CN105676054B - 线缆反接及短路检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开线缆反接及短路检测电路，包括主控芯片MCU和无极性RS485通讯芯片U2，主控芯片MCU的1脚连接有运算放大器U5，运算放大器U5连接有反向偏置电路；主控芯片MCU的2脚连接有电子开关S；主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚相连，主控芯片MCU的4脚分别与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚相连，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚相连，无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能够有效避免外部干扰的外部保护电路和预偏置电路。具有以下优点：有效检测电能表出线侧与用户配电箱之间线路接线有无极性反接、短路现象，确保单人高效操作。
Description
技术领域
本发明属于电力仪表领域，特别是一种线缆反接及短路检测电路。
背景技术
随着城市化进程的加快，高层住宅、高层写字楼等大型建筑日益增加，用电问题是人们的主要生活问题。这些大型建筑内的输电线路工作状态如何、零火线是否反接等问题困扰着人们的用电质量。
目前的检测方法是采用人工加万用表的方式进行现场判断：通过双人配合，一人在电表侧通过短路、分开火线零线等方式操作，另一人携带万用表入户排查。这种检测方法存在以下缺陷：
1、存在安全隐患，当用户户内存在其他外来电源接入的情况时，一旦空开闭合，可能造成现场短路现象；
2、人工判断容易造成疏漏，这种对线方式取决于人工判断，一旦操作过程中存在疏漏大意，极可能导致漏查；
3、对现场极性反接情况无法识别，这种方案依赖于万用表，无法进行极性反接判断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种线缆反接及短路检测电路，有效检测电能表出线侧与用户配电箱之间线路接线有无极性反接、短路现象，确保单人高效操作。
为解决上述技术问题，本发明提供的线缆反接及短路检测电路，它包括主控芯片MCU和无极性RS485通讯芯片U2，主控芯片MCU的1脚连接有运算放大器U5，运算放大器U5连接有反向偏置电路；主控芯片MCU的2脚连接有电子开关S；主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚相连，主控芯片MCU的4脚分别与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚相连，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚相连，无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能够有效避免外部干扰的外部保护电路和预偏置电路。
作为优选，所述反向置电路包括电阻R22、R23和R25，所述电阻R22的一端与电阻R23连接，另一端接地；电阻R23的另一端与电阻R25相连，电阻R25的另一端接+3V3电压；电阻R22和电阻R23之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R21，电阻R23和电阻R25之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R24，主控芯片MCU的1脚和运算放大器U5的输出端之间设有电阻R26。
作为优选，所述保护电路包括热敏电阻PTC1，热敏电阻PTC1的一端与无极性RS485通讯芯片U2的6脚相连，另一端与输出端A相连；所述无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能有效抑制输出端A、B之间的高压的二极管TVS1，输出端A与无极性RS485接口J2的1脚相连，输出端B与无极性RS485接口J2的2脚相连。
作为优选，所述预偏置电路包括电阻R2、R6、R8，电阻R2一端与输出端A和无极性RS485接口J2的1脚之间的节点相连，另一端接+3V3电压；电阻R6的两端分别与无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接；电阻R8一端与输出端B和无极性RS485接口J2的2脚之间的节点相连，另一端接地。
作为优选，二极管TVS1和热敏电阻PTC1之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R28，二极管TVS1和输出端B之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R27。
作为优选，电子开关S的一端连接有电容C12，另一端连接有电容C9；电容C12的一端接+3V3电压，另一端接地；电容C9的一端接外接电源，另一端接地；电子开关S和电容C9之间的节点连接有电阻R1，电阻R1的另一端连接有供电电源V485端，电阻R1和供电电源V485端之间的节点连接有电容C1，电容C1的另一端接地，电容C1并联有电容C2，电容C1和电容C2之间的节点与无极性RS485通讯芯片U2的8脚连接，无极性RS485通讯芯片U2的5脚接地。
作为优选，主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间设有电阻R4，电阻R4和无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间的节点连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有供电电源V485端；主控芯片MCU的4脚与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚之间的节点连接有电阻R5，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚之间设有电阻R7。
采用以上结构后，本发明的线缆反接及短路检测电路与现有技术相比，具有以下优点：在无极性RS485接口增加了电阻R2、R6、R8组成的预偏置电路，在无通讯的情况下AB端口有个大于200mV的正向偏压,可以避免芯片在静态时出现的不确定状态。同时在运算放大器U5的输入端接入由电阻R22、R23、R25组成的反向偏置电路，其目的是为能可靠的检测出RS485网络的短路故障及反接故障。在正常状态下正偏置电压高于反向偏置电压，运算放大器U5输出高电平，表示端口正常。当被测电路短路时（由于热敏电阻PTC1阻值很小，在此可以忽略）无极性RS485通讯芯片U2的6、7脚电压趋向于0V，即电路的正向偏置消失，运算放大器U5的输入则处于负偏置，导致输出为低电平，且线路无法通讯，在测试线缆的另一侧主通讯电路有个较强的正偏置。当线路出现反接时，主通讯电路的强正偏变成了强负偏，同样会导致运算放大器U5的输入处于负偏置，其输出为低电平。可有效检测电能表出线侧与用户配电箱之间线路接线有无极性反接、短路现象，确保单人高效操作。
附图说明
图1为本发明电路原理图。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供的线缆反接及短路检测电路，它包括主控芯片MCU和无极性RS485通讯芯片U2，主控芯片MCU的1脚连接有运算放大器U5，运算放大器U5连接有反向偏置电路；主控芯片MCU的2脚连接有电子开关S；主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚相连，主控芯片MCU的4脚分别与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚相连，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚相连，无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能够有效避免外部干扰的外部保护电路和预偏置电路。
所述反向偏置电路包括电阻R22、R23和R25，所述电阻R22的一端与电阻R23连接，另一端接地；电阻R23的另一端与电阻R25相连，电阻R25的另一端接+3V3电压；电阻R22和电阻R23之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R21，电阻R23和电阻R25之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R24，主控芯片MCU的1脚和运算放大器U5的输出端之间设有电阻R26。
所述保护电路包括热敏电阻PTC1，热敏电阻PTC1的一端与无极性RS485通讯芯片U2的6脚相连，另一端与输出端A相连；所述无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能有效抑制输出端A、B之间的高压的二极管TVS1，输出端A与无极性RS485接口J2的1脚相连，输出端B与无极性RS485接口J2的2脚相连。
所述预偏置电路包括电阻R2、R6、R8，电阻R2一端与输出端A和无极性RS485接口J2的1脚之间的节点相连，另一端接+3V3电压；电阻R6的两端分别与无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接；电阻R8一端与输出端B和无极性RS485接口J2的2脚之间的节点相连，另一端接地。
二极管TVS1和热敏电阻PTC1之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R28，二极管TVS1和输出端B之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R27。
电子开关S的一端连接有电容C12，另一端连接有电容C9；电容C12的一端接+3V3电压，另一端接地；电容C9的一端接外接电源，另一端接地；电子开关S和电容C9之间的节点连接有电阻R1，电阻R1的另一端连接有供电电源V485端，电阻R1和供电电源V485端之间的节点连接有电容C1，电容C1的另一端接地，电容C1并联有电容C2，电容C1和电容C2之间的节点与无极性RS485通讯芯片U2的8脚连接，无极性RS485通讯芯片U2的5脚接地。
主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间设有电阻R4，电阻R4和无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间的节点连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有供电电源V485端；主控芯片MCU的4脚与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚之间的节点连接有电阻R5，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚之间设有电阻R7。
本线路检测采用3.7V可充电锂电池供电，经低功耗LDO稳压后输出3.3V给系统供电，为在系统休眠状态时有极小的待机功耗则对功耗较大的无极性RS485通讯芯片U2进行了电源控制，同时受控的还有显示部分（因未涉及到在图1中则未画出）。电源的开关S采用电子开关构成，其极低的导通电阻可进一步降低整机的功率消耗。另外在运算放大器U5的选择上也采用了极低功耗的产品，其工作电流仅13uA。这样在系统休眠状态时无极性RS485通讯芯片U2及显示部分电源被关断，而运算放大器U5仍然能继续检测线路状态，可根据线路状况随时唤醒系统进行线路检测。
本线路的工作原理是将被测线缆作为通讯线路，将线号或户号发送至该装置来检测布线是否正确的。在众多的通讯标准中选用RS485工业级的通讯标准接口，其接口采用半双工平衡传输方式，具有抗干扰性能强，通讯距离远的特性，其最长通讯距离可到达1000米，RS485的标准定义是有极性的通讯接口，在线路检测器的应用中，线路是有可能是反接的，为能在反接时也能进行通讯，本设计采用了最新RS485无极性通讯芯片，以确保在线路反接时也能完成通讯检测工作。由于该线路用于电力线缆的检测，极有可能因误操作将其接入市电而造成损坏，为避免因误操作导致的电路损坏，在通讯口线上增加了热敏电阻PTC1和二极管TVS1，当通讯接口有强电接入，无极性RS485通讯芯片U2的6、7管脚被二极管TVS1钳位在安全电压，较大的吸收电流导致热敏电阻PTC1迅速进入高阻保护状态，有效的避免了内部电路的损坏。当端口电压恢复正常并且待热敏电阻PTC1恢复常温后就回复到其原来阻值，那么该线路可恢复原有的检测功能。
线路状态检测电路主要是由运算放大器U5及外围的阻容器件组成，标准RS485电路在非通讯时线路处于高阻状态，既无极性RS485通讯芯片U2的6、7管脚无电压，这样是无法判断线路是否反接和短路的。故在485端口增加了由电阻R2、R6、R8组成的预偏置电路，在无通讯的情况下A、B端口有个大于200mV的正向偏压，可以避免芯片在静态时出现的不确定状态。同时在运算放大器U5的输入端增加了由电阻R22、R23、R25组成的反向偏置电路，其目的是为能可靠的检测出485网络的短路故障及反接故障。在正常状态下，正偏置电压高于反向偏置电压，运算放大器U5输出高电平，表示端口正常，回应线路正常信息。当被测电路短路时（由于PTC1阻值很小，在此可以忽略）无极性RS485通讯芯片U2的6、7管脚电压趋向于0V，即电路的正向偏置消失，运算放大器U5的输入处于负偏置，导致输出为低电平，且线路无法通讯，在测试线缆的另一侧主通讯电路有个较强的正偏置。当线路出现反接时，主通讯电路的强正偏变成了强负偏，同样会导致运算放大器U5的输入处于负偏置，其输出为低电平，由于采用了无极性通讯电路，此时线路通讯正常，主机侧还是能够正确的将线路信息传给线路检测器。
Claims (6)
1.一种线缆反接及短路检测电路，它包括主控芯片MCU和无极性RS485通讯芯片U2，其特征在于：主控芯片MCU的1脚连接有运算放大器U5，运算放大器U5连接有反向偏置电路；主控芯片MCU的2脚连接有电子开关S；主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚相连，主控芯片MCU的4脚分别与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚相连，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚相连，无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能够有效避免外部干扰的外部保护电路和预偏置电路，主控芯片MCU的3脚与无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间设有电阻R4，电阻R4和无极性RS485通讯芯片U2的1脚之间的节点连接有电阻R3，电阻R3的另一端连接有供电电源V485端；主控芯片MCU的4脚与无极性RS485通讯芯片U2的2脚和3脚之间的节点连接有电阻R5，主控芯片MCU的5脚与无极性RS485通讯芯片U2的4脚之间设有电阻R7。
2.根据权利要求1所述的线缆反接及短路检测电路，其特征在于：所述反向偏置电路包括电阻R22、R23和R25，所述电阻R22的一端与电阻R23连接，另一端接地；电阻R23的另一端与电阻R25相连，电阻R25的另一端接+3V3电压；电阻R22和电阻R23之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R21，电阻R23和电阻R25之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R24，主控芯片MCU的1脚和运算放大器U5的输出端之间设有电阻R26。
3.根据权利要求2所述的线缆反接及短路检测电路，其特征在于：所述保护电路包括热敏电阻PTC1，热敏电阻PTC1的一端与无极性RS485通讯芯片U2的6脚相连，另一端与输出端A相连；所述无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接有能有效抑制输出端A、B之间的高压的二极管TVS1，输出端A与无极性RS485接口J2的1脚相连，输出端B与无极性RS485接口J2的2脚相连。
4.根据权利要求3所述的线缆反接及短路检测电路，其特征在于：所述预偏置电路包括电阻R2、R6、R8，电阻R2一端与输出端A和无极性RS485接口J2的1脚之间的节点相连，另一端接+3V3电压；电阻R6的两端分别与无极性RS485通讯芯片U2的6脚和7脚连接；电阻R8一端与输出端B和无极性RS485接口J2的2脚之间的节点相连，另一端接地。
5.根据权利要求3所述的线缆反接及短路检测电路，其特征在于：二极管TVS1和热敏电阻PTC1之间的节点与运算放大器U5的正向输入端之间设有电阻R28，二极管TVS1和输出端B之间的节点与运算放大器U5的反向输入端之间设有电阻R27。
6.根据权利要求1所述的线缆反接及短路检测电路，其特征在于：电子开关S的一端连接有电容C12，另一端连接有电容C9；电容C12的一端接+3V3电压，另一端接地；电容C9的一端接外接电源，另一端接地；电子开关S和电容C9之间的节点连接有电阻R1，电阻R1的另一端连接有供电电源V485端，电阻R1和供电电源V485端之间的节点连接有电容C1，电容C1的另一端接地，电容C1并联有电容C2，电容C1和电容C2之间的节点与无极性RS485通讯芯片U2的8脚连接，无极性RS485通讯芯片U2的5脚接地。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Cable reverse connection and short circuit detection circuit Effective date of registration: 20231007 Granted publication date: 20180814 Pledgee: Guotou Taikang Trust Co.,Ltd. Pledgor: HANGZHOU PUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980059649 |