基于软件编码的中速红外技术在FTU中的应用

　　引 言

　　馈线自动化终端(FTU)是自动化系统与一次设备联结的接口，主要用于配电系统变压器、断路器、重合器、分段器、柱上负荷开关等应用场合，主要安装于户外柱上或环网柜。由于设备和电力一次设备安装距离比较近，特别是柱上安装模式给应用程序更新、设备调试、运行参数整定和维护带来困难，传统的经过串口进行调试和维护的方式需要直接接触，往往还需要设备掉电，存在安全隐患，接线很不方便，而非接触式维护调试接口将解决上述问题。和蓝牙等一些短距离无线通讯相比，红外数据通讯成本低，设计简单保密性好。红外通讯是一种短距离无线通讯技术，采用点对点传输方式，传输距离为0～30 m，发射角度为30°锥角以内，最高传输速率达16 Mb/s。中速红外数据通讯产品，具有成本低廉、连接方便、简单易用、结构紧凑、传输距离远和传输速率快等特点，非常适合作为FTU调试接口，很好地解决了FTU的参数设置和维护等困难。

　　1 常用的红外数据传输规范

　　1.1 IrDA协议的红外数据传输

　　IrDA 1.0协议基于异步收发器UART，最高通信速率在115.2 Kb/s。IrDA 1.1协议提高通信速率到4 Mb/s，之后，IrDA又推出了最高通信速率在16 Mb/s的协议。使用IrDA协议的高速传输红外收发器，传输距离比较近，只有几十厘米，而且角度很窄，而FTU一般安装在柱上，距地面距离5～6 m，这种方法使现场对准光轴很困难，传输距离远不能满足要求。而且阳光中的红外波段会对红外收发器的灵敏度产生很大影响，并且带来许多干扰。

　　1.2 红外遥控用数据传输

　　遥控用的收发器传输距离在几米到几十米，发射角度通常在0～30°，发射强度与接收灵敏度因不同器件不同应用设计而强弱不一，在小型移动设备中有着广泛的应用。标准的红外遥控用波长为900～950 nm，副载波为33～40 kHz。但遥控用的红外收发器的数据传输速率很低，通常只传输简单的命令或读取设备状态等少量数据，对FTU来说其调试接口可能需要观察设备内部数据或更新程序，需要传输的数据量大，如果速率很低，会导致性能无法接受。

　　2 系统设计方案

　　FTU安装在户外柱上，距离较长，数据速率要求，高干扰，因此采用Vishay中速红外收发器，利用CPLD/FPGA实现红外调制和数据波形识别，通过软件实现应用层的编码和解码，既降低硬件设计难度又提高了电路的抗干扰能力。

　　整个系统分为主机侧红外适配器和FTU侧收发器，主机侧适配器通过RS 232和计算机相连经USB接口为适配器供电，通过FTU维护软件经适配器向外收发数据，FTU经红外收发器接收来自主机的命令和数据，并向主机发送主机需要的数据报。FTU是基于A1tera NiosⅡ的SoPC系统，红外收发器的信号通过UART和处理器Nios相连接。