CN104865470B - 一种基于rs‑485通信技术的便携式组网测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于RS‑485通信技术的便携式组网测试装置，包括CPU控制单元、模拟负载电路、阻抗测试电路和电压测试电路，所述CPU控制单元分别与模拟负载电路、阻抗测试电路和电压测试电路双向通讯，所述CPU控制单元的RS‑485接口与被测设备的RS‑485线相连，所述CPU控制单元与被测设备双向通讯，所述CPU控制单元采用AM3352芯片，所述模拟负载电路包括485电平转换芯片和模拟开关，所述485电平转换芯片采用AZRS485芯片，所述模拟开关采用SN74LV4051芯片。本发明通过本装置可有效判断被测的RS‑485设备是否能兼容需要组网的RS‑485网络,可以单独测定单RS‑485设备的通讯情况，也可以组网测试指定设备的通讯情况；建立了模拟负载，可切换不同的负载来测定当前网络可以支持的负载数。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备检定与检测技术领域，尤其是一种基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置。
背景技术
在国家电网2012年颁布的最新智能电能表标准中，明确提出了无极性485通讯的要求，目前国内对RS-485的测试特别是组网后的测试还没有相关有效的测试方法，因而使得挂载在RS-485网络上设备的不同，旧有的设备和线路是否能完美兼容无极性485表的接入就成为了目前实际应用中最大的问题。
目前，在RS-485组网现场，绝大部分的测试只能通过万用表测试总线电压的方式进行，这种测试方法只能初步判断总线电压是否可以满足智能电表RS485组网的通讯要求，却没有办法准确的判断智能电表RS485组网极性情况和负载情况。因此，急需研究出一种能够测试RS-485通讯设备在实际工况下的485通讯特性的装置，以确保电力系统可靠运行，加快推进我国统一坚强智能电网建设。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过对待测试的RS485设备进行电压测试、阻抗测试和模拟负载测试，对RS-485在电力系统中的运行特性进行研究的基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，包括CPU控制单元、模拟负载电路、阻抗测试电路和电压测试电路，所述CPU控制单元分别与模拟负载电路、阻抗测试电路和电压测试电路双向通讯，所述CPU控制单元的RS-485接口与被测设备的RS-485线相连，所述CPU控制单元与被测设备双向通讯，所述CPU控制单元采用AM3352芯片，所述模拟负载电路包括485电平转换芯片和模拟开关，所述485电平转换芯片采用AZRS485芯片，所述模拟开关采用SN74LV4051芯片。
所述电压测试电路包括内部继电器切换电路，其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电压信号采样电路的输入端相连，电压信号采样电路的输出端与运放跟随及加法器电路的输入端相连，运放跟随及加法器电路的输出端与CPU控制单元的输入端相连。
所述阻抗测试电路包括内部继电器切换电路，其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电流信号采样电路的输入端相连，电流信号采样电路的输出端与运放放大及加法器电路的输入端相连，运放放大及加法器电路的输出端与CPU控制单元的输入端相连。
所述模拟负载电路包括485电平转换芯片，其输入端接收CPU控制信号，其输出端与模拟开关电路的输入端相连，模拟开关电路的输出端与阻抗切换电路的一端相连，阻抗切换电路的另一端接收外部RS485信号。
所述内部继电器切换电路包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电压信号采样电路由电阻R4、R6、R8、R10组成，所述运放跟随及加法器电路包括芯片U2，芯片U2为运放LM2904D；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL3的4脚经过电阻R4与电阻R6接地，电阻R4和电阻R6的分压经电阻R8接运放LM2904D的3脚，运放LM2904D的1脚和2脚相连后经电阻R10接地，运放LM2904D的1脚经电阻R84与运放LM2904D的5脚相连；5V电源经电阻R13分别与电阻R14、稳压芯片U6的1、2脚相连，稳压芯片U6的3脚接地，电阻R14的另一端与运放LM2904D的5脚相连，运放LM2904D的6脚经过电阻R16接地，运放LM2904D的7脚通过电阻R18与运放LM2904D的6脚相连，运放LM2904D的7脚与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，电阻R20与电阻R25的分压经滤波电容C13接芯片AM3352的B6管脚AD0，作为485的电压检测。
所述内部继电器切换电路包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电流信号采样电路采用采样电阻R30，所述运放放大及加法器电路包括芯片U4，芯片U4为运放LM2904；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL3的3脚通过采样电阻R30接地，功率继电器RL3的3脚通过电阻R31接运放LM2904的3脚，运放LM2904的2脚经电阻R32接地，运放LM2904的1脚经电阻R19与运放LM2904的2脚相连，运放LM2904的1脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端与运放LM2904的5脚相连，运放LM2904的5脚经电阻R12输入2.5V的稳定电压，运放LM2904的6脚经电阻R86接地，运放LM2904的7脚经电阻R87与运放LM2904的6脚相连，运放LM2904的7脚接由电阻R43和电阻R34组成的串联分压电路，该电路分得的电压经滤波电容C8接AM3352芯片的C7脚AD1。
所述AZRS485芯片的1、2、3脚分别接AM3352芯片的串口接收信号、使能信号和串口发送信号，外部485信号的A经功率继电器RL1的4脚送入SN74LV4051芯片的3脚，SN74LV4051芯片的12脚、13脚、14脚、15脚、1脚分别经电阻R55、电阻R45、电阻R46、电阻R49、电阻R56与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的2脚分别经电阻R66、电阻R83与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的4脚分别经电阻R71、电阻R78与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的9脚、10脚、11脚、6脚分别经电阻R75、电阻R74、电阻R72、电阻R76与AM3522芯片的GPIO0_8、GPIO2_29、GPIO2_28和GPIO_9相连。
由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，将被测设备的RS-485线电压信号通过功率继电器切换进行电压测试，完成电压测试后，再通过功率继电器切换进行阻抗测试，完成阻抗测试后，再通过功率继电器切换，将RS-485信号送入模拟负载电路，通过不同的负载接入，模拟不同的负载数，测试抄读情况来判断当前网络还可支持的负载数；第二，通过本装置可有效判断被测的RS-485设备是否能兼容需要组网的RS-485网络,可以单独测定单RS-485设备的通讯情况，也可以组网测试指定设备的通讯情况；第三，建立了模拟负载，可切换不同的负载来测定当前网络可以支持的负载数。
附图说明
图1 是本发明的电路框图；
图2、3、4分别是图1中电压测试电路、阻抗测试电路和模拟负载电路的电路框图；
图5、6、7分别是图1中电压测试电路、阻抗测试电路和模拟负载电路的电路原理图。
具体实施方式
一种基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，包括CPU控制单元、模拟负载电路30、阻抗测试电路20和电压测试电路10，所述CPU控制单元分别与模拟负载电路30、阻抗测试电路20和电压测试电路10双向通讯，所述CPU控制单元的RS-485接口与被测设备的RS-485线相连，所述CPU控制单元与被测设备双向通讯，所述CPU控制单元采用AM3352芯片，所述模拟负载电路30包括485电平转换芯片和模拟开关，所述485电平转换芯片采用AZRS485芯片，所述模拟开关采用SN74LV4051芯片，如图1所示。CPU控制单元分别向模拟负载电路30、阻抗测试电路20和电压测试电路10发送测试控制信号。
如图2所示，所述电压测试电路10包括内部继电器切换电路11，其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电压信号采样电路12的输入端相连，电压信号采样电路12的输出端与运放跟随及加法器电路13的输入端相连，运放跟随及加法器电路13的输出端与CPU控制单元的输入端相连。电压测试电路10通过内部功率继电器的切换选择来确定是进行通讯还是进行RS-485网络电压测试，通过电阻分压采样电压信号，再经过运放跟随，配合基准电压源输出的基准电压送入加法器电路实现正负电压的测量，通过网络电压的值来判断当前网络是否支持有极性485和无极性485。
如图3所示，所述阻抗测试电路20包括内部继电器切换电路11，其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电流信号采样电路21的输入端相连，电流信号采样电路21的输出端与运放放大及加法器电路22的输入端相连，运放放大及加法器电路22的输出端与CPU控制单元的输入端相连。阻抗测试采用电阻采样使用高精度运放实现电流电压变换，配合基准电压源输出的基准电压送入加法器电路实现正负电流的测量。阻抗测试电路20和电压测试电路10共用一个内部继电器切换电路11。
如图4所示，所述模拟负载电路30包括485电平转换芯片，其输入端接收CPU控制信号，其输出端与模拟开关电路31的输入端相连，模拟开关电路31的输出端与阻抗切换电路32的一端相连，阻抗切换电路32的另一端接收外部RS485信号。通过模拟开关切换不同的负载，将不同的负载挂接到RS-485总线上，模拟不同的负载数来进行误码率测试，测试通讯质量，确定当前RS-485网络还可以支持的负载数。
如图5所示，所述内部继电器切换电路11包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电压信号采样电路12由电阻R4、R6、R8、R10组成，所述运放跟随及加法器电路13包括芯片U2，芯片U2为运放LM2904D；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL3的4脚经过电阻R4与电阻R6接地，电阻R4和电阻R6的分压经电阻R8接运放LM2904D的3脚，运放LM2904D的1脚和2脚相连后经电阻R10接地，运放LM2904D的1脚经电阻R84与运放LM2904D的5脚相连；5V电源经电阻R13分别与电阻R14、稳压芯片U6的1、2脚相连，稳压芯片U6的3脚接地，电阻R14的另一端与运放LM2904D的5脚相连，运放LM2904D的6脚经过电阻R16接地，运放LM2904D的7脚通过电阻R18与运放LM2904D的6脚相连，运放LM2904D的7脚与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，电阻R20与电阻R25的分压经滤波电容C13接芯片AM3352的B6管脚AD0，作为485的电压检测。
如图6所示，所述内部继电器切换电路11包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电流信号采样电路21采用采样电阻R30，所述运放放大及加法器电路22包括芯片U4，芯片U4为运放LM2904；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL3的3脚通过采样电阻R30接地，功率继电器RL3的3脚通过电阻R31接运放LM2904的3脚，运放LM2904的2脚经电阻R32接地，运放LM2904的1脚经电阻R19与运放LM2904的2脚相连，运放LM2904的1脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端与运放LM2904的5脚相连，运放LM2904的5脚经电阻R12输入2.5V的稳定电压，运放LM2904的6脚经电阻R86接地，运放LM2904的7脚经电阻R87与运放LM2904的6脚相连，运放LM2904的7脚接由电阻R43和电阻R34组成的串联分压电路，该电路分得的电压经滤波电容C8接AM3352芯片的C7脚AD1。
如图7所示，所述AZRS485芯片的1、2、3脚分别接AM3352芯片的串口接收信号、使能信号和串口发送信号，外部485信号的A经功率继电器RL1的4脚送入SN74LV4051芯片的3脚，SN74LV4051芯片的12脚、13脚、14脚、15脚、1脚分别经电阻R55、电阻R45、电阻R46、电阻R49、电阻R56与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的2脚分别经电阻R66、电阻R83与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的4脚分别经电阻R71、电阻R78与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的9脚、10脚、11脚、6脚分别经电阻R75、电阻R74、电阻R72、电阻R76与AM3522芯片的GPIO0_8、GPIO2_29、GPIO2_28和GPIO_9相连。
工作时，在对RS-485通讯设备进行测试时，被测设备的RS-485线与本装置的RS-485接口相连；
本装置将被测设备的RS-485信号通过功率继电器切换送入电压测试电路10进行RS-485线的电压测试，来初步判断RS-485网络情况；
完成电压测试后，本装置再通过功率继电器切换，将被测设备的RS-485信号送入阻抗测试电路20，阻抗测试电路20通过测试被测设备的RS-485线电压和电流来计算出被测设备的RS-485总线上下拉电阻；
完成阻抗测试后，本装置再通过功率继电器切换，将RS-485信号送入模拟负载电路30，通过不同的负载接入，模拟不同的负载数，测试抄读情况来判断当前网络还可支持的负载数。
综上所述，本发明可有效判断被测的RS-485设备是否能兼容需要组网的RS-485网络,可以单独测定单RS-485设备的通讯情况，也可以组网测试指定设备的通讯情况；建立了模拟负载，可切换不同的负载来测定当前网络可以支持的负载数。
Claims (5)
1.一种基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，其特征在于：包括CPU控制单元、模拟负载电路（30）、阻抗测试电路（20）和电压测试电路（10），所述CPU控制单元分别与模拟负载电路（30）、阻抗测试电路（20）和电压测试电路（10）双向通讯，所述CPU控制单元的RS-485接口与被测设备的RS-485线相连，所述CPU控制单元与被测设备双向通讯，所述CPU控制单元采用AM3352芯片，所述模拟负载电路（30）包括485电平转换芯片和模拟开关，所述485电平转换芯片采用AZRS485芯片，所述模拟开关采用SN74LV4051芯片；
所述电压测试电路（10）包括内部继电器切换电路（11），其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电压信号采样电路（12）的输入端相连，电压信号采样电路（12）的输出端与运放跟随及加法器电路（13）的输入端相连，运放跟随及加法器电路（13）的输出端与CPU控制单元的输入端相连；
所述内部继电器切换电路（11）包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电压信号采样电路（12）由电阻R4、R6、R8、R10组成，所述运放跟随及加法器电路（13）包括芯片U2，芯片U2为运放LM2904D；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL3的4脚经过电阻R4与电阻R6接地，电阻R4和电阻R6的分压经电阻R8接运放LM2904D的3脚，运放LM2904D的1脚和2脚相连后经电阻R10接地，运放LM2904D的1脚经电阻R84与运放LM2904D的5脚相连；5V电源经电阻R13分别与电阻R14、稳压芯片U6的1、2脚相连，稳压芯片U6的3脚接地，电阻R14的另一端与运放LM2904D的5脚相连，运放LM2904D的6脚经过电阻R16接地，运放LM2904D的7脚通过电阻R18与运放LM2904D的6脚相连，运放LM2904D的7脚与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端与电阻R25的一端相连，电阻R25的另一端接地，电阻R20与电阻R25的分压经滤波电容C13接芯片AM3352的B6管脚AD0，作为485的电压检测。
2.根据权利要求1所述的基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，其特征在于：所述阻抗测试电路（20）包括内部继电器切换电路（11），其输入端接收外部RS485信号，其输出端与电流信号采样电路（21）的输入端相连，电流信号采样电路（21）的输出端与运放放大及加法器电路（22）的输入端相连，运放放大及加法器电路（22）的输出端与CPU控制单元的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，其特征在于：所述模拟负载电路（30）包括485电平转换芯片，其输入端接收CPU控制信号，其输出端与模拟开关电路（31）的输入端相连，模拟开关电路（31）的输出端与阻抗切换电路（32）的一端相连，阻抗切换电路（32）的另一端接收外部RS485信号。
4.根据权利要求2所述的基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，其特征在于：所述内部继电器切换电路（11）包括功率继电器RL1、RL2、RL3，所述电流信号采样电路（21）采用采样电阻R30，所述运放放大及加法器电路（22）包括芯片U4，芯片U4为运放LM2904；功率继电器RL1的2脚分别与PTC器件RT8、TVS管TVS1的一端相连，PTC器件RT8的另一端接插座CN1的1脚，TVS管TVS1的另一端接插座CN1的2脚，外部485信号线经插座CN1接入，功率继电器RL1的4脚分别与所述AZRS485芯片的6脚、SN74LV4051芯片的3脚相连，功率继电器RL1的3脚与功率继电器RL3的2脚相连，功率继电器RL3的3脚通过采样电阻R30接地，功率继电器RL3的3脚通过电阻R31接运放LM2904的3脚，运放LM2904的2脚经电阻R32接地，运放LM2904的1脚经电阻R19与运放LM2904的2脚相连，运放LM2904的1脚与电阻R33的一端相连，电阻R33的另一端与运放LM2904的5脚相连，运放LM2904的5脚经电阻R12输入2.5V的稳定电压，运放LM2904的6脚经电阻R86接地，运放LM2904的7脚经电阻R87与运放LM2904的6脚相连，运放LM2904的7脚接由电阻R43和电阻R34组成的串联分压电路，该电路分得的电压经滤波电容C8接AM3352芯片的C7脚AD1。
5.根据权利要求3所述的基于RS-485通信技术的便携式组网测试装置，其特征在于：所述AZRS485芯片的1、2、3脚分别接AM3352芯片的串口接收信号、使能信号和串口发送信号，外部485信号的A经功率继电器RL1的4脚送入SN74LV4051芯片的3脚，SN74LV4051芯片的12脚、13脚、14脚、15脚、1脚分别经电阻R55、电阻R45、电阻R46、电阻R49、电阻R56与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的2脚分别经电阻R66、电阻R83与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的4脚分别经电阻R71、电阻R78与外部485信号的B相连，SN74LV4051芯片的9脚、10脚、11脚、6脚分别经电阻R75、电阻R74、电阻R72、电阻R76与AM3522芯片的GPIO0_8、GPIO2_29、GPIO2_28和GPIO_9相连。
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