一种基于usb的电力通信转换系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于USB的电力通信转换系统。
【背景技术】
[0002]目前电力系统所用的通信方式主要由RS232，RS485，CANBUS，GPRS，以太网等方式，不同的设备采用的通信方式不同，这样在现场维护、调试时就得带着各种通信线缆，而且像CAN，GPRS，RS485等通信方式普遍缺少较好的人机交互界面来查看、分析数据，这对电力设备的通信方式转换及现场施工都带来极大的不便。现有的各种通信转换模块都不具备多种通信转换功能，且无上位机分析软件，在实际使用中具有局限性和缺乏灵活性，而且也不具备EMC抗干扰措施，不适用于电力系统设备的通信方式转换。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供一种USB转RS232，USB转CAN，USB转RS485，USB转GPRS的接口转换模块，并满足电力系统抗电磁干扰设计要求，具备上位机显示、解析、保存数据功能的通信转换系统。
[0004]为解决上述问题，本发明采取的技术方案为:一种基于USB的电力通信转换系统，包括通信转换硬件电路系统和上位机软件系统，其中通信转换硬件电路系统包括抗干扰USB通信模块及通过处理器电路与其连接的抗干扰RS232通信模块、抗干扰RS485通信模块、抗干扰CAN通信模块和抗干扰GPRS通信模块，上位机软件系统包括用于控制抗干扰USB通信模块与抗干扰RS232通信模块、抗干扰CAN通信模块、抗干扰RS485通信模块、抗干扰GPRS通信模块之间转换的通信转换模块、用于实现微处理器的抗干扰USB通信模块与上位机通信的USB驱动模块及用于数据显示、解析、保存、发送的上位机分析模块。
[0005]处理器电路包括下载电路，看门狗电路和主处理器最小系统。
[0006]处理器电路采用飞思卡尔K64芯片作为硬件设计平台。采用飞思卡尔K64芯片作为硬件设计平台，MQX操作系统为嵌入式开发系统。K64芯片集成了USB、串口、网口、CAN等通信模块，功能强大，电路设计简单，成本低廉，并且飞思卡尔提供免费的MQX操作系统，文件系统方面有第三方可提供安全可靠的改进型文件系统，开发安全可靠，易于后期软件功能扩展，且无版权困扰，易于推广。基于以上优势，使本系统设计具有成本低，结构小，功能易于扩展等优异性能。本系统利用K64芯片的以上优点及丰富的外设功能。
[0007]上位机软件系统包括用于控制抗干扰USB通信模块与抗干扰RS232通信模块、抗干扰CAN通信模块、抗干扰RS485通信模块、抗干扰GPRS通信模块之间转换的通信转换模块、用于实现微处理器的抗干扰USB通信模块与上位机通信的USB驱动模块及用于数据显示、解析、保存、发送的上位机分析模块。通信转换模块采用嵌入式软件设计，该部分采用MQX系统，MQX系统是飞思卡尔系列芯片定制操作系统，系统稳定，并且带有K60系列芯片各种外设的函数库，特别是自带USB DEVICE LIB，易于程序的开发。USB驱动模块采用libusb-win32-bin进行USB驱动程序的编写。上位机分析模块采用VC等工具实现系统人机交互界面的设i+o
[0008]通信转换硬件电路系统包括电源电路及指示灯电路。电源电路包括防短路电路，EMC抗干扰电路，隔离电路和稳压电路；指示电路包括处理器的运行状态指示灯，电源供电指示灯和各通信接口工作状态指示灯。为保证通信的可靠性，避免电磁干扰通过串扰的方式影响通信质量，供电电源进行隔离，隔离电压2500V。
[0009]抗干扰USB通信模块包括USB通信接口、电平转换电路及EMC抗干扰电路。USBwidows驱动实现USB通信接口与上位机软件的通信。为保证通信的可靠性，避免电磁干扰通过串扰的方式影响通信质量，USB通信接口采用USB专用防ESD干扰芯片，USB通信接口与处理器用高速光耦隔离。
[0010]USB通信接口采用400mv的差分摆幅进行信号传输，低电压电平信号需要极速的升降时间，信号的传输速率达到5.0Gbps，对电路的工作环境要求很高，需要更高级的接口的保护和抗干扰设计。使用自恢复保险丝polyswitch来保护独立接口，VCC管脚串接有铁氧体磁环，在串接磁环后再并联输出电容器，来实现较低的直流串接阻抗和优良的电流特性。USB差分线上串联一个共模扼流圈对EMI滤波，对于接地设备，ESD保护器件分别并联在电路中的USB数据线、电源线、工作地线和大地或金属外壳(屏蔽层)之间。对于不接地设备，ESD保护器件则分别并联在电路中的USB数据线、电源线和磁珠之前的工作地之间，并将USB电缆屏蔽层与工作地通过电容相连或者直接相连。
[0011]抗干扰RS232通信模块包括RS232通信接口、电平转换电路及EMC抗干扰电路。为保证通信的可靠性，避免电磁干扰通过串扰的方式影响通信质量，RS232通信接口与处理器用高速光耦隔离。
[0012]抗干扰RS485通信模块包括RS485通信接口、电平转换电路及EMC抗干扰电路。为保证通信的可靠性，避免电磁干扰通过串扰的方式影响通信质量，RS485通信接口与处理器用高速光耦隔离。
[0013]抗干扰CAN通信模块包括CAN通信接口、电平转换电路及EMC抗干扰电路。为保证通信的可靠性，避免电磁干扰通过串扰的方式影响通信质量，并为节省PCB空间，CAN通信接口与处理器采用TI的IS01050隔离变压一体芯片。
[0014]抗干扰GPRS通信模块包括GPRS通信接口、电平转换电路及EMC抗干扰电路。GPRS通信接口为预留的一组RS232通信接口，为外接GPRS通信模块留出接口。
[0015]上述通信模块都包含EMC抗干扰设计，能应用于电磁环境较复杂的电力系统中。
[0016]本发明中RS232通信接口，RS485通信接口，CAN通信接口，GPRS通信接口的数据通过飞思卡尔K64芯片作为主控制器采集，然后进行数据处理后，通过USB通信接口传输到上位机。上位机软件通过调用USB驱动模块，将USB通信接口的数据进行接收、发送等处理，