量和电能表的电能量脉冲输出数据；遥控模块4对外部设备进行跳闸控制；显示模块5通过CAN总线获得主控模块1发布的命令，读取键盘51的输入命令、控制状态指示灯、在显示器上显示各种数据；电源模块7给所有的功能模块提供电源；各模块在主控模块1的协调控制下完成终端的所有功能。
当电网中某一区域电力超负荷，主控模块1通过通信模块6接收到调度中心W1的跳闸命令，传输给遥控模块4，再由遥控模块4控制该区域的外部跳闸设备W4作跳闸动作，同时主控模块1控制扬声器报警；排除故障后，由调度中心W1发出合闸命令，该命令通过通信模块6、主控模块1、遥控模块4，控制该区域的跳闸设备W4合闸，主程序继续循环监控运行。
综上所述，本实用新型用控制器局域网连接终端设备中各功能模块，它能实现模块间的高速，多主，实时，抗干扰，高可靠的数据通信，能有效提高监控的科学性和正确性，并能及时发现超电力负荷故障，及时排除故障，确保电网正常运行。
权利要求1.一种具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，该系统终端包括主控模块、若干个功能模块，主控模块与各模块之间通过电缆连接构成局域网，其特征在于所述的局域网是控制器局域网，该控制器局域网中至少包括一对CAN接口，CAN接口均并接在电缆上，其中一CAN接口与主控模块连接，其余CAN接口与所述若干个功能模块中任一功能模块连接，主控模块与功能模块之间通过控制器局域网双向传送数据和控制命令；所述的电缆上还并接有与外部CAN设备连接的CAN中继器。
2.根据权利要求1所述的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，其特征在于所述的CAN中继器还包括第一中继CAN接口、逻辑电路，第一中继CAN接口与逻辑电路双向连接，逻辑电路为一个双向驱动电路，逻辑电路通过TDA端口向第一中继CAN接口发送数据，第一中继CAN接口将接收到的数据发送到逻辑电路RDA端口。
3.如权利要求2所述的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，其特征在于所述的CAN中继器进一步包括光电隔离电路、第二中继CAN接口，光隔离电路与逻辑电路、第二中继CAN接口均为双向连接，逻辑电路通过TDB端口向光电隔离电路发送数据，光电隔离电路通过RDB端口向逻辑电路发送数据，光电隔离电路通过TD1端口发送数据给第二中继CAN接口，第一中继CAN接口通过RD1端口发送数据给光电隔离电路。
4.如权利要求3所述的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，其特征在于该监控管理系统终端进一步包括两组电源，其中一组电源电路分别对第一中继CAN接口、逻辑电路、光电隔离电路供电，另外一组电源通过DC/DC变换器对光电隔离电路、第二中继CAN接口供电。
5.根据权利要求1所述的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，其特征在于所述的控制器局域网的电缆上可扩展并接若干个CAN接口，所述若干个CAN接口供各功能模块连接。
6.根据权利要求1所述的具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，其特征在于所述的功能模块包括抄表模块、脉冲遥信模块、遥控模块、显示模块，抄表模块、脉冲遥信模块、遥控模块、显示模块均分别设有CAN接口并与其相连接，上述各功能模块均通过CAN接口并接在控制器局域网的电缆上。
专利摘要本实用新型涉及一种具有中继功能的电力负荷监控管理系统终端，该系统终端包括主控模块、若干个功能模块，主控模块与各模块之间通过电缆连接构成局域网，所述的局域网是控制器局域网，该控制器局域网中至少包括一对CAN接口，CAN接口均并接在电缆上，其中一CAN接口与主控模块连接，其余CAN接口与所述若干个功能模块中任一功能模块连接，主控模块与功能模块之间通过控制器局域网双向传送数据和控制命令；所述的电缆上还并接有与外部CAN设备连接的CAN中继器。该系统终端能根据需要来进行更远距离的监控，而且还能根据需要来扩展其它的功能；抗干扰能力强，可靠性高。
文档编号H02J13/00GK2724281SQ20042008192
公开日2005年9月7日 申请日期2004年8月18日 优先权日2004年8月18日
发明者鲁春生, 刘宇怀, 王伟艺 申请人:上海协同科技股份有限公司