CN101599662B - 防止电台长发故障的动态驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止电台长发故障的动态驱动电路，适用于包含于一无线电台的电力负荷管理终端，该无线电台与终端微控制器之间通过各自的串行接口连接，其中该动态驱动电路具有一输入端、一输出端以及一控制端，该输入端连接该微控制器的发送请求端，该输出端连接该无线电台的发送请求输入端，该控制端连接来自该微控制器的一动态控制信号，并通过鉴别该动态控制信号的频率是否处在一正常频率范围内来确定是否接通动态驱动电路的输入端与输出端，由此可避免当终端主控板意外掉电或终端程序意外跑飞时无线电台出现长发故障。

Description

防止电台长发故障的动态驱动电路

技术领域

本发明涉及一种用于电力负荷管理终端的防止电台长发故障的动态驱动电路。

背景技术

电力负荷管理终端已广泛应用于电力自动化领域，一般由电力公司的主控站通过其全向天线，向位于各个厂矿企业的电力负荷管理终端发送各种命令，并从电力负荷管理终端应答码中提取数据。

电力负荷管理终端一般都安装于各个厂矿企业，电力负荷管理终端的遥控输出接各企业的线路开关，分别控制生产用电和生活用电。电力负荷管理终端接收主控站的遥控命令，控制所控线路的开与合，同时也采集各厂矿企业的用电数据，上报主控站，作为电力公司电网管理的依据。

由于电力负荷管理终端需要与主控站进行无线双向通信。目前，在电力负荷管理终端的无线通信有两种方式：一种为无线公网通信(即所谓的GPRS、CDMA通信)，另外一种为专网通信(无线电台通信)。

在专网通信中，无线电台作为电路负荷管理终端的一个重要部件，无线电台与电力负荷管理终端主控板之间通过串行接口进行数据交互。现有的应用中大致有两种方式，一种无线电台通过其串口与终端微控制器的串口直接相连，如图1所示，其中：

终端主控板10串行接口的数据发送端(TXD)直接连接无线电台12的数据接收端(RXD)；

终端主控板10串行接口的数据接收端(RXD)直接连接无线电台12的数据发送端(TXD)；

终端主控板10串行接口的数据发送请求端(RTS)直接连接到无线电台12数据发送请求输入端；

终端主控板10串行接口的通话允许端(DTR)直接连接到无线电台12的语音控制端(DTR)；

终端主控板10中微控制器(图未示)的地线(GND)与无线电台12的地线直接连接。

另外一种无线专网通信的现有技术是无线电台串口的数据发送、数据接收直接连接到终端微控制器串口的数据接收、数据发送。微控制器的发送请求、允许通话通过电子开关装置与无线电台的发送请求输入端、允许通话控制端连接。如图2所示，其中：

终端主控板20串行接口的数据发送端(TXD)直接连接无线电台22的数据接收端(RXD)；

终端主控板20串行接口的数据接收端(RXD)直接连接无线电台22的数据发送端(TXD)；

终端主控板20的地线(GND)与无线电台22的地线直接连接。

终端主控板20串行接口的数据发送请求端(RTS)通过电子开关24连接到无线电台22发送请求输入端；

终端主控板20中微控制器(图未示)的允许通话端(DTR)通过电子开关24连接到无线电台22的允许通话控制端。

上述这些现有技术的电路的优点是电路构成简单，电路实现容易，调试、生产都非常方便，因此广泛应用于电力负荷管理终端中。

然而，由于RTS是低电平有效，如果终端主控板(10，20)发生意外掉电，使RTS保持为低电平，而无线电台(12，22)正常供电，这时，无线电台(12，22)的电源会通过RTS对微控制器灌输电流，微控制器内保护电路把这两个信号拉到地进行保护，从而造成无线电台始终处于数据发送状态；如果由于某种不确定因素使得微控制器程序跑飞，在这种情况下极有可能会拉低RTS，而造成电台长发。

如果电力公司的电力负荷管理系统为同一个频段，若在系统中有某一台终端处于长发状态，则会使得整个电力负荷管理系统中主控站因无法与其他终端通信而瘫痪，这在电力负荷管理系统中是一种非常严重的故障。因此需要一种方案使得在电力负荷管理系统中避免发生上述故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防止电台长发故障的动态驱动电路。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种防止电台长发故障的动态驱动电路，适用于包含于一无线电台的电力负荷管理终端，该无线电台与终端微控制器之间通过各自的串行接口连接，其中该动态驱动电路具有一输入端、一输出端以及一控制端，该输入端连接该微控制器的发送请求端，该输出端连接该无线电台的发送请求输入端，该控制端连接来自该微控制器的一动态控制信号，该动态驱动电路包括：第一鉴频器、第二鉴频器、动态电流驱动器和输出开关。第一鉴频器连接该控制端，鉴别该动态控制信号的频率，其中当该动态控制信号的频率高于一预设频率范围的下限时，该第一鉴频器产生并输出一使能信号。第二鉴频器连接该控制端和该第一鉴频器且在接收到该使能信号时工作，第二鉴频器鉴别该动态控制信号的频率，其中当该动态控制信号的频率低于一预设频率范围的上限时，该第二鉴频器产生并输出第二驱动信号。动态电流驱动器连接该第二鉴频器并在该第二鉴频器输出为该第二驱动信号时产生一有效的开关驱动信号。输出开关分别连接该输入端、该输出端以及该动态电流驱动器，该输出开关在该开关驱动信号有效时使该输入端与该输出端连通。

在上述的动态驱动电路中，第一鉴频器进一步包括：鉴频单元，产生并输出一频率与动态控制信号相同且在每一周期内具有一第一导通时间常数的第一驱动信号；以及使能单元，连接该第一鉴频器的该第一驱动信号，其中当该动态控制信号的频率高于一预设频率范围的下限时，该使能单元输出一使能信号。

在上述的动态驱动电路中，该第二驱动信号的频率与动态控制信号相同且具有一第二导通时间常数，且当该动态控制信号的频率高于该预设频率范围的上限时，该第二鉴频器产生并输出一恒定电平信号。

在上述的动态驱动电路中，该鉴频单元包括单稳态电路，其中该单稳态电路的定时端具有确定所述第一导通时间常数的电容和电阻。

在上述的动态驱动电路中，该使能单元包括RC充电电路。

在上述的动态驱动电路中，该第二鉴频器包括单稳态电路，其中该单稳态电路的定时端具有确定所述第二导通时间常数的电容和电阻。

在上述的动态驱动电路中，还包括一输入开关，连接在该控制端与该第一鉴频器之间，以及该控制端与该第二鉴频器之间。

在上述的动态驱动电路中，该无线电台的发送请求输入端常态下被上拉为高电平。

因此，本发明通过在电力负荷管理终端的微控制器与无线电台之间的RTS线上设置动态驱动电路，通过鉴别微控制器的动态控制信号的频率，能确保终端无线电台避免产生长发故障。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是现有一种无线电台通信原理图。

图2是现有另一种无线电台通信原理图。

图3是根据本发明一个实施例在RTS线上应用防止电台长发故障的动态驱动电路的示意图。

图4是防止电台长发故障动态驱动电路结构框图。

图5是防止电台长发故障动态驱动控制电路图。

图6是微控制器正常发送数据时动态驱动电路输出波形图。

图7是微控制器输出RTSCTR频率太低时动态驱动电路输出波形图。

图8是微控制器输出RTSCTR频率太高时动态驱动电路输出波形图。

具体实施方式

实施例仅用于证明该方案采用现有技术是可实现的，具有实用性的要求，不用于限制权利要求的范围，提到的动态驱动电路内部电路，芯片型号仅用于提供一种可能的电路实现方式。

本发明的目的是提供一种用于电力负荷管理终端防电台长发故障的动态电路，参照图3所示，终端主控板30与无线电台32之间通过其各自的通信串行接口连接。以终端主控板30侧的串行接口来说，其具有数据发送端TXD、数据接收端RXD、允许通话端DTR、发送请求端RTS以及接地端GND。其中对串行接口的数据发送端TXD、数据接收端RXD、通话允许端DTR各端仍然采用原设计，而在发送请求端(RTS)与无线电台连接的RTS线之间增加了一个动态驱动电路34，使得主控板即使在掉电或程序跑飞的情况下也不会发生无线电台长发的故障。

承接上述，动态驱动电路34具有一输入端RTS1、一输出端RTS2以及一动态控制端RTSCTR，其中RTS1与终端主控板30的RTS端连接，RTS2与无线电台32的RTS请求输入端连接，作为其驱动信号。RTSCTR端通过一动态控制线36与微控制器33的IO口连接，微控制器33在RTSCTR输出500Hz左右的方波脉冲，驱动动态驱动电路34。另外，当微控制器31需要对外发送数据时，RTS1端输出低电平，当微控制器31不发送数据时，RTS1端输出高电平。

为实现主板在掉电或程序跑飞的情况下不会导致无线电台出现长发的故障，动态驱动电路34被配置为具有以下功能：

当终端在正常工作情况下，需要对外发送数据时，主控板30的串行接口输出低电平，该信号输入到动态驱动电路34的RTS1端。同时主控板30的微控制器31通过RTSCTR动态控制线输出一个500Hz的方波信号打开动态驱动电路34的控制门。此时，动态驱动电路34的RTS2才会输出低电平。无线电台32识别到RTS2输出为低电平时，允许发送数据。

动态驱动电路34在以下情况下，RTS2输出关闭(高电平)，无线电台32禁止发送数据：

1、RTS1为低电平，而微控制器31在动态控制端RTSCTR没有输出方波信号，动态驱动电路34的控制门保持关闭状态，输出端RTS2维持高电平输出，无线电台不发送数据。

2、RTS1为低电平，而微控制器31的动态控制端RTSCTR输出方波信号频率大于1500Hz时(这种情况可能是由于微控制器31程序走飞或发生意外情况，动态控制信号的正常方波频率在500Hz左右)，动态驱动电路34的控制门保持关闭状态，输出端RTS2维持高电平输出，无线电台32不发送数据。

3、RTS1为低电平，而微控制器31的动态控制端RTSCTR输出方波信号频率小于250Hz时(这种情况可能是由于微控制器31程序走飞或发生意外情况，动态控制信号的正常方波频率在500Hz左右)，动态驱动电路34的控制门保持关闭状态，输出端RTS2维持高电平输出，无线电台32不发送数据。

4、RTS1为高电平，而微控制器31的动态控制端RTSCTR输出正常方波信号，微控制器31的控制门打开，但是如果输入端RTS1为高电平(微控制器31没有请求发送数据)，因此在动态驱动电路34的输出端RTS2上还是保持高电平，无线电台32还是不发送数据。

5、终端主控板部分断电，而无线电台电源正常。在这种情况下，RTS2同样保持为高电平，使得无线电台无法发送数据。

本发明实质上是通过鉴别为控制器的动态控制信号的频率来达到上述功能的。下面参照图4来说明动态驱动电路的工作原理。该动态驱动电路34包括输入开关40、第一鉴频器42、第二鉴频器44、动态电流驱动器46以及输出开关48。输入开关40是作为电路34的输入缓冲级。

第一鉴频器42接收动态控制信号RTSCTR，以鉴别该动态控制信号的频率，只有当该动态控制信号的频率高于一预设频率范围的下限时，第一鉴频器42才产生并输出一使能信号EN，例如高电平，其他情况下，第一鉴频器42输出的是低电平禁能信号。其中动态控制信号的预设频率范围是根据终端微控制器31掉电或程序跑飞时可能出现的频率而定的。作为举例而非限定，正常范围例如是250Hz～1500Hz，其下限即为250Hz。需要说明的是，恒定电平的动态控制信号会被视为0Hz的信号。

第一鉴频器42输出的使能信号EN用来使能第二鉴频器。

第二鉴频器44接收动态控制信号RTSCTR以鉴别该频率。然而第二鉴频器44只有在接收到使能信号EN时工作，其他情况下，第二鉴频器44会被禁止工作，其输出恒定为低电平。当第二鉴频器44工作时，在该动态控制信号的频率低于上述预设频率范围的上限，即1500Hz的情况下，第二鉴频器44产生并输出一第二驱动信号Drv2。此第二驱动信号为具有一定频率的动态电流信号，例如方波信号。在该动态控制信号的频率高于1500Hz的上限时，第二鉴频器44会产生并输出一电压恒定的信号，例如高电平。

动态电流驱动器46连接第二鉴频器44，并只有在第二鉴频器的输出为第二驱动信号Drv2时才会产生一有效的开关驱动信号Gate，其例如是高电平。而输出开关48分别连接动态驱动电路34的输入端RTS1、输出端RTS2以及动态电流驱动器46，输出开关48在输入导通信号On时才使输入端RTS1与输出端RTS2导通。

如此，只有当动态控制信号的频率在正常范围250Hz～1500Hz内时，才会使使输入端RTS1与输出端RTS2导通，因此在诸如终端主控板30掉电或程序跑飞的情况下，其输出的低电平RTS信号并不会传导给RTS2，从而避免无线电台32出现长发故障。

另外，输出端RTS2在无线电台32内被通过上拉电阻常态地来至高电平，以避免在某些极端情况下终端主控板30掉电而无线电台32正常供电情况下的长发故障。

下面更以一实际的电路来进一步说明本发明的具体实施例，请参考图4、图5所示。

动态控制信号RTSCTR连接到电阻R1。电阻R1、R2、R3、三极管Q1组成图4所示的输入开关40，该输入开关40的输入和输出之间的波形相反。

RTSCTR信号经过输入开关10后输入到第一鉴频器42。其中芯片D1A、电阻R4、电容C1组成第一鉴频器42的鉴频单元，电阻R5、电容C2组成的充电电路组成使能单元。

D1A是一片双路单稳态集成电路，其配置方式为：D1A的5脚为单稳态电路的脉冲输入信号下降沿触发端，现在接高电平(不使用)；D1A的3脚为单稳态电路的置位端，现在接高电平(不使用)；D1A的1脚为单稳态电路的放电端，接地；D1A的4脚为单稳态电路的脉冲输入信号上升沿触发端；D1A的6脚为单稳态电路的输出端；D1A的2脚为单稳态电路的输出脉冲定时端，接电容C1和电阻R4。

每次在D1A的4脚上出现上升沿时(单稳态电路工作在上升沿触发)，单稳态电路就触发一次，芯片D1A的6脚输出高电平，输出高电平的持续时间为τ1(R4×C1)的时间常数。经过时间常数后，D1A的6脚输出低电平(高电平与低电平的占空比经过严格计算)。由此产生并输出一频率与RTSCTR信号相同且每一周期内具有第一导通时间常数的第一驱动信号Drv1。R5、C2组成的使能单元负责对第一驱动信号Drv1充电，以产生使能信号EN。

芯片D1B、电阻R6、电容C3组成第二鉴频器44。

D1B也是一片双路单稳态集成电路，其配置方式为：D1B的11脚为单稳态电路的脉冲输入信号下降沿触发端；D1B的13脚为单稳态电路的置位端，现在接高电平(不使用)；D1B的15脚为单稳态电路的放电端，接地；D1B的12脚为单稳态电路的脉冲输入信号上升沿触发端D1B的10脚为单稳态电路的同相输出端；D1B的14脚为单稳态电路的输出脉冲定时端。

第二鉴频器44根据使能信号EN触发而工作。类似地于第一鉴频器，每次在D1B的4脚上出现上升沿时，单稳态电路就触发一次，D1B的6脚输出高电平，输出高电平的持续时间为τ2(R6×C3)的时间常数，经过时间常数后，D1B的6脚输出低电平(高电平与低电平的占空比经过严格计算)。由此产生并输出一频率与RTSCTR信号相同且每一周期内具有第二导通时间常数的第二驱动信号Drv2。值得一提的是，当该RTSCTR信号的频率过高时，第二驱动信号将畸变为一恒定电平信号。

下面的详细工作原理分成四种情况加以说明：

一、微控制器31在正常工作状态，对无线电台32发送数据时动态驱动电路34的工作情况；

D1A引脚6的输出波形如图6所示。D1A引脚6输出方波后，在高电平时通过R5对C2充电，在低电平时C2通过R5放电。C2充放电过程在D1A的引脚11上产生如图6所示波形。RTSCTR信号刚开始输入脉冲时，D1B的11脚上起始电压为0V开始充电，由于D1A的6脚输出波形的占空比较大，因此D1B 11脚上的电压随着脉冲数增加而上升，当这电压上升到D1B阀值以上时，D1B的使能端可打开。D1B输出高电平持续时间为τ2(R6×C3)的时间常数。在D1B 10脚上输出如图6所示的波形。D1B 10脚上输出波形的频率与D1A 6脚相同，相位相同，唯一不同的是占空比不同。

D1B 10脚的输出(DPCOUT)接到动态电流驱动器46的R9。其中电阻R7、R8、R9、R10、二极管D1、三极管Q2组成一个开关电路。当D1B 10脚输出低电平时，Q2截止，电源VCC通过D1、R7、R8对电容C4充电，电容C4很快充满电；当D1B 10脚输出高电平时，Q2导通，C4通过Q2对C5充电。在C4放电过程中，V5反向截止，C4的放电电流全部传送到C5上，因C5的正极接地，在C4放电过程中，C5正极电压不能上升，因此C5负极电压往下降，由于电路中设置了D3，在C4放电过程中，D3截止。随着C5负极电压的进一步下降，光电耦合器D4将会导通，D4导通后打开输出开关48。D1B 10脚上出现方波信号后，在电容C4上周而复始的出现上述过程，电容C5上很快就会达到足够触发光电耦合器导通的条件。

输出开关48由光电耦合器D4、电阻R13、R14、R15、三极管Q3、Q4组成。光电耦合器D4导通后，D4的4脚输出低电平，Q3也可导通；Q3导通后Q4也可导通。微控制器31串行接口RTS1接在Q4的发射极、无线电台32串行接口的RTS2接在Q4的集电极。在Q4导通后，微控制器31串行接口RTS1的状态才能反应到无线电台串行接口RTS2上。

二、微控制器31在正常工作状态下，不对无线电台32发送数据；或者微控制器31在非正常工作状态下，“RTSCTR”输出频率太低时动态驱动电路34的工作情况；

微控制器31不发送数据与微控制器31在非正常工作状态下RTSCTR信号输出频率太低时动态驱动电路34的工作情况是一样的，前者是后者的一种极端情况，动态驱动电路各点波形如图7所示。

当RTSCTR输入脉冲信号的频率太低时，由于D1A的时间常数τ1(R4×C1)不变，在RTSCTR输入脉冲还在持续高电平时，R4、C1放电早已结束，D1A 6P输出高电平的时间不变，但是输出波形的占空比已经发生变化，如图7所示。由于D1A 6P输出波形的占空比变小，因此电容C2的充电时间比较短，放电时间较长，C2的峰值电压超不过D1B门限的阀值电压(如图7所示)，D1B的门关闭，D1B 10脚输出恒定为低电平(如图7所示)。

由于D1B 10脚恒定输出低电平，Q2始终处于截止状态，导致C4没有放电回路，C5没有充电回路，光电耦合器D4始终处于截止状态。只要光电耦合器D4处于截止状态，输出开关48就打不开，微控制器31串行接口RTS1的状态不会反映到无线电台串行接口的RTS2上。

经过上述分析可以得知，本电路即使在微控制器31的RTS1端输出低电平，只要微控制器31的RTSCTR输出频率太低，无线电台32的RTS2也处于高电平状态，无线电台32不会对外发送数据。

三、微控制器31在非工作状态下，“RTSCTR”输出频率过高时动态驱动电路的工作情况；

当RTSCTR输入脉冲信号的频率过高时，由于D1A的时间常数τ1(R4×C1)不变，在R4、C1放电还没有结束时，RTSCTR的第二个脉冲的上升沿已经出现，D1A单稳态电路被重新触发，这时，D1A的6脚恒定输出高电平(如图8所示)。

由于D1A 6脚恒定输出高电平，因此C2上很快就充满电，而且C2没有放电回路，一直保持高电平(如图8的D1B 11脚波形所示)，因此D1B的使能一直打开。在设计时D1B的时间常数τ(R6×C3)小于D1A的时间常数，因此D1B肯定也出现D1A重触发的现象，D1B 10脚也恒定输出高电平(如图810P波形)。

由于D1B 10脚恒定输出高电平，Q2始终处于导通状态，导致C4放电速度远高于充电速度，因此在C4的正极上基本没有电压，C5同时也没有充放电过程，光电耦合器D4也不会导通。光电耦合器D4不导通，输出开关48处于关闭状态，微控制器31串行接口RTS1的状态不会体现到无线电台串行接口RTS2上，RTS2始终保持高电平，从而避免出现无线电台长发故障。

四、微控制器31所在的主控板掉电但是无线电台继续供电，动态驱动电路的工作情况。

在终端主控板30由于某种原因意外失电，但是无线电台32继续供电的情况下，动态驱动电路34的：输入开关40、第一鉴频器42、第二鉴频器44、动态电流驱动器46都不工作，输出开关48关闭。由于RTS2端在无线电台32内部有上拉电阻。因此，无线电台也不会出现长发故障。

根据上述几种情况分析，本发明的动态驱动电路能确保终端无线电台避免产生长发故障。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1. 一种防止电台长发故障的动态驱动电路，适用于包含于一无线电台的电力负荷管理终端，该无线电台与终端微控制器之间通过各自的串行接口连接，其中该动态驱动电路具有一输入端、一输出端以及一控制端，该输入端连接该微控制器的发送请求端，该输出端连接该无线电台的发送请求输入端，该控制端连接来自该微控制器的一动态控制信号，该动态驱动电路包括：

第一鉴频器，连接该控制端，鉴别该动态控制信号的频率，其中当该动态控制信号的频率高于一预设频率范围的下限时，该第一鉴频器产生并输出一使能信号；

第二鉴频器，连接该控制端和该第一鉴频器且在接收到该使能信号时工作，第二鉴频器鉴别该动态控制信号的频率，其中当该动态控制信号的频率低于一预设频率范围的上限时，该第二鉴频器产生并输出第二驱动信号；

动态电流驱动器，连接该第二鉴频器，并在该第二鉴频器输出为该第二驱动信号时产生一有效的开关驱动信号；以及

输出开关，分别连接该输入端、该输出端以及该动态电流驱动器，该输出开关在该开关驱动信号有效时使该输入端与该输出端连通。

2. 如权利要求1所述的动态驱动电路，其特征在于，该第一鉴频器包括：

鉴频单元，产生并输出一频率与动态控制信号相同且在每一周期内具有一第一导通时间常数的第一驱动信号；以及

使能单元，连接该第一鉴频器的该第一驱动信号，其中当该动态控制信号的频率高于一预设频率范围的下限时，该使能单元输出一使能信号。

3. 如权利要求1所述的动态驱动电路，其特征在于，该第二驱动信号的频率与动态控制信号相同且具有一第二导通时间常数，且当该动态控制信号的频率高于该预设频率范围的上限时，该第二鉴频器产生并输出一恒定电平信号。

4. 如权利要求2所述的动态驱动电路，其特征在于，该鉴频单元包括单稳态电路，其中该单稳态电路的定时端具有确定所述第一导通时间常数的电容和电阻。

5. 如权利要求2所述的动态驱动电路，其特征在于，该使能单元包括RC充电电路。

6. 如权利要求3所述的动态驱动电路，其特征在于，该第二鉴频器包括单稳态电路，其中该单稳态电路的定时端具有确定所述第二导通时间常数的电容和电阻。

7. 如权利要求1所述的动态驱动电路，其特征在于还包括一输入开关，连接在该控制端与该第一鉴频器之间，以及该控制端与该第二鉴频器之间。

8. 如权利要求1所述的动态驱动电路，其特征在于，该无线电台的请求发送输入端常态地被上拉为高电平。

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