CN104104374B - 一种基于流量计量装置的rs485抗干扰通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统。包括外部供电模块、内部供电模块、用于切换内外部电源的电源切换模块、RS485通信模块和光电隔离电路模块；所述电源切换模块的输入端分别与所述外部供电模块和内部供电模块连接，所述电源切换模块的输出端分别与所述RS485通信模块和光电隔离电路模块供电接口连接，所述RS485通信模块与所述光电隔离电路模块连接，所述光电隔离电路模块与流量计量装置的主控模块连接。本发明采用抗干扰电路设计，让整个通讯系统具有更好的抗干扰性能，同时具有内部电源、外部电源切换电路，保障外部供电消失时及时切换为内部供电，使得整个系统具有更强的环境适应能力，工作状态更加稳定。

Description

一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统

技术领域

本发明涉及仪表通讯领域，尤其涉及一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统。

背景技术

目前，流量计量装置RS485通讯系统的供电方式分为内部供电和外部供电两种。其中，内部供电方式多用于使用环境较荒凉、恶劣，不能提供有效的外部供电的情况下，但内部供电方式具有需定期换电池，也容易因电池更换不及时造成通讯系统停止工作；随着光伏发电、风力发电的普及，应用于较荒凉环境的流量计量装置通讯系统越来越多的应用光电、风电等新能源方式提供外部供电，但光电与风电具有受环境、气候影响大，供电不稳定等问题，同时，恶劣的工作环境也对通讯系统的抗干扰性能提出了更高的要求。

发明内容

为使得工作在特殊条件下的流量计量装置通讯系统具有更加稳定的供电以及更好的抗干扰性，本发明提供一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，包括外部供电模块、内部供电模块、用于切换内外部电源的电源切换模块、RS485通信模块和光电隔离电路模块；

所述电源切换模块的输入端分别与所述外部供电模块和内部供电模块连接，所述电源切换模块的输出端分别与所述RS485通信模块和光电隔离电路模块供电接口连接，所述RS485通信模块与所述光电隔离电路模块连接，所述光电隔离电路模块与流量计量装置的主控模块连接。

进一步的，所述外部供电模块包括降压转换芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电感和第一肖特基二极管；

其中，所述降压转换芯片的引脚2与外部电源连接，同时，所述所述降压转换芯片的引脚2通过并接的第一电容和第二电容与地线连接；

所述降压转换芯片的引脚4和引脚5分别通过第三电容和第一电阻与地线连接；

所述降压转换芯片的引脚1通过第四电容与引脚10连接，所述降压转换芯片的引脚10还同时连接所述第一肖特基二极管的负极以及所述第一电感的一端，所述第一肖特基二极管的阳极与地线连接，所述第一电感的另一端为所述外部供电模块的输出端，第一电感的另一端还通过并接的第七电容与第八电容与地线连接，同时，所述第一电感的另一端还通过第三电阻与所述降压转换芯片的引脚7连接，所述降压转换芯片的引脚7还通过第四电阻与地线连接；

所述第二电阻的一端同时与所述降压转换芯片的引脚8和第六电容的一端连接，所述第二电阻的另一端通过第五电容与地线连接，所述第六电容的另一端与地线连接。

所述外部电源模块通过降压转换芯片以及所述降压转换芯片的外围滤波稳压电路将外部电源电压由24伏降为5伏。

进一步的，所述电源切换模块包括P沟道MOS管、稳压器和整流二极管，所述P沟道MOS管的栅极与所述外部电源模块连接，所述P沟道MOS管的源极与所述内部供电模块连接，所述外部电源模块还通过稳压器和整流二极管与所述P沟道MOS管漏极连接，所述P沟道MOS管的漏极为所述切换电源模块的输出端。

在外部电源模块通电时，所述P沟道MOS管的VGS为正向压，MOS管关断，所述电源切换模块输出端输出经稳压器和整流二极管稳压整流的外部电压；当外部电源断电时，所述P沟道MOS管的VGS为负压，MOS管接通，所述电源切换模块输出端输出内部电源的内部电压。

进一步的，所述光电隔离电路模块包括第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；

所述第一光电隔离器件的引脚1通过第五电阻与电源连接，所述第一光电隔离器件的引脚2与所述RS485模块的接收接口连接，所述第一光电隔离器件的引脚3通过第六电阻与电源连接，同时，所述第一光电隔离器件的引脚3还与流量计量装置的主控模块连接，所述第一光电隔离器件的引脚4与地线连接；

所述第二光电隔离器件的引脚1通过第七电阻与电源连接，所述第二光电隔离器件的引脚2与流量计量装置的主控模块连接，所述第二光电隔离器件的引脚3与电源连接，所述第二光电隔离器件的引脚4同时与所述RS485模块的接收和发送使能接口连接，同时，所述第二光电隔离器件的引脚4还通过第八电阻与地线连接；

所述第三光电隔离器件的引脚1通过第九电阻与电源连接，所述第三光电隔离器件的引脚2与流量计量装置的主控模块连接，所述第三光电隔离器件的引脚3与所述RS485模块的发送接口连接，同时所述第三光电隔离器件的引脚3还通过第十电阻与电源连接，所述第三光电隔离器件的引脚4与地线连接。

进一步的，所述RS485通信模块包括RS485芯片和第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻；

所述RS485芯片的引脚7通过第十一电阻与地线连接，同时，所述RS485芯片的引脚7还通过第十三电阻与第十五电阻的一端连接；

所述RS485芯片的引脚6通过第十二电阻与电源连接，同时，所述RS485芯片的引脚6还通过第十四电阻与第十五电阻的另外一端连接。

本发明的有益效果为：

1、具有内部电源、外部电源切换功能，在本发明所述的通讯系统利用外部不稳定电源（如光电、风电）时，如外部供电消失，及时切换为内部供电，当外部供电恢复，及时切换为外部供电，同时切断内部供电，节省内部电源，使得整个系统具有更强的环境适应能力，工作状态更加稳定。

2、外部供电电路以及485通信模块采用抗干扰电路设计，让整个通讯系统具有更好的抗干扰性，保障仪表通讯。

附图说明：

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明外部电源模块电路图；

图3为本发明电源切换模块电路框图；

图4为本发明RS485通信模块和光电隔离电路模块电路图；

其中：Ⅰ为外部电源模块；Ⅱ为内部外部电源模块；Ⅲ为电源切换模块；Ⅳ为光电隔离电路模块；Ⅴ为RS485通信模块。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，包括外部供电模块Ⅰ、内部供电模块Ⅱ、用于切换内外部电源的电源切换模块Ⅲ、光电隔离电路模块Ⅳ和RS485通信模块Ⅴ；

所述电源切换模块Ⅲ的输入端分别与所述外部供电模块Ⅰ和内部供电模块Ⅱ连接，所述电源切换模块Ⅲ的输出端分别与所述RS485通信模块Ⅴ和光电隔离电路模块Ⅳ供电接口连接，所述RS485通信模块Ⅴ与所述光电隔离电路模块Ⅳ连接，所述光电隔离电路模块Ⅳ与流量计量装置的主控模块连接。

如图2所示，所述外部供电模块Ⅰ包括降压转换芯片TPS5401、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电感L1和第一肖特基二极管D1；

其中，所述降压转换芯片TPS5401的引脚2与外部电源SVCC连接，同时，所述所述降压转换芯片TPS5401的引脚2通过并接的第一电容C1和第二电容C2与地线SGND连接；

所述降压转换芯片TPS5401的引脚4和引脚5分别通过第三电容C3和第一电阻R1与地线SGND连接；

所述降压转换芯片TPS5401的引脚1通过第四电容C4与引脚10连接，所述降压转换芯片TPS5401的引脚10还同时连接所述第一肖特基二极管D1的负极以及所述第一电感L1的一端，所述第一肖特基二极管D1的阳极与地线SGND连接，所述第一电感L1的另一端为所述外部供电模块Ⅰ的输出端VCC-W，第一电感L1的另一端还通过并接的第七电容C7与第八电容C8与地线SGND连接，同时，所述第一电感L1的另一端还通过第三电阻R3与所述降压转换芯片Ⅰ的引脚7连接，所述降压转换芯片Ⅰ的引脚7还通过第四电阻R4与地线连接；

所述第二电阻R2的一端同时与所述降压转换芯片TPS5401的引脚8和第六电容C6的一端连接，所述第二电阻R2的另一端通过第五电容C5与地线连接，所述第六电容C6的另一端与地线连接；

所述外部电源模块通过降压转换芯片以及所述降压转换芯片的外围滤波稳压电路将外部电源电压由24伏降为5伏。

如图3所示，所述电源切换模块Ⅲ包括P沟道MOS管、稳压器和稳压二极管，所述P沟道MOS管的栅极与所述外部电源模块Ⅰ的输出端VCC-W连接，所述P沟道MOS管的源极与所述内部供电模块Ⅱ的输出端VCC-N连接，所述外部电源模块Ⅰ的输出端VCC-W还通过稳压器和整流二极管与所述P沟道MOS管漏极连接，所述P沟道MOS管的漏极为所述切换电源模块Ⅲ的输出端VDD；

在外部电源模块通电时，所述P沟道MOS管的VGS为正向压，MOS管关断，所述电源切换模块输出端输出经稳压器和整流二极管稳压整流的外部电压；当外部电源断电时，所述P沟道MOS管的VGS为负压，MOS管接通，所述电源切换模块输出端输出内部电源的内部电压。

如图4所示，所述光电隔离电路模块Ⅳ包括第一光电隔离器件U1、第二光电隔离器件U2、第三光电隔离器件U3(三个光电隔离器件均采用光耦TLP181GB)、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；

所述第一光电隔离器件U1的引脚1通过第五电阻R5与电源VDD连接，所述第一光电隔离器件U1的引脚2与所述RS485模块的接收接口连接，所述第一光电隔离器件U1的引脚3通过第六电阻R6与电源VDD连接，同时，所述第一光电隔离器件U1的引脚3还与流量计量装置的主控模块的URXD端口连接，所述第一光电隔离器件U1的引脚4与地线SGND连接；

所述第二光电隔离器件U2的引脚1通过第七电阻R7与电源VDD连接，所述第二光电隔离器件U2的引脚2与流量计量装置的主控模块SEL端口连接，所述第二光电隔离器件U2的引脚3与电源VDD连接，所述第二光电隔离器件U2的引脚4同时与所述RS485模块的接收和发送使能接口连接，同时，所述第二光电隔离器件U2的引脚4还通过第八电阻R8与地线SGND连接；

所述第三光电隔离器件U3的引脚1通过第九电阻R9与电源VDD连接，所述第三光电隔离器件U3的引脚2与流量计量装置的主控模块UTXD端口连接，所述第三光电隔离器件U3的引脚3与所述RS485模块的发送接口连接，同时所述第三光电隔离器件U3的引脚3还通过第十电阻R10与电源VDD连接，所述第三光电隔离器件U3的引脚4与地线SGND连接。

所述RS485通信模块包括RS485芯片SN75LBC184和第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15；

所述RS485芯片SN75LBC184的引脚7通过第十一电阻R11与地线SGND连接，同时，所述RS485芯片SN75LBC184的引脚7还通过第十三电阻R13与第十五电阻R15的一端连接；

所述RS485芯片SN75LBC184的引脚6通过第十二电阻R12与电源VDD连接，同时，所述RS485芯片SN75LBC184的引脚6还通过第十四电阻R14与第十五电阻R15的另外一端连接。

本发明的有益效果为：

1、具有内部电源、外部电源切换功能，在本发明所示的通讯系统外部电源不稳定时（如光电、风电），如外部供电消失，及时切换为内部供电，当外部供电恢复，及时切换为外部供电，同时切断内部供电，节省内部电源，使得整个通讯系统具有更强的环境适应能力，工作状态更加稳定。

2、外部供电电路以及485通信模块采用抗干扰电路设计，让整个通讯系统具有更好的抗干扰性，保障仪表通讯。

Claims (4)

1.一种基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，其特征在于，包括外部供电模块、内部供电模块、用于切换内外部电源的电源切换模块、RS485通信模块和光电隔离电路模块；

所述电源切换模块的输入端分别与所述外部供电模块和内部供电模块连接，所述电源切换模块的输出端分别与所述RS485通信模块和光电隔离电路模块供电接口连接，所述RS485通信模块与所述光电隔离电路模块连接，所述光电隔离电路模块与流量计量装置的主控模块连接；

所述外部供电模块包括降压转换芯片、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电感和第一肖特基二极管；

其中，所述降压转换芯片的引脚2与外部电源连接，同时，所述降压转换芯片的引脚2通过并联的第一电容和第二电容与地线连接；

所述降压转换芯片的引脚4和引脚5分别通过第三电容和第一电阻与地线连接；

所述降压转换芯片的引脚1通过第四电容与引脚10连接，所述降压转换芯片的引脚10还同时连接所述第一肖特基二极管的负极以及所述第一电感的一端，所述第一肖特基二极管的阳极与地线连接，所述第一电感的另一端为所述外部供电模块的输出端，第一电感的另一端还通过并接的第七电容与第八电容与地线连接，同时，所述第一电感的另一端还通过第三电阻与所述降压转换芯片的引脚7连接，所述降压转换芯片的引脚7还通过第四电阻与地线连接；

所述第二电阻的一端同时与所述降压转换芯片的引脚8和第六电容的一端连接，所述第二电阻的另一端通过第五电容与地线连接，所述第六电容的另一端与地线连接。

2.根据权利要求1所述的基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，其特征在于，所述电源切换模块包括P沟道MOS管、稳压器和整流二极管，所述P沟道MOS管的栅极与所述外部电源模块连接，所述P沟道MOS管的源极与所述内部供电模块连接，所述外部电源模块还通过稳压器和整流二极管与所述P沟道MOS管漏极连接，所述P沟道MOS管的漏极为所述切换电源模块的输出端。

3.根据权利要求2所述的基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，其特征在于，所述光电隔离电路模块包括第一光电隔离器件、第二光电隔离器件、第三光电隔离器件、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻；

所述第一光电隔离器件的引脚1通过第五电阻与电源连接，所述第一光电隔离器件的引脚2与所述RS485模块的接收接口连接，所述第一光电隔离器件的引脚3通过第六电阻与电源连接，同时，所述第一光电隔离器件的引脚3还与流量计量装置的主控模块连接，所述第一光电隔离器件的引脚4与地线连接；

所述第二光电隔离器件的引脚1通过第七电阻与电源连接，所述第二光电隔离器件的引脚2与流量计量装置的主控模块连接，所述第二光电隔离器件的引脚3与电源连接，所述第二光电隔离器件的引脚4同时与所述RS485模块的接收和发送使能接口连接，同时，所述第二光电隔离器件的引脚4还通过第八电阻与地线连接；

所述第三光电隔离器件的引脚1通过第九电阻与电源连接，所述第三光电隔离器件的引脚2与流量计量装置的主控模块连接，所述第三光电隔离器件的引脚3与所述RS485模块的发送接口连接，同时所述第三光电隔离器件的引脚3还通过第十电阻与电源连接，所述第三光电隔离器件的引脚4与地线连接。

4.根据权利要求3所述的基于流量计量装置的RS485抗干扰通讯系统，其特征在于，所述RS485通信模块包括RS485芯片和第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻；

所述RS485芯片的引脚7通过第十一电阻与地线连接，同时，所述RS485芯片的引脚7还通过第十三电阻与第十五电阻的一端连接；

所述RS485芯片的引脚6通过第十二电阻与电源连接，同时，所述RS485芯片的引脚6还通过第十四电阻与第十五电阻的另外一端连接。