柱上开关智能遥控器的设计与实现

梁戟黄建林龚爱民刘国勇

（1.贵州电网公司六盘水供电局贵州六盘水553000；2.长园共创电力安全技术股份有限公司广东珠海519085）

摘要：配电网柱上开关的遥控器型号多种多样，遥控操作模式千差万别。本文详细阐述了柱上开关智能遥控器的硬件设计、系统设计及软件实现过程，实现了将型号不一的遥控器合二为一，通过遥控器自学习，以适应各种类型的遥控操作，解决了遥控器携带不便与操作复杂的问题。经现场调试验证，该智能遥控器的开发是可行的。

关键词：柱上开关；遥控器；配电网；智能

概述

配电网设备种类繁多、参差不齐，柱上开关设备也不例外，其遥控器型号多种多样，遥控操作模式千差万别[1]。现场运维人员每次都需要携带一大堆的遥控器，记忆各类遥控器的操作模式，携带操作极其不便，操作人员稍有不慎极易出现遥控器遗失、拿错、误遥控的现象。同时，柱上开关的遥控操作不受控，基本没有采取强制性闭锁措施，极易发生误操作事故[2-3]。因此急需开发一套柱上开关强制性防误遥控闭锁系统，解决柱上开关设备的强制性闭锁及遥控器携带操作不便等问题，其中智能遥控器的设计与实现是关键。本文从硬件设计与软件实现角度阐述了智能遥控器的设计开发过程，实现将型号不一的遥控器合多为一，通过遥控器自学习，以适应各种类型的遥控操作，来解决遥控器携带不便与操作复杂等问题。

遥控器硬件设计

2.1芯片选取

配电网线路绵长、分布广泛，设备多样，所处的环境复杂多变，因此必须选择合适的无线通信方式。315/433M的通信有合理的接收带宽，具有很强的同频抑制能力，抗干扰能力特强，以及良好的集散辐射抑制、屏蔽和本振辐射抑制能力，能适应各种复杂环境。目前315/433M的通信已经完全实现了芯片的集成化，市面上已有很多厂家开发的集成收发芯片。经对比优劣分析，本文选用国产的SC2262-IR芯片。

SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚（悬空，接高电平，接低电平），任意组合可提供531441地址码，SC2262-IR最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于遥控发射电路。编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成，当有按键按下时，SC2262-IR得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。

2.2SC2262-IR数据格式分析

位码是编码波形的基本单元，可分为AD位（地址、数据位）和SYNC位（同步位），根据相应端子电平的低、高、或悬空状态，AD位可对应分别置为“0”，“1”或“f”，每位波形由两个脉冲周期构成，每个脉冲周期含有16个时钟周期，如图1位码脉冲周期。

图1中，a＝2×时钟振荡周期（时钟振荡周期在芯片16脚用示波器测得），位“f”仅对码地址有效。同步位的长度是4个AD位的长度，含一个1/8AD位宽度的脉冲，如图2同步位宽度。地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”，两个宽脉冲表示“1”，一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“f”，也就是地址码的“悬空”。

地址码、数据码、同步码组成一个完整的字码，由12位AD位码与1位SYNC位码构成，如图3字码结构。

帧码由字码构成，SC2262-IR每次发射的所有字码构成了一组帧码。SC2262-IR每次发射时至少发射4组字码，单片机只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会将数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平。

如图4：一段实际波形，图中上半部分是一组一组的字码，每组字码之间有同步码隔开，如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可。图中下部分是放大的一组字码：一个字码由12位AD码（地址码加数据码，比如8位地址码加4位数据码）组成，每个AD位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空”。

遥控器系统设计

在配电网中，与柱上开关配合的FTU设备可能来自不同的厂家，因此遥控器型号多种多样，遥控操作模式千差万别，为实现遥控器的智能控制，采用手持智能终端智能控制方式；同时，为确保遥控数据传输的稳定性及安全性，手持智能终端与遥控器之间采用串口方式通讯。

遥控器从手持智能终端对外接口获取供电电源，遥控器与手持智能终端之间每次通讯由手持智能终端发起，遥控器在收到信息后，必须回应，手持智能终端在1秒钟内未收到遥控器的回应，应重发，如果重发3次遥控器均无应答，报通讯超时。串口通讯帧数据包括载波频率、数据频率、地址码、数据码，其中载波频率为315M或433M，数据频率为遥控编码信号频率，地址码用于区分每套遥控器和FTU，数据码用于区分遥控器面板按键。

遥控器系统主要包括接口模块、MCU主控模块、无线收发模块（包括无线接收与无线发射）。其中接口模块用于遥控器跟手持智能终端之间的通讯及给遥控器其它模块供电；MCU主控模块由电源电路、看门狗电路、MCU主芯片及收发模块电源电路组成；无线接收模块采用超外差式解调信号；无线发射模块通过ASK/OOK的调制方式发射码值信号。如图5遥控器系统结构图所示。

遥控器软件实现

4.1学习功能实现

手持智能终端APP打开学习功能，通过串口下发学习指令给智能遥控器；智能遥控器收到指令后开启315M/433M无线收发模块电源，开始进入学习状态，等待接收被学习的独立遥控器发送的遥控信息；智能遥控器在接收到315M/433M调制信号后，捕获解析接收到的遥控信息，从中解析出有用的信息数据；智能遥控器再通过串口将有用的信息数据上传给手持智能终端。其实现流程如图6所示。

独立遥控器有多个按键，每一组按键功能都必须要单独学习。遥控器接收到的信息码必须是由1位SYNC位码和12位AD码组成，否则视其为不可识别的码信息，需要从信息码中解析出的有用信息数据包含:载波频率、数据频率、地址码、数据码，其中AD码包括8位地址码和4位数据码，8位地址码用来区分每套遥控器和FTU，4位数据码用来区分遥控器面板上的按键。

4.2多功能遥控功能实现

手持智能终端APP根据柱上开关设备操作要求，选择不同的面板按键或组合按键，开启遥控功能，通过串口下发遥控操作指令给智能遥控器；智能遥控器收到指令后，开启315M/433M无线收发模块电源，开始进入遥控状态，等待接收待发送的遥控信息；同时MCU主芯片接收到正确的遥控信息后，控制无线收发模块发出对应的遥控码无线信号。

每个柱上开关设备包含解锁、拉/合、闭锁一序列遥控操作。无线收发模块遥控的信息码必须是由1位SYNC位码和12位AD码组成，其中AD码包括8位地址码和4位数据码，8位地址码用来区分每套遥控器和FTU，4位数据码用来区分遥控器面板上的按键。

图7多功能遥控功能实现流程图

实现与结论

智能遥控器与手持智能终端通过串口采用即插即用的方式有机结合，并且根据配电网柱上开关遥控器的特点，遥控操作包括解锁、拉/合、闭锁等一序列动作，每个动作可以用单个按键或组合按键来完成，手持智能终端的APP应用软件通过模拟遥控器动作按键，控制智能遥控器发射无线信号，实现柱上开关的遥控操作。

本文所开发的智能遥控器经贵州电网公司六盘水供电局城区供电分局现场调试验证，能有效的满足现场柱上开关的遥控操作要求，表明该柱上开关智能遥控器的开发是可行的。

参考文献

[1]吴爱军,陈海昆,陈华霖.智能化柱上开关控制器研究与设计[J].华东电力，2013，41(4):887-890.

[2]黄建林,刘国勇,张庆辉,龙胜江.一种嵌入式配电网防误方案研究[J].供用电，2015，32(4):68-71.

[3]代晓丰，黄国钊.关于配电网防误系统的研究[J].电力安全技术，2014，16(1):64-66