CN109684262A - 支持热插拔的rs485电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种支持热插拔的RS485电路，包括：控制器、RS485收发器、直流电源、驱动电路、继电器；RS485收发器的接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线与控制器连接；RS485收发器的差分导线与外部RS485总线连接；直流电源给控制器、RS485收发器、驱动电路提供电能；通过驱动电路根据供电电压与预设工作电压之间的关系控制导通信号，控制接收导线RXD、发送导线TXD、模式切换RTS导线、差分导线上的继电器的状态。从而提升RS485电路热插拔时的可靠性，减小热插拔时对总线的电流冲击，防止热插拔时的电流倒灌。

Description

支持热插拔的RS485电路
技术领域
本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体地，涉及支持热插拔的RS485电路。
背景技术
太阳能热发电是当前太阳能利用的一种主要方式。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为(1)塔式太阳能热发电；(2)槽式太阳能热发电；(3)碟式太阳能热发电。在太阳能热发电领域，塔式太阳能热发电因其具有高光热转换效率，高聚焦温度，控制系统安装调试简单，散热损失少等优势，将成为下一个可商业化运营的新型能源技术。
在塔式太阳能热发电领域，定日镜控制器为塔式太阳能热发电系统的一个重要组成部分。定日镜控制器为定日镜的驱动装置，定日镜控制器通过RS485接收主机下发的命令，执行定日镜的转角。如图1所示，通过角度调整定日镜将太阳光反射到固定的吸热器上，对吸热工质进行加热，从而将光能转化为热能，进而驱动汽轮机发电。
现有的RS485电路控制器出来直接与RS485收发器相连，热插拔过程中容易出现发送和接收错误的数据包，影响系统的通讯可靠。现有的RS485电路的供电电源没有使用缓启动电路，热插拔过程中容易出现电流过大导致总线电压拉低，影响系统的供电质量。现有的RS485电路的供电直流24V转直流5V电路没有设置开关阀值电压，热插拔过程中容易出现电源还未稳定时RS485电路开始接收和发送数据，从而导致错误的数据传输。现有的RS485电路总线上没有配置限流电阻，热插拔过程中容易出现电流倒灌导致器件损坏。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种支持热插拔的RS485电路。
根据本发明提供的一种支持热插拔的RS485电路，包括：控制器、RS485收发器、直流电源、驱动电路、继电器；所述RS485收发器的接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线与所述控制器连接；所述RS485收发器的差分导线与外部RS485总线连接；所述直流电源给所述控制器、RS485收发器、驱动电路提供电能；其中：
当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压时，所述驱动电路输出导通信号，控制所述接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线上的继电器闭合；
当RS485收发器的供电电压小于预设工作电压时，所述驱动电路输出关断信号，控制所述接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线上的继电器断开；
当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压，且达到预设的延时时长后，控制RS485收发器的差分导线上的继电器闭合，使用所述差分导线与控制器连通。
可选地，当RS485收发器的差分导线上的继电器闭合时，所述控制器监听外部RS485总线上的数据流，并在确定所述数据流为正确数据时，开启所述控制器的通信功能。
可选地，还包括：缓启动电路，所述缓启动电路连接在所述直流电源和所述RS485收发器之间，用于将所述直流电源的输出24V直流电压转换为5V直流电压。
可选地，还包括：供电电压检测电路，所述供电电压检测电路与所述驱动电路、RS485收发器电连接，用于检测RS485收发器的供电电压，并根据所述RS485收发器的供电电压发送给所述驱动电路，以使得所述驱动电路根据所述供电电压生成导通信号，或者关断信号。
可选地，所述供电电压检测电路包含有电压比较器，所述电压比较器用于比较所述RS485收发器的供电电压与预设工作电压之间的大小；
当所述RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压时，所述电压比较器输出高电平；
当所述RS485收发器的供电电压小于于预设工作电压时，所述电压比较器输出低电平。
可选地，当所述电压比较器输出高电平时，所述驱动电路生成导通信号；当所述电压比较器输出低电平时，所述驱动电路生成关断信号。
可选地，所述控制器中设置有延时电路，当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压，延时电路开始计时，当到达预设的延时时长后，所述驱动电路控制所述差分导线上的继电器闭合。
可选地，所述RS485收发器的差分导线与外部RS485总线之间还设置有限流电阻，所述限流电阻用于限制外部RS485总线拔插时的冲击电流。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的支持热插拔的RS485电路，可以根据供电电压与预设工作电压之间的关系来控制RS485电路接收导线RXD、发送导线TXD、模式切换RTS导线、差分导线的导通和断开，提升RS485电路热插拔时的可靠性，减小热插拔时对总线的电流冲击，防止热插拔时的电流倒灌。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的塔式太阳能热发电系统的结构示意图；
图2为本发明提供的缓启动电路结构示意图；
图3为本发明提供的带阀值配置的直流24V转直流5V的电路结构示意图；
图4为本发明提供的RS485供电电压检测电路和MOS管驱动电路的示意图；
图5为本发明提供的RS485的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明提供的塔式太阳能热发电系统的结构示意图，如图1所示，塔式太阳能热电站通过定日镜控制器控制定日镜1跟踪太阳光，使太阳光在位于吸热塔顶端的吸热器2的表面聚集，从而使得汇聚的太阳光对吸热工质进行加热，实现光能到热能的转换，最后再将热能转化为电能，达到太阳能热发电的目的。
图2为本发明提供的缓启动电路结构示意图；如图2所示，缓启动电路包括：P沟道MOS管U1，放电二极管D1，输入电压分压电阻R1和R6，缓启动时间配置电容C2，MOS管栅极和源极过压保护稳压二极管D2，MOS管栅极防振荡电阻R2，米勒效应区调节器R4和C3。
图3为本发明提供的带阀值配置的直流24V转直流5V的电路结构示意图；如图3所示，带阀值配置的直流24V转直流5V的电路包括：BUCK电源芯片U3，续流二极管D3，功率电感L1，滤波电容C6，分压电阻R13和R24，环路调节器R22和C10，频率配置电阻R19，缓启动电容C8，输入启动阀值配置电阻R10和R18。
图4为本发明提供的RS485供电电压检测电路和MOS管驱动电路的示意图；如图4所示，RS485电路的供电电压检测电路包括：比较器U2，分压电阻R7和R9，输入偏置电阻R5、R15和R26，输出上拉电阻R8、R16和R27。MOS管驱动电路包括：继电器RL1、RL2和RL3，MOS管Q1、Q2和Q3。
参见图2～图4，当缓启动电路输出电压达到其工作阀值时。热插拔时24V输入电压达到MOS管的开启电压时MOS管才开始导通，导通会持续一段时间，从而减小对总线的电流冲击，并将24V直流电传输给图3所示的电路。通过RS485供电电压检测电路检测图3中电路的输出电压，输出电压达到系统工作电压时，驱动MOS管，导通控制器和RS485之间的接收导线、发送导线和模式切换导线。
图5为本发明提供的RS485的电路结构示意图，如图5所示，RS485的电路包括：RS485收发器电路、RS485差分导线(485+和485-)通断控制继电器电路、RS485差分导线(485+和485-)通断使能信号检测电路；其中：
RS485收发器电路包括：RS485收发器U4，RS485收发器U4去耦电容C4，限流电阻R12和R21，匹配电阻R11、R17和R23。
RS485差分导线(485+和485-)通断控制继电器电路包括：继电器RL4和RL5，MOS管Q4和Q5，三极管Q6和Q7，上拉电阻R36和R34，下拉电阻R30和R33，三极管基极电阻R35和R37。
具体地，RS485电路串口的接收导线(RXD)、发送导线(TXD)和模式切换(RTS)导线，在热插拔时使用继电器控制电路的连通，所述继电器的通断由供电电压的阀值控制。RS485电路的RS485收发器(U4)的差分导线(485+和485-)，在热插拔时使用继电器控制电路的连通，所述继电器的通断由控制器(U5)控制。当串口线和差分线导通后，控制器(U5)先监听RS485总线上的数据流，接收到正确的数据流后，控制器(U5)开始正常通信。
可选地，RS485差分导线的通断是由RS485电路的供电电压检测电路的输出及控制器(MCU)的控制决定的，RS485电路的供电电压检测电路的输出都为高电平时且控制器(MCU)延时后才导通。RS485电路的供电电压检测电路通过比较器检测供电电压，高于RS485电路工作电压输出高电平，低于RS485电路工作电压输出低电平。RS485电路的供电来源于直流24V转直流5V电路。直流24V转直流5V电路来源于缓启动电路。RS485电路的总线通过安装电阻限制总线插拔时的电流。
具体地，RS485电路串口3条导线(RXD、TXD、RTS)的通断控制方法如下：
步骤A1：检测RS485供电电源；
步骤A2：若上电时供电电压大于正常工作电压后驱动电路输出导通信号，则控制接收导线(RXD)、发送导线(TXD)和模式切换(RTS)导线导通；
步骤A3：若掉电时供电电压小于正常工作电压后驱动电路输出关断信号，则控制接收导线(RXD)、发送导线(TXD)和模式切换(RTS)导线关断。
具体地，RS485收发器(U4)差分线的通断控制方法如下：
步骤B1：检测供电电压阀值比较器的输出结果；
步骤B2：通过控制器(U5)的判断延时，达到设定的延时值后，输出导通信号，使得RS485差分线导通。
本发明中，RS485电路配置限流电阻，防止热插拔时的电流倒灌，当供电电压检测电路输出都为高电平时，高电平输入到控制器(MCU)，控制器判断为高电平后再延时，RS485收发器与RS485总线之间导通。
可选地，接收导线、发送导线和模式切换导线处于控制器和RS485收发器之间。RS485差分导线处于RS485收发器和外部RS485总线之间。继电器控制接收导线、发送导线和模式切换导线的通断。继电器控制RS485差分导线的通断。接收导线、发送导线和模式切换导线的通断是由RS485电路的供电电压检测电路决定的，RS485电路的供电电压正常后接收导线、发送导线和模式切换导线才导通。
需要说明的是，本发明中RS485电路的供电电源来自于带使能的直流开关电源，上电时输入电压高于设定阀值后直流开关电源开始工作，掉电时输入电压低于设定阀值后直流开关电源停止工作。其中，RS485电路的供电使用缓启动电路，可以减小热插拔时对总线的电流冲击；而RS485电路的总线串联电阻，可以防止热插拔时的电流倒灌。
本发明通过在接收导线、发送导线和模式切换导线上设置的继电器，并通过电压检测电路检测系统电源，只有当系统电源正常时导通接收导线、发送导线和模式切换导线。通过RS485差分线上设置的继电器，以及对供电电压检测电压输出高低电平的检测，实现仅当供电电压检测电路输出都为高电平时，RS485差分导线与外部RS485总线导通。通过设置RS485差分线限流电阻、缓启动电路和带阀值配置的直流24V转直流5V电路提升RS485电路热插拔时的可靠性。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种支持热插拔的RS485电路，其特征在于，包括：控制器、RS485收发器、直流电源、驱动电路、继电器；所述RS485收发器的接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线与所述控制器连接；所述RS485收发器的差分导线与外部RS485总线连接；所述直流电源给所述控制器、RS485收发器、驱动电路提供电能；其中：
当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压时，所述驱动电路输出导通信号，控制所述接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线上的继电器闭合；
当RS485收发器的供电电压小于预设工作电压时，所述驱动电路输出关断信号，控制所述接收导线RXD、发送导线TXD和模式切换RTS导线上的继电器断开；
当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压，且达到预设的延时时长后，控制RS485收发器的差分导线上的继电器闭合，使用所述差分导线与控制器连通。
2.根据权利要求1所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，当RS485收发器的差分导线上的继电器闭合时，所述控制器监听外部RS485总线上的数据流，并在确定所述数据流为正确数据时，开启所述控制器的通信功能。
3.根据权利要求1所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，还包括：缓启动电路，所述缓启动电路连接在所述直流电源和所述RS485收发器之间，用于将所述直流电源的输出24V直流电压转换为5V直流电压。
4.根据权利要求1所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，还包括：供电电压检测电路，所述供电电压检测电路与所述驱动电路、RS485收发器电连接，用于检测RS485收发器的供电电压，并根据所述RS485收发器的供电电压发送给所述驱动电路，以使得所述驱动电路根据所述供电电压生成导通信号，或者关断信号。
5.根据权利要求1所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，所述供电电压检测电路包含有电压比较器，所述电压比较器用于比较所述RS485收发器的供电电压与预设工作电压之间的大小；
当所述RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压时，所述电压比较器输出高电平；
当所述RS485收发器的供电电压小于于预设工作电压时，所述电压比较器输出低电平。
6.根据权利要求5所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，当所述电压比较器输出高电平时，所述驱动电路生成导通信号；当所述电压比较器输出低电平时，所述驱动电路生成关断信号。
7.根据权利要求1所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，所述控制器中设置有延时电路，当RS485收发器的供电电压大于或者等于预设工作电压，延时电路开始计时，当到达预设的延时时长后，所述驱动电路控制所述差分导线上的继电器闭合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的支持热插拔的RS485电路，其特征在于，所述RS485收发器的差分导线与外部RS485总线之间还设置有限流电阻，所述限流电阻用于限制外部RS485总线拔插时的冲击电流。
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