本发明属于电网通讯管理技术领域，尤其涉及一种电网通讯管理设备。
背景技术：
近年来，随着经济飞速发展，各行业对能源的需求逐渐加大，能源消耗也逐原理年上升。电力，作为重要的能源之一，其质量和传输安全性越来越重要。电力系原理统的主要作用是把其他的隐性能量转换为电能，然后传输、转换和分配，将电能原理提供给每个用户。因此，必须保证电力系统高效、安全的运行。为了实现这些运原理行要求，电力系统在其生产运输等很多环节中还应具有相应的控制与信息系统，原理如安全自动装置、继电保护装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统。原理这些系统能够实现电能的检测、调控、保护等，运到给用户提供有质有量电能魄，同时保证电力系统生产的可控可观，及时发现系统故障，防止火灾等安原理全事故的发生。随着电网规模的不断发展，电网线路长度越来越长，电网中上述各类电气设备越来越多，整个电网协调管理的难度不断提高，因此电网智能化、远程控制技术等技术在电网中应用越来越广泛，电网中各类控制因素种类繁多，在各电站及监测点设有多种用于测量、采集、传输信息等目的的设备，设计并开发对上述设备进行管理以及连接的设备系统对于保证变电站的安全运转、提升电力系统经济、保证用电质量具有重要的现实意义。
技术实现要素：
本发明创造的目的在于，提供一种能够实现多网络、多串口及多规约功能，满足上述设备的管理及通讯的电网通讯管理设备，提高串口连接以及设备控制能力，提高系统抗干扰性。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种电网通讯管理设备，包括电源模块、控制模块以及通讯模块，所述电源模块包括开关电源，电网电缆经过保险丝后依次进入emc滤波器和开关电源，开关电源的输出经过由电容以及浪涌抑制管并联组成的滤波稳压电路后输出主电源；所述主电源通过电压转换电路连接至微处理器以输出所需要的不同等级的电压；在电源入口连接有由磁珠和无源三端滤波器组成的滤波稳压电路，在滤波稳压电路后并联两个电容并接地，其中一个电容值较大以过滤低频噪音，其中一个电容值较小以实现高频信号通地；
所述控制模块包括微处理器、用于产生不同频率的时钟信号的时钟电路、用于保护系统的(看门狗)复位电路、由于连接外部存储器的扩展存储电路以及各类接口电路；微处理器中包括一个主振荡器以及一个慢时钟振荡器，所述慢时钟振荡器上连接有低速晶振；
所述微处理器以及被控对象之间设置了光耦保护装置，所述光耦保护装置包括光耦收发器，所述微处理器上的spi外设接口实现与外设can控制器连接实现can通讯，其中微处理器上的第一个spi外设接口与can协议控制器连接；微处理器上的终端输出/int与can协议控制器的中断输入相连，以实现can控制器与微处理器在事务处理上的同步进行；微处理器上的以太网口可以很方便的实现对物理层接口收发器的控制。
进一步地，所述微处理器及外为电路之间设有可编程门阵列fpga，所述可编程门阵列fpga来实现对串口和网口扩展及外围接口模块的逻辑控制，所述fpga作为扩展外设连接在微处理器的ebi总线接口；fpga分配有两个不同的中断优先级，所述微处理器的arm和fpga之间还设有总线收发器以作为地址、数据、控制总线缓冲器，同时进行阻抗匹配，以保证信号完整性。
本发明创造的能够实现多网络、多串口及多规约功能，解决串口资源不足以及对被控对象控制欠缺等问题；通过前端的emc滤波器以及后端的滤波稳压电路优化电源系统质量，以提高管理设备内部微处理器及各元器件的性能，通过光耦保护装置隔断微处理器与被控设备之间的物理连接，提高系统抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明实施例的系统框架图；
图2是本发明实施例的系统结构原理图；
图3是本发明实施例电源模块的电路图；
图4是本发明实施例电源模块的电压转换电路图；
图5是本发明实施例的振荡器控制原理图；
图6是本发明实施例控制模块的复位电路结构图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
本发明创造的一种电网通讯管理设备，具有多网络、多串口及多规约功能，能够解决串口资源不足以及对被控对象控制欠缺等问题。本发明创造结构形式属于嵌入式系统，为便于说明，以下以功能或其结构为要素划分多个模块并分别对各模块进行详细描述。本发明创造的系统框架如图1所示，其总体工作原理为：利用微处理器进行自动化控制，利用操作系统进行显示输入或操作，通过rs485、can、以太网等接口或总线技术连接电网内各种智能化设备，一方面将上述智能化设备的通讯数据进行汇总整理之后，通过上行网络接口上传指中心主站，另一方面接收中心主站的控制命令，转换并转发至现场相应智能化设备，实现下行控制，以完成遥控、远程调节或者远程管理等功能。本发明创造可以简化为电源模块，控制模块以及通讯模块，基于前述设计目标的需要以及模块化分原则，可以用图2所示结构图来表示本发明创造的电网通讯管理设备的硬件结构。
1、电源模块
其设计思想是，电网220v的接入电源通过前端滤波模块、交直流变换模块以及滤波稳压模块后连接至接线端子，以输出稳定可靠的电压。由于电源模块需要向不同元器件提供各种不同电压级别的高质量及高稳定性电压，同时需要满足个通讯设备对电压以及工作环境的电磁兼容要求，为简化设计过程，本发明创造采用了电网中常用的专用开关电源，同时为提高电源与各智能化设备之间的电磁兼容性，在其前端设置了emc滤波器(电磁兼容性滤波器)模块，交流电通过emc滤波器之后，其浪涌电流被抑制，实现前端的电流保护，之后通过开关电源以及外围滤波稳压电路输出5v稳定电压。基于上述结构设计的电源模块电路图如图3，其中电网接入电源经过保险丝后依次进入emc滤波器和开关电源，开关电源的输出经过由电容以及浪涌抑制管并联组成的滤波稳压电路后输出+5v主电源。
由于微处理器内芯片的接口电压及核心电压等级不同，因此上述+5v主电源需要通过电压转换电路以后连接至微处理器以输出所需要的不同等级的电压，其电压转换电路如图4所示。为改善电源波纹特性，在电源入口处还接入了磁珠和无源三端滤波器，增强滤波稳压功能，同时提高隔离效果，在滤波稳压电路后并联两个电容并接地，其中一个电容值较大以过滤低频噪音，其中一个电容值较小以实现高频信号通地。
2、控制模块
控制模块包括微处理器以及产生各种功能的控制电路，包括用于产生不同频率的时钟信号的时钟电路、用于保护系统的(看门狗)复位电路、由于连接外部存储器的扩展存储电路以及各类接口电路。
通常微处理器中包括一个主振荡器以及一个慢时钟振荡器，为了提供系统在待机或者低功耗运行状态下所需频率，本发明创造还包括一个连接在满始终振荡器上的低速晶振，且接有两个负载电容，其电路原理图如图5所示。
微处理器包括有多个复位引脚，包括系统复位引脚nrst以及调试复位引脚ntrst，为保证系统正常运作，本发明创造还包括了(看门狗)复位电路，以实现电压监控及复位，复位电路的电路结构图如图6所示。
3、通讯模块
为实现与电力系统上位机和下位机之间的可靠通讯，电网通讯管理设备应具有多个不同种类的与下位机通讯的接口和一个或多个与上位机通讯的网络接口。又因下行设备通讯接口类型众多，因此应当满足多种类型的通讯接口的兼容需求。由于本发明创造的电网通讯管理设备一般应用于室外电网或变电站，具有环境温度变化大、电磁辐射高等不利因素，为提高系统抗干扰能力，在微处理器以及被控对象之间设置了光耦保护装置，利用光耦收发器来实现收发端的物理隔离，同时在必要位置增加了抑制瞬间电压变化的tvs保护管。
本发明中通过利用微处理器上的spi外设接口实现与外设can控制器连接实现can通讯，其中微处理器上的第一个spi外设接口与can协议控制器连接。同时将微处理器上的终端输出/int与can协议控制器的中断输入相连，以实现can控制器与微处理器在事务处理上的同步进行。微处理器上的以太网口可以很方便的实现对物理层接口收发器的控制。市场上还有部分将以太网媒体接入控制器和物理接口收发器整合在一起的以太网控制器，使用这些控制器可以简化系统结构设计并减小设备体积。
特别的，由于电网设备的多样性，现有微处理器可能存在接口扩展的限制，在此情况下，可以利用现场可编程门阵列fpga来实现对串口和网口扩展及外围接口模块的逻辑控制，以简化电路。减小电路面积和设备体积。为实现fpga与微处理器arm的通讯，将fpga作为扩展外设连接在微处理器的ebi总线接口，且fpga挂在arm的bank存储单元，并分配两个不同的中断优先级，arm通过不同中断优先级从fpga中读取数据。进一步地，为优化大量数据的处理、缓存，在arm和fpga之间还设有总线收发器以作为地址、数据、控制总线缓冲器，同时进行阻抗匹配，以保证信号完整性。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。