CN102545178A - Rs485线路状态监视器及其监视方法 - Google Patents
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Abstract
RS485线路状态监视器及其监视方法，涉及一种RS485线路状态监视器及其监视方法，为了解决在现有RS48应用中RS485总线与电源线出现短路时，不能保护和指示并监视和记录总线的工作状态的问题。防雷防浪涌模块、自恢复保险模块、一线路开关模块、第二线路开关模块和RS485隔离收发器使本发明具有浪涌保护、雷击保护、RS485中继、隔离、记录和电源故障保护作用；出现电源与地短路或是电源线地线中有断路的情况下，指示出此类故障并记录，并对线路中非故障部分进行保护，同时能保证在此故障条件下一定时间内，该设备中作为RS485中继、隔离及记录功能的正常工作。它用于监视RS485线路状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种RS485线路状态监视器及其监视方法。
背景技术
目前工业应用中广泛应用RS485总线作为设备数据通信的物理层通道，其在室内或矿井中布线往往与电源线设置在一起，即电源线、地线、RS485+、RS485-设置在一起，在实际的应用中，RS485总线上一般挂载较多的设备，当其中某一设备发生通信故障或电源故障时短路往往使整条总线无法工作，严重者损害总线上的其他非故障设备，使系统总体的可靠性及容错能力大大下降。目前，RS48应用中RS485总线与电源线出现短路时，不能保护和指示并监视和记录总线的工作状态。
发明内容
本发明的目的是为了解决在现有RS48应用中RS485总线与电源线出现短路时，不能保护和指示并监视和记录总线的工作状态的问题，提供一种RS485线路状态监视器及其监视方法。
本发明的一种RS485线路状态监视器，它包括24VDC-DC变换器、5VDC-DC变换器、第一防雷防浪涌模块、第二防雷防浪涌模块、第一自恢复保险模块、第二自恢复保险模块、第一线路开关模块、第二线路开关模块、第一RS485隔离收发器、第二RS485隔离收发器、数据方向控制模块、主控制器、显示器及指示灯模块、时钟模块、存储器模块、第一A/D采集控制电路、第二A/D采集控制电路和两组信号处理单元；
24VDC-DC变换器的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2；24VDC-DC变换器的输出端输出第二路+24V电源；两组信号处理单元中分别包括三个信号处理单元，其中第一信号处理单元、第二信号处理单元和第三信号处理单元组成第一组信号处理单元，第四信号处理单元、第五信号处理单元和第六信号处理单元组成第二信号处理单元；
5VDC-DC变换器的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2，5VDC-DC变换器的输出端输出+5V电源，该+5V电源用于给状态监视器提供数字电路提供工作电源；
RS485串行通信用的第一端口和第二端口之间的两根数据线上顺次串联有第一防雷防浪涌模块、第一线路开关模块、第一自恢复保险模块、第一RS485隔离收发器、数据方向控制模块、第二RS485隔离收发器、第二自恢复保险模块、第二线路开关模块和第二防雷防浪涌模块；
主控制器的第一串行数据口UART1的两个数据接口分别连接位于第一RS485隔离收发器和数据方向控制模块之间的两根信号线，主控制器的第二串行数据口UART2的两个数据接口分别连接位于数据方向控制模块和隔离收发器之间的两根信号线；数据方向控制模块的数据传输方向信号输出端连接主控制器的方向控制信号输入端，主控制器的第一线路开关控制信号输出端与第一线路开关模块的开关控制信号输入端连接，主控制器的第二线路开关控制信号输出端与第二线路开关模块的开关控制信号输入端连接；
主控制器的显示信号输出端与显示器及指示灯模块的信号输入端连接；主控制器的第一路采样控制信号输出端与第一A/D采集控制电路的采样控制信号输入端连接；主控制器的第二路采样控制信号输出端与第二A/D采集控制电路的采样控制信号输入端连接；
主控制器的时钟信号输入端与时钟模块的时钟信号输出端连接，主控制器的存储器信号输入/输出端与存储器模块的数据输入/输出端连接；
第一A/D采集控制电路的三路控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一A/D采集控制电路的三路数据读取控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一信号处理单元、第二信号处理单元、第三信号处理单元、第四信号处理单元、第五信号处理单元和第六信号处理单元的信号输出端同时与与主控制器的采样总线输入端；
第一防雷防浪涌模块和第一线路开关模块之间的两根信号线分别连接第一信号处理单元的采样信号输入端和第二信号处理单元的采样信号输入端连接；24VDC-DC变换器的输入端的第一路+24V电源的正极+24V2与第三信号处理单元的采样信号输入端连接；
第二防雷防浪涌模块和第二线路开关模块之间的两根信号线分别与第四信号处理单元的采样信号输入端和第五信号处理单元的采样信号输入端连接；第二路+24V电源的正极+24V1与第六信号处理单元的第二信号输入端连接；
六个信号处理单元的结构相同，每个信号处理单元包括信号调理电路、A/D采集电路和数据锁存器，信号调理电路的信号输出端与A/D采集电路的模拟信号输入端连接，A/D采集电路的数字信号输出端与数据锁存器的信号输入端连接，A/D采集电路的启动控制信号输入端作为该信号处理单元的控制信号输入端，信号调理电路的信号输入端是该信号处理单元的采样信号输入端，数据锁存器的数据读取信号输入端是该信号处理单元的数据读取控制信号输入端，数据锁存器的信号输出端是该信号处理单元的采样信号输出端。
基于RS485线路状态监视器的RS485线路状态监视方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：主控制器同时启动第一A/D采集控制电路和第二A/D采集控制电路，依次读取六个信号处理单元的采样结果分别存储为VA1、VA2、VA3、VB1、VB2、VB3；
步骤二：对采集的结果预处理：
将VA12＝VA1-VA2，VA13＝VA1-VA3，VA23＝VA2-VA3；
VB12＝VB1-VB2，VB13＝VB1-VB3，VB23＝VB2-VB3；
步骤三：对采样结果进行分析，判定故障：
将VA1、VA2、VA3、VA12、VA13、VA23、VB1、VB2、VB3、VB12、VB13和VB23的绝对值分别与0.3V进行比较，其中，小于0.3V的参数所对应的两条线路判定为发生故障；
步骤四：对步骤三判定为故障的两条线路故障进行故障处理；
步骤五：显示并存储故障信息。
本发明的优点在于防雷防浪涌模块、自恢复保险模块、第一线路开关模块、第二线路开关模块和RS485隔离收发器使本发明具有浪涌保护、雷击保护、RS485中继、隔离、记录和电源故障保护作用；出现电源与地短路或是电源线地线中有断路的情况下，指示出此类故障并记录，并对线路中非故障部分进行保护，同时能保证在此故障条件下24个小时内，该设备中作为RS485中继、隔离及记录功能的正常工作；
出现电源或地与RS485总线短路的情况下，指示出短路的类型及位置：即是电源线还是地线与RS485总线短路，并指示出故障的位置是在本设备之后还是之前，并保护总线上后续的器件不被损坏，当短路排除后总线上器件可以正常工作，并保护无故障部分正常工作，故障排除后线路可自动恢复通信。
出现RS485总线短路的情况下，指示出短路的类型及位置，保护未短路部分正常通信，并指示出故障的位置是在本设备之后还是之前，并保护总线上后续的器件不被损坏，当短路排除后总线上器件可以正常工作，并保护无故障部分正常工作，故障排除后线路可自动恢复通信。
记录RS485总线及电源线上的所有通信状态。
附图说明
图1是本发明的装置的原理框图。
图2是本发明的信号处理单元的电路原理图。
图3是本发明的具体实施方式二增加的14AH电池和电池管理模块的连接关系示意图。
图4是本发明的信号调理电路示意图。
图5是本发明的方法的流程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本发明的一种支持四种工作模式的矩阵开关的控制系统，它包括24VDC-DC变换器1、5VDC-DC变换器2、第一防雷防浪涌模块3、第二防雷防浪涌模块4、第一自恢复保险模块5、第二自恢复保险模块6、第一线路开关模块7、第二线路开关模块8、第一RS485隔离收发器9、第二RS485隔离收发器10、数据方向控制模块11、主控制器12、显示器及指示灯模块13、时钟模块14、存储器模块15、第一A/D采集控制电路16、第二A/D采集控制电路17和两组信号处理单元；
24VDC-DC变换器1的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2；24V DC-DC变换器1的输出端输出第二路+24V电源；两组信号处理单元中分别包括三个信号处理单元，其中第一信号处理单元18-1、第二信号处理单元18-2和第三信号处理单元18-3组成第一组信号处理单元，第四信号处理单元18-4、第五信号处理单元18-5和第六信号处理单元18-6组成第二信号处理单元；
5VDC-DC变换器2的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2，5VDC-DC变换器2的输出端输出+5V电源，该+5V电源用于给状态监视器提供数字电路提供工作电源；
RS485串行通信用的第一端口和第二端口之间的两根数据线上顺次串联有第一防雷防浪涌模块3、第一线路开关模块7、第一自恢复保险模块5、第一RS485隔离收发器9、数据方向控制模块11、第二RS485隔离收发器10、第二自恢复保险模块6、第二线路开关模块8和第二防雷防浪涌模块4；
主控制器12的第一串行数据口UART1的两个数据接口分别连接位于第一RS485隔离收发器9和数据方向控制模块11之间的两根信号线，主控制器12的第二串行数据口UART2的两个数据接口分别连接位于数据方向控制模块11和隔离收发器10之间的两根信号线；数据方向控制模块11的数据传输方向信号输出端连接主控制器12的方向控制信号输入端，主控制器12的第一线路开关控制信号输出端与第一线路开关模块7的开关控制信号输入端连接，主控制器12的第二线路开关控制信号输出端与第二线路开关模块8的开关控制信号输入端连接；
主控制器12的显示信号输出端与显示器及指示灯模块13的信号输入端连接；主控制器12的第一路采样控制信号输出端与第一A/D采集控制电路16的采样控制信号输入端连接；主控制器12的第二路采样控制信号输出端与第二A/D采集控制电路17的采样控制信号输入端连接；
主控制器12的时钟信号输入端与时钟模块14的时钟信号输出端连接，主控制器12的存储器信号输入/输出端与存储器模块15的数据输入/输出端连接；
第一A/D采集控制电路16的三路控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一A/D采集控制电路16的三路数据读取控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路17的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路17的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一信号处理单元18-1、第二信号处理单元18-2、第三信号处理单元18-3、第四信号处理单元18-4、第五信号处理单元18-5和第六信号处理单元18-6的信号输出端同时与与主控制器12的采样总线输入端；
第一防雷防浪涌模块3和第一线路开关模块7之间的两根信号线分别连接第一信号处理单元18-1的采样信号输入端和第二信号处理单元18-2的采样信号输入端连接；24VDC-DC变换器1的输入端的第一路+24V电源的正极+24V2与第三信号处理单元18-3的采样信号输入端连接；
第二防雷防浪涌模块4和第二线路开关模块8之间的两根信号线分别与第四信号处理单元18-4的采样信号输入端和第五信号处理单元18-5的采样信号输入端连接；第二路+24V电源的正极+24V1与第六信号处理单元18-6的第二信号输入端连接；
六个信号处理单元的结构相同，每个信号处理单元包括信号调理电路19、A/D采集电路20和数据锁存器21，信号调理电路19的信号输出端与A/D采集电路20的模拟信号输入端连接，A/D采集电路20的数字信号输出端与数据锁存器21的信号输入端连接，A/D采集电路20的启动控制信号输入端作为该信号处理单元的控制信号输入端，信号调理电路19的信号输入端是该信号处理单元的采样信号输入端，数据锁存器21的数据读取信号输入端是该信号处理单元的数据读取控制信号输入端，数据锁存器21的信号输出端是该信号处理单元的采样信号输出端。
其主要工作过程如下：
来自输入端的15V或24V电源，24V转24V的大功率DC-DC进行隔离后输出到输出端，并经过24V转5V的DC-DC转换器转换成5V后为本文设计的电路作为内部供电电源。内部模块都需要5V供电但不包括以下模块：第一防雷防浪涌模块3、第二防雷防浪涌模块4、第一自恢复保险模块5、第二自恢复保险模块6、24VDC-DC变换器1和5VDC-DC变换器2。
第一防雷防浪涌模块3模块，第二防雷防浪涌模块4模块用于保护本文的设计的模块不受外部的浪涌和雷击的损害，其主要设计使用经典电路的TVS管加气体放电管的方式实现。
第一线路开关模块7，第二线路开关模块8。当来自RS485线路的第一端口间或是和电源线间发生短路的故障时，这两个模块在主控制器12的控制下，将RS485线路的第一端口和第二端口线路断开连接。保护本设计的器件不受损害，并保证未出现故障部分的RS485总线可以正常工作。
当RS485线路的第二端口间或是和电源线间发生短路时，这两个模块在主控制器12的控制下，将输入端及RS485线路的第二端口的线路均断开连接。保护本设计的器件不受损害，并保证未出现故障部分的RS485总线可以正常工作。
第一自恢复保险模块5和第二自恢复保险模块6。当输入端发生雷击、浪涌或是与电源短路时，这两个模块将自动的快速的将发生部位与本文的设计电路断开，保护内部电路不受损坏，当问题排除后，或是线路开关模块断开后，其将自动的连接RS485总线，保证通信正常。
第一RS485隔离收发器9，第二RS485隔离收发器10。采用具有光耦隔离的RS485电平转换芯片，在数据方向控制模块11的控制下完成RS485的接受和发送，当有来自输入端的数据时，第一RS485隔离收发器9在数据方向控制模块11的控制下将来自接受端的RS485电平转换成TTL电平，并经过数据方向控制模块11送到第二RS485隔离收发器10转换成RS485电平标准发送出去；当有数据来自输出端时，第二RS485隔离收发器10在数据方向控制模块11的控制下将来自RS485线路的第二端口的电平转换成TTL电平，并经过数据方向控制模块11送到第一RS485隔离收发器9转换成RS485电平标准发送到输入端出去。
数据方向控制模块11自动判断数据到来的方向，控制第一RS485隔离收发器9，第二RS485隔离收发器10完成收发数据的动作是，其同时可以接受主处理器的控制完成对第一RS485隔离收发器9、第二RS485隔离收发器10的控制。
显示器及指示灯模块13，用来指示当前线路的工作状态，设计由8盏双色LED灯及1个数据锁存器完成指示灯的显示，显示器使用192*64液晶显示模块用于显示详细的状态信息及本文设计的设备的工作状态。8盏LED灯对应于进出本设备的8根线，正常工作下，8盏LED灯都为绿色，当任意一根线路出现故障时，对应的LED灯就变为红色，便于直观的观察。
时钟模块14，用于产生时间，用于显示和记录故障发生的时间。其设计采用DS1302加可充电的纽扣电池的方式，其时间精度高，操作简单。
存储器模块15，采用EEPROM用于记录故障信息，选用256K大小的EEPROM，用于记录故障发生的时间及故障的位置和类型。
第一A/D采集控制电路16，在主控制器12的控制下，用于控制1～3路A/D采集电路的控制，保证其可以同时进行采样。
第二A/D采集控制电路17，在主控制器12的控制下，用于控制4～6路A/D采集电路的控制，保证其可以同时进行采样。
数据锁存器1～6。为了减少对主控制器12的IO总数的需求，采用54f573。
A/D采集电路1～6采用AD7653的A/D采样芯片进行采样，使用其0～2.5V的采样范围。采样可以得到每个线路的电压值，从而完成对各个线路状态的分析和处理。
RS485线路状态监视器及其控制的方法，使电源信号、地线、RS485+、RS485-其中任意两根短路时，均可以检测出来，并记录及显示；同时根据具体故障，通过开关控制总线断开，保护总线上非故障设备不受损害。为RS485通信系统提高可靠性并能监视其工作状态。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述的RS485线路状态监视器还包括14AH电池23和电池管理模块22；14H电池23的输出端与电池管理模块22的输入端连接，电池管理模块22的端口输出+5V电源。
当外部输入的电源短路、断路或是无电等故障发生时，电池管理模块将12V蓄电池转换成5V供电为内部电路提供电源。
14AH电池模块12V蓄电池，保证在外部供电故障的情况下，保证内部供电正常，保持其正常工作24小时。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同的是，信号调理电路19包括电阻分压网络24、仪表放大器25和运算放大器网络26；电阻分压网络24的信号输入端作为信号调理电路19的信号输入端，电阻分压网络24的信号输出端与仪表放大器25的信号输入端连接，仪表放大器25的信号输出端与运算放大器网络26的信号输入端连接，运算放大器网络26的信号输出端作为信号调理电路19的信号输出端。
将来自线路的信号，为保证采样电路对线路本身不造成影响，先经过由电阻分压网络24构成的调理电路将信号进行分压处理输出，为抑制共模电压的影响之后进入仪表放大器25，将输入的差分信号变成单端信号，再经过运算放大网络26使其范围在0～2.5V之内，由于经过仪表放大器其输出的信号与输入的信号之间不会发生影响。输出给A/D器件进行采样。
六个信号调理电路所进行调理的6对差分信号分别为24V DC-DC变换器1的输入端口的正向电源端和接地端；RS485的第一端口的数据正端和地；RS485第一端口的数据负端和地；24V DC-DC变换器1的输出端口的正向电源端和接地端；RS485的第一端口的数据正端和地；RS485第一端口的数据负端和地。
具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，基于具体实施方式一，基于RS485线路状态监视器的RS485线路状态监视方法，包括如下步骤：
步骤一：主控制器12同时启动第一A/D采集控制电路16和第二A/D采集控制电路17，依次读取六个信号处理单元的采样结果分别存储为VA1、VA2、VA3、VB1、VB2、VB3；
步骤二：对采集的结果预处理：
将VA12＝VA1-VA2，VA13＝VA1-VA3，VA23＝VA2-VA3；
VB12＝VB1-VB2，VB13＝VB1-VB3，VB23＝VB2-VB3；
步骤三：对采样结果进行分析，判定故障：
将VA1、VA2、VA3、VA12、VA13、VA23、VB1、VB2、VB3、VB12、VB13和VB23的绝对值分别与0.3V进行比较，其中，小于0.3V的参数所对应的两条线路判定为发生故障；
步骤四：对步骤三判定为故障的两条线路故障进行故障处理；
步骤五：显示并存储故障信息。
若要提高采样精度，可以采样多次取平均值，再进行结果分析。
主控制器的主要作用：
1、对A/D采样电路进行控制，使其对人说85的输入输出端口的线路的电压进行检测。
2、完成对各个采样电路的采样电压进行计算。
3、对采样完成的电压进行处理，判断是否有故障发生。
4、在出现故障的情况下，读取时间信息，将故障信息及时间信息同时写入存储器中。并控制指示灯进行指示，在显示器上显示详细的故障信息。
5、在出现故障后，若为RS485数据线路故障，控制线路开关模块，切断故障部分线路连接，并控制数据方向控制模块，使未发生故障部分RS485隔离收发器的动作只受主控制器的控制，不受故障部分影响。
例如：当输出端的RS485总线发生故障时，主控制器切断第一线路开关模块，并对数据方向控制模块，通过主控制器的UART1将故障信息通过第一RS485隔离收发器从输入端发送出去。同理，当输入端RS485发生故障时，切断第一线路开关模块。
RS485线路故障恢复后，控制第一线路开关模块或第一线路开关模块，重新连接，并恢复数据方向控制模块的自动控制。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是，所述步骤四中故障处理包括：
当|VA1|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与地线发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第一端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的GND2及RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA2|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与地线发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的GND2及RS485的第一端口的数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA3|＜0.3V时，判定为24V2电源线路与地线发生短路；此时，同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的GND2及24V2电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA12|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与RS485的第一端口的数据负端发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA13|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA23|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB1|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与地线发生短路；此时，控制第二线路开关模块8，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的GND1及RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB2|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与地线发生短路；此时，控制第二线路开关模块8，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的输出端GND1及RS485的第一端口的数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB3|＜0.3V时，判定为24V1电源线路与地线发生短路；此时，同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的GND1及24V1电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB12|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与数据负端发生短路；此时，控制第二线路开关模块8，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端和数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB13|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块7，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB23|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与电源线路发生短路；此时，控制第二线路开关模块8，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块14的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块15，同时控制显示器及指示灯模块13，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
若无上述故障，对应线路的LED灯控制为绿色；若一次处理后，无打开开关控制的需求，则保持第一线路开关模块7和第二线路开关模块8闭合。
Claims (5)
1.RS485线路状态监视器，其特征在于，它包括24VDC-DC变换器(1)、5VDC-DC变换器(2)、第一防雷防浪涌模块(3)、第二防雷防浪涌模块(4)、第一自恢复保险模块(5)、第二自恢复保险模块(6)、第一线路开关模块(7)、第二线路开关模块(8)、第一RS485隔离收发器(9)、第二RS485隔离收发器(10)、数据方向控制模块(11)、主控制器(12)、显示器及指示灯模块(13)、时钟模块(14)、存储器模块(15)、第一A/D采集控制电路(16)、第二A/D采集控制电路(17)和两组信号处理单元；
24VDC-DC变换器(1)的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2；24V DC-DC变换器(1)的输出端输出第二路+24V电源；两组信号处理单元中分别包括三个信号处理单元，其中第一信号处理单元(18-1)、第二信号处理单元(18-2)和第三信号处理单元(18-3)组成第一组信号处理单元，第四信号处理单元(18-4)、第五信号处理单元(18-5)和第六信号处理单元(18-6)组成第二信号处理单元；
5VDC-DC变换器(2)的输入端连接第一路+24V电源的正极+24V2和电源地GND2，5VDC-DC变换器(2)的输出端输出+5V电源，该+5V电源用于给状态监视器提供数字电路提供工作电源；
RS485串行通信用的第一端口和第二端口之间的两根数据线上顺次串联有第一防雷防浪涌模块(3)、第一线路开关模块(7)、第一自恢复保险模块(5)、第一RS485隔离收发器(9)、数据方向控制模块(11)、第二RS485隔离收发器(10)、第二自恢复保险模块(6)、第二线路开关模块(8)和第二防雷防浪涌模块(4)；
主控制器(12)的第一串行数据口UART1的两个数据接口分别连接位于第一RS485隔离收发器(9)和数据方向控制模块(11)之间的两根信号线，主控制器(12)的第二串行数据口UART2的两个数据接口分别连接位于数据方向控制模块(11)和隔离收发器(10)之间的两根信号线；数据方向控制模块(11)的数据传输方向信号输出端连接主控制器(12)的方向控制信号输入端，主控制器(12)的第一线路开关控制信号输出端与第一线路开关模块(7)的开关控制信号输入端连接，主控制器(12)的第二线路开关控制信号输出端与第二线路开关模块(8)的开关控制信号输入端连接；
主控制器(12)的显示信号输出端与显示器及指示灯模块(13)的信号输入端连接；主控制器(12)的第一路采样控制信号输出端与第一A/D采集控制电路(16)的采样控制信号输入端连接；主控制器(12)的第二路采样控制信号输出端与第二A/D采集控制电路(17)的采样控制信号输入端连接；
主控制器(12)的时钟信号输入端与时钟模块(14)的时钟信号输出端连接，主控制器(12)的存储器信号输入/输出端与存储器模块(15)的数据输入/输出端连接；
第一A/D采集控制电路(16)的三路控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一A/D采集控制电路(16)的三路数据读取控制信号输出端分别与第一组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路(17)的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的数据读取控制信号输入端连接；
第二A/D采集控制电路(17)的三路数据读取控制信号输出端分别与第二组信号处理单元中的三个信号处理单元的控制信号输入端连接；
第一信号处理单元(18-1)、第二信号处理单元(18-2)、第三信号处理单元(18-3)、第四信号处理单元(18-4)、第五信号处理单元(18-5)和第六信号处理单元(18-6)的信号输出端同时与与主控制器(12)的采样总线输入端；
第一防雷防浪涌模块(3)和第一线路开关模块(7)之间的两根信号线分别连接第一信号处理单元(18-1)的采样信号输入端和第二信号处理单元(18-2)的采样信号输入端连接；24VDC-DC变换器(1)的输入端的第一路+24V电源的正极+24V2与第三信号处理单元(18-3)的采样信号输入端连接；
第二防雷防浪涌模块(4)和第二线路开关模块(8)之间的两根信号线分别与第四信号处理单元(18-4)的采样信号输入端和第五信号处理单元(18-5)的采样信号输入端连接；第二路+24V电源的正极+24V1与第六信号处理单元(18-6)的第二信号输入端连接；
六个信号处理单元的结构相同，每个信号处理单元包括信号调理电路(19)、A/D采集电路(20)和数据锁存器(21)，信号调理电路(19)的信号输出端与A/D采集电路(20)的模拟信号输入端连接，A/D采集电路(20)的数字信号输出端与数据锁存器(21)的信号输入端连接，A/D采集电路(20)的启动控制信号输入端作为该信号处理单元的控制信号输入端，信号调理电路(19)的信号输入端是该信号处理单元的采样信号输入端，数据锁存器(21)的数据读取信号输入端是该信号处理单元的数据读取控制信号输入端，数据锁存器(21)的信号输出端是该信号处理单元的采样信号输出端。
2.根据权利要求1所述的RS485线路状态监视器，其特征在于，所述的RS485线路状态监视器还包括14AH电池(23)和电池管理模块(22)；14H电池(23)的输出端与电池管理模块(22)的输入端连接，电池管理模块(22)的端口输出+5V电源。
3.根据权利要求1所述的RS485线路状态监视器，其特征在于，信号调理电路(19)包括电阻分压网络(24)、仪表放大器(25)和运算放大器网络(26)；电阻分压网络(24)的信号输入端作为信号调理电路(19)的信号输入端，电阻分压网络(24)的信号输出端与仪表放大器(25)的信号输入端连接，仪表放大器(25)的信号输出端与运算放大器网络(26)的信号输入端连接，运算放大器网络(26)的信号输出端作为信号调理电路(19)的信号输出端。
4.基于权利要求1所述的RS485线路状态监视器的RS485线路状态监视方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：主控制器(12)同时启动第一A/D采集控制电路(16)和第二A/D采集控制电路(17)，依次读取六个信号处理单元的采样结果分别存储为VA1、VA2、VA3、VB1、VB2、VB3；
步骤二：对采集的结果预处理：
将VA12＝VA1-VA2，VA13＝VA1-VA3，VA23＝VA2-VA3；
VB12＝VB1-VB2，VB13＝VB1-VB3，VB23＝VB2-VB3；
步骤三：对采样结果进行分析，判定故障：
将VA1、VA2、VA3、VA12、VA13、VA23、VB1、VB2、VB3、VB12、VB13和VB23的绝对值分别与0.3V进行比较，其中，小于0.3V的参数所对应的两条线路判定为发生故障；
步骤四：对步骤三判定为故障的两条线路故障进行故障处理；
步骤五：显示并存储故障信息。
5.根据权利要求3所述的RS485线路状态监视方法，其特征在于，所述步骤四中故障处理包括：
当|VA1|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与地线发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第一端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的GND2及RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA2|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与地线发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的GND2及RS485的第一端口的数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA3|＜0.3V时，判定为24V2电源线路与地线发生短路；此时，同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的GND2及24V2电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA12|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与RS485的第一端口的数据负端发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA13|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VA23|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第一端口的线路；读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB1|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与地线发生短路；此时，控制第二线路开关模块(8)，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的GND1及RS485的第一端口的数据负端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB2|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与地线发生短路；此时，控制第二线路开关模块(8)，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的输出端GND1及RS485的第一端口的数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB3|＜0.3V时，判定为24V1电源线路与地线发生短路；此时，同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的GND1及24V1电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB12|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与数据负端发生短路；此时，控制第二线路开关模块(8)，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端和数据正端的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB13|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据负端与电源线路发生短路；此时，控制第一线路开关模块(7)，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据负端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
当|VB23|＜0.3V时，判定为RS485的第一端口的数据正端与电源线路发生短路；此时，控制第二线路开关模块(8)，切断RS485的第二端口的线路；同时读取时钟模块(14)的时间，将故障信息及故障时间写入存储器模块(15)，同时控制显示器及指示灯模块(13)，指示灯对应的RS485的第一端口的数据正端与电源线路的灯亮红色；显示器显示详细故障信息；
若无上述故障，对应线路的LED灯控制为绿色；若一次处理后，无打开开关控制的需求，则保持第一线路开关模块(7)和第二线路开关模块(8)闭合。
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