0 引言

　　目前電力系統的通信、監控和數據采集系統采用的是一種分布式的通信結構。伴隨著新設備、新技術的應用，在當前我國的電力系統內，對終端單元的通信、監控和數據采集存在著三大問題：一是分布式系統的工作效率較低；二是終端種類繁多，并且通信協議互不兼容；三是主站的數據采集前端子系統（工控采集板、協議轉換板等）適應性較差，實際使用效果難以令人滿意。

　　電力系統所需要的，應該是這樣一種主站數據采集前端子系統：首先它應該可以實現與多種類型的終端單元進行通信與數據采集；其次，它應該可以兼容多種通信協議；然后，最為重要的是它可以智能地、自動地完成對終端單元的數據采集和協議轉換任務；最后，這個子系統還應該價廉物美，具有良好的經濟性。

　　1 采集與監控系統結構

　　在變電站和工業現場的微機監控應用系統中，要采集許多遠程現場數據點，這時主站PC機與下位機通過串行通訊來完成命令與現場采集數據的傳輸。目前比較通用的是在PC機或工控機內安裝數據采集板卡，如A/D卡及422、485卡。這些數據采集設備存在以下缺陷：安裝麻煩、價格昂貴；受計算機插槽數量、地址、中斷資源限制，可擴展性差；在一些電磁干擾性強的測試現場，無法專門對其做電磁屏蔽，導致采集的數據失真。通用串行總線（Universal Serial Bus，簡稱USB）是1995年康柏、微軟、IBM、NEC等公司為了解決傳統總線的不足推廣的一種新型串行通信標準。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴展等優點，已經逐漸成為現代數據傳輸的發展趨勢。基于USB的數據采集系統充分利用USB總線的上述優點，有效解決了傳統數據采集系統的缺陷。本設計就是將RS-232、RS-485與傳輸距離短但高速、可靠易擴展的USB相結合，形成了能夠多點、快速、可靠、低成本的遠距離數據采集系統。

　　
采集與監控系統結構圖

　　2 適配器的硬件電路實現

　　通信適配器硬件結構如上圖1所示。微控制器采用AT89C52，該控制器具有運算速度快、兼容MCS51指令集的特點，內部集成 8Kflash，性價比高。外接看門狗電路MAX706，可為微控制器提供可靠的保護。為了防止外界干擾對MCU的影響，單片機與下位機通訊的接口采用光耦隔離，控制接口的隔離采用TLP521-2，收發的RXD、TXD采用6N137隔離。

　　USB接口采用PHILIPS的USB控制芯片PDIUSBD12，該控制芯片能夠實現微控制器的并行總線到USB口的總線接口功能，而且編程方便，適用于多種微控制器，內部集成實現USB功能的PLL、SIE、FIFO模塊，與普通的微控制器配合就可以實現功能完備的USB外設。對于一個微控制器而言，PDIUSBD12就象一個帶8位數據總線和一個地址位（占兩個位置）的存貯器件。與USB的連接是通過1.5kΩ上拉電阻將D+（用于高速 USB器件）置為高來實現的。1.5kΩ上拉電阻集成在PDIUSBD12內部，默認狀態下不與VCC相連。連接的建立通過外部/系統微控制器發出命令來實現。這就允許系統微控制器在決定與USB建立連接之前完成初始化時序。USB總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。

　　考慮到現在工業領域常用的總線有RS232、RS485等，采用MAXIM公司的MAX232、MAX485接收發送器實現電平轉換。與外界的接口采用光電開關，通過上位機初始化設置總線類型選擇與外界的接口方式，從而有效的避免了設置值與實際操作中接法的不一致。又因為RS-485總線為并接式二線制接口，一旦有一只芯片故障就可能將總線“拉死”，因此對其二線口VA、VB與總線之間應加以隔離。通常在VA、VB與總線之間各串接一只 4~10Ω的PTC電阻，同時與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。如沒有PTC電阻和TVS二極管，可用普通電阻和穩壓管代替，同時在該芯片外接0.1uf的電容，也可以有效的防止外界的干擾。

　　3 適配器的軟件設計

　　適配器的軟件主要包括AT89C52微控制器的軟件以及上位機的管理軟件。考慮到上位機的處理速度優勢，將協議轉換的工作交由上位機的客戶服務程序來完成。單片機AT89C52主要實現智能的終端與協議識別以及與下位機的通信和數據轉存。由于采用USB接口與上位機通信不占用上位機系統的CPU 時間，這樣即把上位機從通信瓶頸中解脫出來，又充分利用了上位機的速度優勢。