一种FTU无接触维护方式扩展设计

国网陕西省电力公司西安供电公司 李 涛

西安工程大学电子信息学院 黄 凯

西安工程大学计算机学院 任晓妮 王 凯

一种FTU无接触维护方式扩展设计

国网陕西省电力公司西安供电公司 李 涛

西安工程大学电子信息学院 黄 凯

西安工程大学计算机学院 任晓妮 王 凯

针对用户提出的FTU增加无接触维护方式的规范书，使用蓝牙通信技术实现了相应的功能。硬件设计方面，在FTU主板上扩展从工作角色的蓝牙模块，同时使用蓝牙模块、Cortex M3 CPU、128×64液晶显示器等完成了一种与该FTU配对使用的PDA手持终端设计。在完成FTU及其配对的PDA的软件功能扩展之后，并对新增功能进行了全面检测，符合用户的技术要求。

馈线终端；蓝牙接口；手持终端；无接触维护方式

引言

FTU馈线终端已在配网调度自动化系统中广泛应用。FTU一般安装在配电网送电线路的电线杆上，在对FTU进行维护检测时，如果采用传统的异步串口通信方式、操作装置上的人机交互界面，都很不方便。随着无线通信技术的发展，一些FTU已使用无线通信方式与维护终端进行连接，在杆柱下面即可检测FTU的运行状态，设置FTU的配置参数，不需要爬到控制箱上进行连接或操作，使得维护检测工作非常方便[1]。针对这一情况，需要对一种已推广使用的FTU进行功能扩展，增加无接触维护方式的相应功能。在比较BlueTooth、Wifi、RF、irDA、GPRS、GSM等多种无线通信手段的优缺点之后，借鉴国内外同类和相关产品的实现方法，最终选用蓝牙（Bluetooth）通信方式和PDA手持终端（Personal Digital Assistant）相结合的方式实现这一功能。这里主要就这一功能的实现原理和方法进行详细介绍。

1 蓝牙通信模块在FTU中的扩展

1.1 蓝牙通信技术选择

蓝牙技术[2]实际上是一种短距离无线电技术，使用“蓝牙”技术可以将手持终端、便携式电脑等便于携带的移动通信设备与计算机设备实现无线通信连接，不需要借助通信电缆来实现连接。FTU馈线终端俗称柱上控制器，大多安装在配网线路的柱上，采用有线连接进行维护检测时很不方便。面对众多无线通信技术，选择哪一种合适呢？使用Wifi技术实现网络连接和数据通信很容易实现数据通信，但是所有FTU附近都安装Wifi路由器成本高、在许多地方实施起来也困难；irDA需要光口对准，使用起来限制多；GPRS和GSM需要安装手机卡，要知道FTU上手机卡的号码，每台FTU检测都需要选择输入手机号，其手机流量也产生费用；RF和Bluetooth是相对较好的选择。Bluetooth本身基于RF技术实现，支持100M的无线通信距离，在PDA和智能手机上更容易实现。参照国内外FTU实现的无接触维护的实现手段，最后选择了蓝牙通信方式。

图1 HC-05蓝牙模块

1.2 HC-05蓝牙通信模块

为了实现FTU与便携式检测设备之间的蓝牙通信连接，这里选用了广州汇承公司生产的HC-05型蓝牙模块[3]，如图1所示。该模块基于蓝牙2.0规范，支持-40～70℃宽温应用，在建立蓝牙连接之后，支持数据透明传输，可以继承FTU装置上的MMI板的软件设计，简化PDA手持终端的软硬件设计，也满足FTU户外运行的要求。

1.3 FTU中蓝牙通信模块扩展

根据FTU原有的硬件设计资料和HC-05型蓝牙模块的规范书进行了电路设计。根据蓝牙技术规范[3-4]，FTU中的蓝牙模块工作在自动连接工作模式，并处于从工作角色。FTU主板中蓝牙模板扩展的电路设计如图2所示。

图2中，HC-05的异步串口接在CPU芯片的UART1口上，模块的复位（BT_RST）、控制（BT_KEY）、LED指示（BT_ LED）采用CPU的GPIO实现。由于HC-05安装在主板上，与外部采用无线连接时，不会引入雷电、涌浪、脉冲群、静电等干扰，而模块与CPU的连接不需要光电隔离。

图2 HC-05在FTU主板中电路设计

2.PDA手持终端设计

为了加快项目研究的进度，PDA手持终端的软硬件设计直接继承了原FTU的MMI板设计。原FTU的MMI板基于一款Cortex M3嵌入式CPU设计，支持128×64 OLED液晶显示和薄膜键盘操作，采用RS232与CPU主板进行通信，实现对FTU装置的就地检测与维护。因此，在进行PDA手持终端软硬件设计时，对原MMI板的软硬件扩展HC-05蓝牙功能和电池充电功能即可，PDA手持终端的组成与工作原理如图3所示。

图3 PDA手持终端的组成与工作原理

3.调试与检测

制的相关功能，使其具备透明异步串口数据传输的能力。自此，PDA手持终端和FTU的面板一样，可以对FTU进行测试和参数组态了。经过反复测试和软件修改之后，所需要无接触维护方式的FTU具备了相应功能，符合用户扩展设计的预期目标。

图3中，HC-05蓝牙模块工作在自动工作模式，担当主工作角色。PDA采用2节5号可充电电池供电，模板上设计了电池充电电路，以便对电池进行充电处理。充电电路负责检测电池的电压状态，低压时报警。为了稳定PDA的工作电源，电池输出通过DC/ DC稳压后输出3.3V供装置使用。

在确定手持终端的软硬件设计方案后，主要的任务集中在终端的工艺设计之上。为了简化项目设计，这里采用了现成的、液晶屏尺寸相符的手持终端机壳进行工艺设计。电路板和电池按机壳的尺寸进行布局组装。

4.结束语

针对用户要求对现有FTU进行无接触维护模式功能扩展的要求，在分析现有无线通信手段的适用性基础上，采用HC-05蓝牙功能模块扩展了装置的无接触维护接口，同时基于装置自带的MMI模板，完成了针对该FTU的PDA手持终端的设计，经过逐项功能，所设计的无接触维护模式功能满足用户的要求。为了进一步完善装置无接触维护模式功能，下一步计划基于Android平台设计一款手机应用软件，使得用户通过手机的蓝牙功能即可对FTU进行维护检测。

[1]何周,朱晨光,徐铭辉等.基于ARM的馈线自动化终端FTU的设计与实现[J].电气制造,2014(10).

[2]Bluetooth®开发者门户.蓝牙技术介绍[OL].http:// developer.bluetooth.cn/Technology,2017.

[3]广州汇承信息科技有限公司.HC-05蓝牙串口通信模块用户手册V2.1[OL].2014.

[4]广州汇承信息科技有限公司.HC-05嵌入式蓝牙串口通讯模块AT指令V2.1 [OL].2014.

李涛(1971—），男，陕西西安人，工程师，主要从事配电自动化、配电网规划设计、电网标准化建设等方面的研究。

黄凯（1994—），男，陕西西安人，主要从事电力系统及其自动化专业的学习与研究。

西安市2012年产业技术创新计划-技术转移促进工程（项目编号：CX12185-4）。

在完成FTU蓝牙功能扩展和PDA硬件平台设计、生产和调试、组装之后，修改了FTU主板和MMI板的软件，扩展了蓝牙控