CN115484513A - 一种rs485收发控制电路、通信装置及电能表 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种RS485收发控制电路、通信装置及电能表，包括：当无数据发送时MCU的TXD端为高电平，经反相控制电路反相后输出低电平使RS485接口芯片处于接收状态，当有数据发送时MCU的TXD端为低电平，经反相控制电路反相后输出高电平使RS485接口芯片处于发送状态，从而实现了对RS485接口芯片较为稳定的收发控制，且其输出信号分为两路，一路送入过压检测电路，另一路经防雷及过压保护电路后通过继电器分别送入传输通信芯片和信号监测电路且输出信号一路送至故障检测芯片，另一路经第三光耦隔离电路输出，从而在出现故障时既可以实现及时隔离又可以确保通信畅通，进而提高了集中抄表网络的稳定性和可靠性。

Description

一种RS485收发控制电路、通信装置及电能表

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种RS485收发控制电路、通信装置及电能表。

背景技术

RS485是一种半双工平衡式传输的通信接口，其具有抗干扰能力强、噪声辐射小、通信距离远、通信速率高、便于组网等特点，在有线通信中优势明显，被广泛应用于电能表及集中抄表等领域。

目前，RS485在半双工模式下工作时，同一时刻仅能发送或接收，通过控制数据发送和接收的方向才能完成交互通信。然而，传统RS485收发控制电路的收发控制不是很稳定且带载能力不是很高，从而导致基于RS485的集中抄表装置等RS485通信装置的可靠性和稳定性较差。

发明内容

本申请实施例提供了一种RS485收发控制电路、通信装置及电能表，用以解决现有技术中RS485收发控制不稳定且带载能力差，从而导致RS485通信装置的稳定性和可靠性较差的问题。

本申请实施例提供的技术方案如下：

一方面，本申请实施例提供了一种RS485收发控制电路，包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，RS485接口芯片，第一光耦隔离电路，第二光耦隔离电路，反相控制电路，以及输出控制电路；

第一光耦隔离电路的第一端分别与第一电源端和MCU的数据发送端连接，第一光耦隔离电路的第二端与RS485接口芯片的信号接收端连接，第一光耦隔离电路的第三端接地，第一光耦隔离电路的第四端与第二电源端连接；第一光耦隔离电路用于在MCU的数据发送端与RS485接口芯片的信号接收端之间进行隔离；

第二光耦隔离电路的第一端与MCU的数据接收端连接，第二光耦隔离电路的第二端与第一电源端连接，第二光耦隔离电路的第三端分别与第二电源端和RS485接口芯片的驱动输入端连接，第二光耦隔离电路的第四端接地；第二光耦隔离电路用于在MCU的数据接收端与RS485接口芯片的驱动输入端之间进行隔离；

反相控制电路的第一端与第二电源端连接，反相控制电路的第二端分别与RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端连接，反相控制电路的第三端与第二光耦隔离电路的第三端连接；反相控制电路用于在MCU通过第二光耦隔离电路的第三端输出高电平信号时，向RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出低电平信号以使RS485接口芯片处于接收状态，在MCU通过第二光耦隔离电路的第三端输出低电平信号时，向RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出高电平信号以使RS485接口芯片处于发送状态；

输出控制电路的第一端分别与第二电源端和RS485接口芯片的电源端连接，输出控制电路的第二端与RS485接口芯片的反向输入输出端连接，输出控制电路的第三端与RS485接口芯片的同向输入输出端连接，输出控制电路的第四端接地；输出控制电路用于在RS485接口芯片处于发送状态时维持高电平输出，在RS485接口芯片为接收状态时，维持低电平输入。

在一种可能的实施方式中，反相控制电路包括第一三极管、第一电阻、第二电阻和第一电容；

第一三极管的发射极与第二电源端连接，第一三极管的集电极分别与RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端以及由第一电阻和第一电容形成的第一并联支路的一端连接，第一三极管的基极经第二电阻与第二光耦隔离电路的第三端连接；第一并联支路的另一端接地。

在一种可能的实施方式中，第一光耦隔离电路的第一端与第一电源端之间连接有第三电阻；第一光耦隔离电路的第二端与RS485接口芯片的信号接收端之间连接有第四电阻。

在一种可能的实施方式中，第二光耦隔离电路的第一端与MCU的数据接收端之间连接有第五电阻，第二光耦隔离电路的第三端与第二电源端之间连接有第六电阻。

在一种可能的实施方式中，输出控制电路包括第二电容、第七电阻和第八电阻；

第二电容的第一端与第二电源端连接，第二电容的第二端接地；

第七电阻的第一端与第二电容的第二端连接，第七电阻的第二端与RS485接口芯片的反向输入输出端连接并作为RS485收发控制电路的反向输入输出端；

第八电阻的第一端与第二电源端连接，第八电阻的第二端与RS485接口芯片的同向输入输出端连接并作为RS485收发控制电路的同向输入输出端。

另一方面，本申请实施例还提供了一种RS485通信装置，包括本申请实施例提供的RS485收发控制电路，防雷及过压保护电路，继电器，第三光耦隔离电路，信号监测电路，过压检测电路，传输通信芯片，以及故障检测芯片；

RS485收发控制电路的同向输入输出端分别与防雷及过压保护电路的第一输入端和过压检测电路的第一输入端连接，RS485收发控制电路的反向输入输出端分别与防雷及过压保护电路的第二输入端和过压检测电路的第二输入端连接；RS485收发控制电路用于控制RS485接口芯片的收发状态；

过压检测电路的第一电源端与第三电源端连接，过压检测电路的第一输出端与故障检测芯片的第一输入端连接；过压检测电路用于对RS485收发控制电路的同向输入输出端和反向输入输出端的两端电压进行过压检测；

防雷及过压保护电路的第一输出端与继电器中第一触点组的第一触点连接，防雷及过压保护电路的第二输出端与继电器中第二触点组的第一触点连接；防雷及过压保护电路用于对传输通信芯片进行防雷和过压保护；

继电器中第一触点组的第二触点分别与传输通信芯片的第一输入端和信号监测电路的第一输入端连接，继电器中第二触点组的第二触点分别与传输通信芯片的第二输入端和信号监测电路的第二输入端连接；继电器用于在故障检测芯片的驱动下闭合或断开传输通信芯片与防雷及过压保护电路的连接；

信号监测电路的输出端与故障检测芯片的第二输入端连接；信号监测电路用于监测RS485收发控制电路的同向输入输出端和反向输入输出端的两端电压是否低于设定阈值；

传输通信芯片的第一输出端与第三光耦隔离电路的收发使能端连接，传输通信芯片的第二输出端分别与第三光耦隔离电路的驱动输入端和故障检测芯片的第三输入端连接，传输通信芯片的第三输出端分别与第三光耦隔离电路的信号接收端和故障检测芯片的第四输入端连接；传输通信芯片用于根据RS485接口芯片的收发状态的收发状态进行数据传输；

故障检测芯片的控制端与继电器中第一触点组和第二触点组的驱动端连接；故障检测芯片用于根据过压检测电路的输出信号确定出现过压故障时，或者根据信号监测电路的第一接收信号以及传输通信芯片的第二接收信号和发送信号确定出现短路故障时，控制继电器断开传输通信芯片与防雷及过压保护电路的连接以切断传输通信芯片与RS485通信总线的连接。

在一种可能的实施方式中，防雷及过压保护电路包括压敏电阻、热敏电阻和瞬变管；

压敏电阻的第一端分别与RS485收发控制电路的同向输入输出端和热敏电阻的第一端连接，压敏电阻的第二端分别与RS485收发控制电路的反向输入输出端和瞬变管的第一端连接；

热敏电阻的第二端分别与瞬变管的第二端和继电器中第一触点组的第一触点连接；

瞬变管的第二端与继电器中第二触点组的第一触点连接。

在一种可能的实施方式中，过压检测电路包括整流桥堆，第四光耦隔离电路，第九电阻，第十电阻，第十一电阻，第十二电阻、第十三电阻，第十四电阻，第十五电阻，第三电容，第四电容，第五电容，第六电容，第一二极管，第二二极管，第二三极管，电位器，以及比较器；

整流桥堆的第一输入端与RS485收发控制电路的同向输入输出端连接，整流桥堆的第二输入端与RS485收发控制电路的反向输入输出端连接，整流桥堆的第一输出端分别经第九电阻与第四光耦隔离电路的第一端连接以及经第十电阻与第四光耦隔离电路的第二端连接；

第四光耦隔离电路的第三端与第二电源端连接，第四光耦隔离电路的第四端经第十一电阻与比较器的正相输入端连接且与由第十二电阻和第三电容形成的第二并联支路的一端连接，第二并联支路的另一端与比较器的第一电源端连接；

电位器的第一固定端与第二电源端连接，电位器的第二固定端与比较器的第一电源端连接，电位器的中间调节端与比较器的反相输入端连接且与比较器的第一电源端之间连接有第四电容；

比较器的正相输入端与比较器的输出端之间连接有第十三电阻，比较器的输出端经第十四电阻与第二三极管的基极连接，比较器的第二电源端分别与第二电源端以及由第五电容和第六电容形成的第三并联电路的一端连接，第三并联电路的另一端接地；

第二三极管的基极与比较器的第一电源端之间连接有第十五电阻，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极分别连接第一二极管作为第一输出端以及连接第二二极管作为第二输出端。

在一种可能的实施方式中，信号监测电路包括检测芯片，运放器，第七电容，第八电容，第九电容，第十六电阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，第二十电阻，第二十一电阻，第二十二电阻，第二十三电阻，第二十四电阻，以及第二十五电阻；

检测芯片的电源端与第二电源端连接且经第七电容接地，检测芯片的RS485接口A端与继电器中第一触点组的第二触点连接，检测芯片的RS485接口B端与继电器中第二触点组的第二触点连接，检测芯片的接地端接地；

第十六电阻连接在检测芯片的接地端与检测芯片的RS485接口B端之间；

第十七电阻连接在检测芯片的RS485接口A端与检测芯片的RS485接口B端之间；

第十八电阻连接在检测芯片的电源端与检测芯片的RS485接口A端之间；

第十九电阻连接在检测芯片的RS485接口A端与运放器的正相输入端之间；

第二十电阻连接在检测芯片的RS485接口B端与运放器的反相输入端之间；

运放器的正相输入端与由第二十一电阻和第二十二电阻形成的第一串联支路的一端连接且第一串联支路的另一端接地，运放器的反相输入端与由第二十三电阻和第二十四电阻形成的第二串联支路的一端连接且第二串联支路的另一端连接第二电源端，运放器的输出端与故障检测芯片的第二输入端连接，运放器的第一电源端接地，运放器的第二电源端分别与第二电源端以及由第七电容和第八电容形成的第四并联支路的一端连接，第四并联支路的另一端接地；

第二十五电阻连接在第二十一电阻和第二十二电阻的第一连接节点与第二十三电阻和第二十四电阻的第二连接节点之间。

另一方面，本申请实施例还提供了一种电能表，包括MCU，以及本申请实施例提供的RS485通信装置；MCU的第一输入端与RS485通信装置中的过压检测电路的第二输出端连接，MCU的第二输入端分别与RS485通信装置中的第三光耦隔离电路的数据接收端、数据发送端和收发使能端连接，MCU的第三输入端与RS485通信装置中的故障检测芯片的输出端连接，MCU的第四输入端与RS485通信装置中的信号监测电路内的检测芯片的RO端、DI端和CTR1A端连接。

本申请实施例的有益效果如下：

本申请实施例中，当MCU无数据发送时，MCU的数据接收端为高电平，经第二光耦隔离电路隔离后输出高电平并经反相控制电路反相后向RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出低电平以使RS485接口芯片处于接收状态，当MCU有数据发送时，MCU的数据接收端为低电平，经第二光耦隔离电路隔离后输出低电平并经反相控制电路反相后向RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出高电平以使RS485接口芯片处于发送状态，从而在不影响RS485接口芯片的带载能力的同时，实现了对RS485接口芯片的较为稳定的收发控制。而且，RS485接口芯片的输出信号分为两路，一路送入过压检测电路且其输出信号送至故障检测芯片进行故障检测，另一路经防雷及过压保护电路后通过继电器分别送入传输通信芯片和信号监测电路且其输出信号分为两路，一路送至故障检测芯片进行故障检测，另一路经第三光耦隔离电路输出完成通信，从而在故障检测芯片根据过压检测电路的输出信号确定出现过压故障时，或者根据信号监测电路的第一接收信号以及传输通信芯片的第二接收信号和发送信号确定出现短路故障时，不仅可以通过控制继电器断开传输通信芯片与防雷及过压保护电路的连接来切断故障电路与RS485通信总线的连接，实现故障电路与RS485通信总线的及时隔离，还可以确保通信线路的畅通，进而可以提高RS485集中抄表网络的稳定性和可靠性。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例中RS485收发控制电路的一种电路结构示意图；

图2为本申请实施例中RS485收发控制电路的另一种电路结构示意图；

图3为本申请实施例中RS485通信装置的电路结构示意图；

图4为本申请实施例中防雷及过压保护电路的电路结构示意图；

图5为本申请实施例中过压检测电路的电路结构示意图；

图6a为本申请实施例中信号监测电路的电路结构示意图；

图6b为本申请实施例中信号监测电路的等效电路结构示意图；

图7a为本申请实施例中RS485通信管理芯片的电路结构示意图；

图7b为本申请实施例中故障检测方法的概况流程示意图；

图7c为本申请实施例中故障检测方法的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本申请实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种RS485收发控制电路，参阅图1所示，本申请实施例提供的RS485收发控制电路包括MCU，RS485接口芯片U1，第一光耦隔离电路E1，第二光耦隔离电路E2，反相控制电路RTC，以及输出控制电路OUT；

第一光耦隔离电路E1的第一端分别与第一电源端VDD和MCU的数据发送端RXD连接，第一光耦隔离电路E1的第二端与RS485接口芯片U1的信号接收端R连接，第一光耦隔离电路E1的第三端接地，第一光耦隔离电路E1的第四端与第二电源端V485连接；第一光耦隔离电路E1用于在MCU的数据发送端RXD与RS485接口芯片U1的信号接收端R之间进行隔离；

第二光耦隔离电路E2的第一端与MCU的数据接收端TXD连接，第二光耦隔离电路E2的第二端与第一电源端VDD连接，第二光耦隔离电路E2的第三端分别与第二电源端V485和RS485接口芯片U1的驱动输入端D连接，第二光耦隔离电路E2的第四端接地；第二光耦隔离电路E2用于在MCU的数据接收端TXD与RS485接口芯片U1的驱动输入端D之间进行隔离；

反相控制电路RTC的第一端与第二电源端V485连接，反相控制电路RTC的第二端分别与RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE连接，反相控制电路RTC的第三端与第二光耦隔离电路E2的第三端连接；反相控制电路RTC用于在MCU通过第二光耦隔离电路E2的第三端输出高电平信号时，向RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE输出低电平信号以使RS485接口芯片U1处于接收状态，在MCU通过第二光耦隔离电路E2的第三端输出低电平信号时，向RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE输出高电平信号以使RS485接口芯片U1处于发送状态；

输出控制电路OUT的第一端分别与第二电源端V485和RS485接口芯片U1的电源端VCC连接，输出控制电路OUT的第二端与RS485接口芯片U1的反向输入输出端B连接，输出控制电路OUT的第三端与RS485接口芯片U1的同向输入输出端A连接，输出控制电路OUT的第四端接地；输出控制电路OUT用于在RS485接口芯片U1处于发送状态时维持高电平输出，在RS485接口芯片U1为接收状态时，维持低电平输入。

在如图1所示的RS485收发控制电路中，当MCU无数据发送时，MCU的数据接收端TXD为高电平，经第二光耦隔离电路E2隔离后输出高电平并经反相控制电路RTC反相后输出低电平至RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE以使RS485接口芯片U1处于接收状态，当MCU有数据发送时，MCU的数据接收端TXD为低电平，经第二光耦隔离电路E2隔离后输出低电平并经反相控制电路RTC反相后输出高电平至RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE以使RS485接口芯片U1处于发送状态，从而在不影响RS485接口芯片U1的带载能力的同时，实现了对RS485接口芯片U1的较为稳定的收发控制。

在具体实施时，本申请实施例提供的RS485收发控制电路中，反相控制电路RTC可以有多种具体结构实现其功能。例如图2所示，反相控制电路RTC可以具体包括第一三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1；

第一三极管Q1的发射极与第二电源端V485连接，第一三极管Q1的集电极分别与RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE以及由第一电阻R1和第一电容C1形成的第一并联支路的一端连接，第一三极管Q1的基极经第二电阻R2与第二光耦隔离电路E2的第三端连接；第一并联支路的另一端接地。

而且，在具体实施时，参阅图2所示，第一光耦隔离电路E1的第一端与第一电源端VDD之间还可以连接有第三电阻R3；第一光耦隔离电路E1的第二端与RS485接口芯片U1的信号接收端R之间还可以连接有第四电阻R4。而且，第二光耦隔离电路R2的第一端与MCU的数据接收端TXD之间还可以连接有第五电阻R5，第二光耦隔离电路E2的第三端与第二电源端V485之间还可以连接有第六电阻R6。

此外，在具体实施时，本申请实施例提供的RS485收发控制电路中，输出控制电路OUT可以有多种具体结构实现其功能。例如图2所示，输出控制电路OUT可以具体包括第二电容C2、第七电阻R7和第八电阻R8；

第二电容C2的第一端与第二电源端V485连接，第二电容C2的第二端接地；

第七电阻R7的第一端与第二电容C2的第二端连接，第七电阻R7的第二端与RS485接口芯片U1的反向输入输出端B连接并作为RS485收发控制电路的反向输入输出端B；

第八电阻R8的第一端与第二电源端V485连接，第八电阻R8的第二端与RS485接口芯片U1的同向输入输出端A连接并作为RS485收发控制电路的同向输入输出端A。

在如图2所示的RS485收发控制电路中，当MCU有数据发送时，MCU的数据接收端TXD为低电平，RS485接口芯片U1的驱动输入端D为低电平，第一三极管Q1饱和导通，并给第一电容C1迅速充电，RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE也变为高电平，使RS485接口芯片U1处于发送状态；而当MCU无数据发送时，MCU的数据接收端TXD由低电平转为高电平，由于第一电容C1的存在，RS485接口芯片U1的接收使能端/RE和发送使能端DE还保持高电平，也就是RS485接口芯片U1继续处于发送状态并依靠第七电阻R7和第八电阻R8继续维持高电平输出，此时第一电容C1通过第一电阻R1放电，当放电完成后，RS485接口芯片U1切换为接收态，而RS485接口芯片U1的信号接收端R的状态由RS485通信总线的压差决定，可以看出RS485接口芯片U1参与了一部分高电平的输出，从而可以明显改善上升沿问题，进而可以提高RS485收发控制电路的可靠性和稳定性。值得说的是，在RS485收发控制电路中，为保证数据传输顺畅，其RC常数τ<1/B(B为通讯速率)。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种RS485通信装置，参阅图3所示，本申请实施例还提供的RS485通信装置包括本申请实施例提供的上述RS485收发控制电路110，防雷及过压保护电路120，继电器K，第三光耦隔离电路E3，信号监测电路130，过压检测电路140，传输通信芯片U2，以及故障检测芯片U3；

RS485收发控制电路110的同向输入输出端A分别与防雷及过压保护电路120的第一输入端和过压检测电路140的第一输入端连接，RS485收发控制电路110的反向输入输出端B分别与防雷及过压保护电路120的第二输入端和过压检测电路140的第二输入端连接；RS485收发控制电路110用于控制RS485接口芯片U1的收发状态；

过压检测电路140的第一电源端与第三电源端Vref连接，过压检测电路140的第一输出端与故障检测芯片U3的第一输入端连接；过压检测电路140用于对RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压进行过压检测；

防雷及过压保护电路120的第一输出端与继电器K中第一触点组的第一触点连接，防雷及过压保护电路120的第二输出端与继电器K中第二触点组的第一触点连接；防雷及过压保护电路120用于对传输通信芯片U2进行防雷和过压保护；

继电器K中第一触点组的第二触点分别与传输通信芯片U2的第一输入端和信号监测电路130的第一输入端连接，继电器K中第二触点组的第二触点分别与传输通信芯片U2的第二输入端和信号监测电路130的第二输入端连接；继电器K用于在故障检测芯片U3的驱动下闭合或断开传输通信芯片U2与防雷及过压保护电路120的连接；

信号监测电路130的输出端与故障检测芯片U3的第二输入端连接；信号监测电路130用于监测RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压是否低于设定阈值(例如0.012V、0V等)；

传输通信芯片U2的第一输出端与第三光耦隔离电路E3的收发使能端DE/RE连接，传输通信芯片U2的第二输出端分别与第三光耦隔离电路E3的驱动输入端D和故障检测芯片U3的第三输入端连接，传输通信芯片U2的第三输出端分别与第三光耦隔离电路E3的信号接收端E和故障检测芯片U3的第四输入端连接；传输通信芯片U2用于根据RS485接口芯片U1的收发状态的收发状态进行数据传输；

故障检测芯片U3的控制端与继电器K中第一触点组和第二触点组的驱动端连接；故障检测芯片U3用于根据过压检测电路140的输出信号确定出现过压故障时，或者根据信号监测电路130的第一接收信号以及传输通信芯片U2的第二接收信号和发送信号确定出现短路故障时，控制继电器K断开传输通信芯片U2与防雷及过压保护电路120的连接以切断传输通信芯片U2与RS485通信总线的连接。

在如图3所示的RS485通信装置中，RS485接口芯片U1的输出信号分为两路，一路送入过压检测电路140且其输出信号送至故障检测芯片U3进行故障检测，另一路经防雷及过压保护电路120后通过继电器K分别送入传输通信芯片U2和信号监测电路130且其输出信号分为两路，一路送至故障检测芯片U3进行故障检测，另一路经第三光耦隔离电路E3输出完成通信，从而在故障检测芯片U3根据过压检测电路140的输出信号确定出现过压故障时，或者根据信号监测电路130的第一接收信号以及传输通信芯片U2的第二接收信号和发送信号确定出现短路故障时，不仅可以通过控制继电器K断开传输通信芯片U2与防雷及过压保护电路120的连接来切断故障电路与RS485通信总线的连接，实现故障电路与RS485通信总线的及时隔离，还可以确保通信线路的畅通，进而可以提高RS485集中抄表网络的稳定性和可靠性。

在具体实施时，本申请实施例提供的RS485通信装置中，防雷及过压保护电路120可以有多种具体结构实现其功能。例如图4所示，防雷及过压保护电路120可以具体包括压敏电阻RV、热敏电阻PTC和瞬变管TVS；

压敏电阻RV的第一端分别与RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和热敏电阻PTC的第一端连接，压敏电阻RV的第二端分别与RS485收发控制电路的反向输入输出端B和瞬变管TVS的第一端连接；

热敏电阻PTC的第二端分别与瞬变管TVS的第二端和继电器K中第一触点组的第一触点连接；

瞬变管TVS的第二端与继电器K中第二触点组的第一触点连接。

在如图4所示的防雷及过压保护电路120中，当外部有380V输入时首先由瞬变管TVS将电压钳位在8V左右，热敏电阻PTC在冷态时约有18A的电流流过，在如此大的电流作用下，热敏电阻PTC立即动作呈高阻状态从而起到了保护作用，当遇到雷击时依靠压敏电阻RV来吸收，同时热敏电阻PTC和瞬变管TVS也起到了一定保护作用来抑制雷击的残压对电路造成的影响。

在具体实施时，本申请实施例提供的RS485通信装置中，过压检测电路140可以有多种具体结构实现其功能。例如图5所示，过压检测电路140可以具体包括整流桥堆D，第四光耦隔离电路E4，第九电阻R9，第十电阻R10，第十一电阻R11，第十二电阻R12、第十三电阻R13，第十四电阻R14，第十五电阻R15，第三电容C3，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6，第一二极管D1，第二二极管D2，第二三极管Q2，电位器R，以及比较器U4；

整流桥堆D的第一输入端与RS485收发控制电路100的同向输入输出端A连接，整流桥堆D的第二输入端与RS485收发控制电路100的反向输入输出端B连接，整流桥堆D的第一输出端分别经第九电阻R9与第四光耦隔离电路E4的第一端连接以及经第十电阻R10与第四光耦隔离电路E4的第二端连接；

第四光耦隔离电路E4的第三端与第二电源端V485连接，第四光耦隔离电路E4的第四端经第十一电阻R11与比较器U4的正相输入端连接且与由第十二电阻R12和第三电容C3形成的第二并联支路的一端连接，第二并联支路的另一端与比较器U4的第一电源端连接；

电位器R的第一固定端与第二电源端V485连接，电位器R的第二固定端与比较器U4的第一电源端连接，电位器R的中间调节端与比较器U4的反相输入端连接且与比较器U4的第一电源端之间连接有第四电容C4；

比较器U4的正相输入端与比较器U4的输出端之间连接有第十三电阻R13，比较器U4的输出端经第十四电阻R14与第二三极管Q2的基极连接，比较器U4的第二电源端分别与第二电源端V485以及由第五电容C5和第六电容C6形成的第三并联电路的一端连接，第三并联电路的另一端接地；

第二三极管Q2的基极与比较器U4的第一电源端之间连接有第十五电阻R15，第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的集电极分别连接第一二极管D1作为第一输出端以及连接第二二极管D2作为第二输出端。

在如图5所示的过压检测电路140中，当RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压，即RS485通信总线输入电压大于36V时需要报警，其最大输入电压为380V，由于电压输入的幅度较大所以加入热敏电阻PTC和瞬变管TVS进行保护，其保护点设在68V左右，以保证在68V以下有良好的线性。基于此，RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压，即RS485通信总线输入电压送入整流桥堆D经第九电阻R9、第十电阻R10限流旁路后驱动第四光耦隔离电路E4使其工作在线性区。经第四光耦隔离电路E4隔离后与第十二电阻R12组成发射极输出电路由第三电容C3滤波后经第十一电阻R11送入比较器U4，电位器R和第四电容C4组成基准电路，由于第四光耦隔离电路E4的电流传输比一致性较差，为能准确的在大于36V时报警故用电位器R来进行调整。第十一电阻R1、第十三电阻R13和比较器U4组成了带滞回特性的比较器，其滞回电压为0.35V，折算到输入端为大于36V报警，低于28V解除报警。第十四电阻R14为限流电阻，第十五电阻R15为泄漏电阻，第五电容C5和第六电容C6为比较器U4的退耦电容，比较器U4的输出信号经第二三极管Q2驱动后分为两路，一路送入电能表中的MCU，另一路送入故障检测芯片U3通过LED灯进行报警输出，而第一二极管D1和第二二极管D2实现线与功能和信号隔离功能。

在具体实施时，本申请实施例提供的RS485通信装置中，信号监测电路130可以有多种具体结构实现其功能。例如图6a所示，信号监测电路130可以具体包括检测芯片U5(采用65LBC184)，运放器U6，第七电容C7，第八电容C8，第九电容C9，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十九电阻R19，第二十电阻R20，第二十一电阻R21，第二十二电阻R22，第二十三电阻R23，第二十四电阻R24，以及第二十五电阻R25；

检测芯片U5的电源端VCC与第二电源端V485连接且经第七电容C7接地，检测芯片U5的RS485接口A端与继电器K中第一触点组的第二触点连接，检测芯片U5的RS485接口B端与继电器K中第二触点组的第二触点连接，检测芯片U5的接地端GND接地；

第十六电阻R16连接在检测芯片U5的接地端GND与检测芯片U5的RS485接口B端之间；

第十七电阻R17连接在检测芯片U5的RS485接口A端与检测芯片U4的RS485接口B端之间；

第十八电阻R18连接在检测芯片U5的电源端VCC与检测芯片U5的RS485接口A端之间；

第十九电阻R19连接在检测芯片U5的RS485接口A端与运放器U6的正相输入端之间；

第二十电阻R20连接在检测芯片U5的RS485接口B端与运放器U6的反相输入端之间；

运放器U6的正相输入端与由第二十一电阻R21和第二十二电阻R22形成的第一串联支路的一端连接且第一串联支路的另一端接地，运放器U6的反相输入端与由第二十三电阻R23和第二十四电阻R24形成的第二串联支路的一端连接且第二串联支路的另一端连接第二电源端V485，运放器U5的输出端与故障检测芯片U3的第二输入端连接，运放器U6的第一电源端接地，运放器U6的第二电源端分别与第二电源端V485以及由第七电容C7和第八电容C8形成的第四并联支路的一端连接，第四并联支路的另一端接地；

第二十五电阻R25连接在第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的第一连接节点与第二十三电阻R23和第二十四电阻R24的第二连接节点之间。

在如图6a所示的信号监测电路130中，第十六电阻R16(47k)、第十七电阻R17(4.7k)、第十八电阻R18(47k)、第十九电阻R19(100k)、第二十电阻R20(100k)组成了检测芯片U5的静态偏置电路，在无通讯的情况下AB端口的电压为0.238V，可以避免检测芯片U5在静态时出现的不确定状态，而运放器U6和第二十一电阻R21(100k)、第二十二电阻R22(2M)、第二十三R23(100k)、第二十四电阻R24(2M)、第二十五电阻R25(12k)组成的预偏置差分比较电路为信号监测电路130的核心电路，用戴维南定理可以将信号监测电路130简化为如图6b所示的等效电路，其中in+、in-是运放器U2的正反相输入端，通过如图6b所示的等效电路可以方便的计算出静态时运放器U6的输入电压Uin＝0.115V，其输出信号为高电平，在运放器U6的输入端加负偏置的目的是为能可靠的检测出RS485通信装置中的短路故障，由如图6b所示的等效电路可以看出当RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压低于0.012V时，运放器U6的输出发生翻转输出低电平，当RS485通信装置中发生短路现象时，RS485收发控制电路110的同向输入输出端A和反向输入输出端B的两端电压为0V，运放器U6的输出发生翻转输出低电平并送至故障检测芯片U3进行报警。

此外，本申请实施例还提供了一种电能表，包括MCU，以及本申请实施例提供的上述RS485通信装置；MCU的第一输入端与RS485通信装置中的过压检测电路140的第二输出端连接，MCU的第二输入端分别与RS485通信装置中的第三光耦隔离电路E3的数据接收端、数据发送端和收发使能端连接，MCU的第三输入端与RS485通信装置中的故障检测芯片U3的输出端连接，MCU的第四输入端与RS485通信装置中的信号监测电路130内的检测芯片U5的RO端、DI端和CTR1A端连接。

在介绍了本申请实施例提供的RS485收发控制电路、RS485通信装置及电能表后，接下来，对本申请实施例涉及的故障检测方法进行详细说明。

本申请实施例提供的故障检测方法可以应用于如图7a所示的电能表中的MCU，该MCU可以是前述RS485通信装置中的故障检测芯片U3，也可以是电能表中的RS485通信管理芯片U4，当该MCU是电能表中的RS485通信管理芯片U4时，RS485通信管理芯片U4通过故障检测芯片U3控制继电器K的断开与吸合，从而实现传输通信芯片U2与RS485通信总线的切断与连接。具体的，参阅图7b所示，本申请实施例提供的故障检测方法的概况流程如下：

步骤701：根据RS485通信装置中的过压检测电路140的输出信号检测RS485通信装置中是否出现过压故障。

步骤702：根据RS485通信装置中的信号监测电路130的第一接收信号以及RS485通信装置中的传输通信芯片U2的第二接收信号和发送信号，检测RS485通信装置中是否出现短路故障。

步骤703：确定RS485通信装置中出现过压故障或短路故障时，控制RS485通信装置中的继电器K断开RS485通信装置中的传输通信芯片U2与RS485通信装置中的防雷及过压保护电路120的连接以切断RS485通信装置中的传输通信芯片U2与RS485通信总线的连接。

在具体实施时，在根据RS485通信装置中的过压检测电路140的输出信号检测RS485通信装置中是否出现过压故障，以及根据RS485通信装置中的信号监测电路130的第一接收信号以及RS485通信装置中的传输通信芯片U2的第二接收信号和发送信号检测RS485通信装置中是否出现短路故障时，可以通过综合分析信号监测电路130的第一接收信号RO’、传输通信芯片U2的第二接收信号RO和发送信号DI这三个信号之间的关系，确定RS485通信装置中出现的短路故障类型以及故障处理方式，具体参见下述表1所示：

表1.

上述表1列出了在各种情况下的故障类型及其处理方式，下面结合本申请实施例提供的上述RS485通信装置的电路结构，对各种情况下的故障类型的处理方式进行说明。

由上述情况可以总结出故障类型有以下几种：

1)内部故障，其故障类型包括：

a、传输通信芯片U2的故障

b、信号监测芯片(即信号监测电路130)的故障

c、内部有常“0”信号输出

对以上三种内部故障的处理方法是相同的，即MCU从第7脚输出频率为1Hz的报警信号，并通过6脚控制继电器K吸合，切断RS485通信装置与外部RS485通信网络的连接。

2)外部故障，其故障类型包括：

a、网络上有常“0”信号输入

b、网络出现短路现象

c、网络上有大于36V的电压

对于a、b两种外部故障的处理方法是相同的，即MCU从第7脚输出频率为1Hz的报警信号，并通过6脚控制继电器K吸合，当继电器K吸合后故障现象消失，MCU在一秒钟后释放继电器K，若外部RS485通信网络上的故障一直未排除，MCU将在140us左右再次检测出故障发出报警信号，通过6脚控制继电器K再次吸合，MCU的信号线和外部RS485通信网络断开，MCU从7脚输出频率为1Hz的报警信号。

对于c这种外部短路故障的处理方法为，运放器U6检测出此类故障后输出高电平经第二三极管Q2驱动后一路送至电能表的MCU，另一路点亮LED并输出低电平报警信号。MCU接到第二三极管Q2送来的信号后通过6脚控制继电器K吸合，从第7脚输出频率为1Hz的报警信号和第二三极管Q2输出的低电平报警信号线与后输出低电平。

基于上述分析，本申请实施例提供的故障检测方法的具体流程可以参见图7c所示，而且，本申请实施例提供的故障检测方法可以实现对RS485通信装置中出现的各种故障类型的精准检测，从而可以进一步提高RS485通信装置的可靠性和稳定性。而且，本申请实施例提供的RS485通信装置及电能表因其具备故障检测功能，还可以大大提高集中抄表系统的可靠性，给整个集中抄表系统的管理维护带来了极大的便利。

应当注意，以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其进行限制，尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种RS485收发控制电路，其特征在于，包括微控制单元MCU，RS485接口芯片，第一光耦隔离电路，第二光耦隔离电路，反相控制电路，以及输出控制电路；

所述第一光耦隔离电路的第一端分别与第一电源端和所述MCU的数据发送端连接，所述第一光耦隔离电路的第二端与所述RS485接口芯片的信号接收端连接，所述第一光耦隔离电路的第三端接地，所述第一光耦隔离电路的第四端与第二电源端连接；所述第一光耦隔离电路用于在所述MCU的数据发送端与所述RS485接口芯片的信号接收端之间进行隔离；

所述第二光耦隔离电路的第一端与所述MCU的数据接收端连接，所述第二光耦隔离电路的第二端与所述第一电源端连接，所述第二光耦隔离电路的第三端分别与所述第二电源端和所述RS485接口芯片的驱动输入端连接，所述第二光耦隔离电路的第四端接地；所述第二光耦隔离电路用于在所述MCU的数据接收端与所述RS485接口芯片的驱动输入端之间进行隔离；

所述反相控制电路的第一端与所述第二电源端连接，所述反相控制电路的第二端分别与所述RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端连接，所述反相控制电路的第三端与所述第二光耦隔离电路的第三端连接；所述反相控制电路用于在所述MCU通过所述第二光耦隔离电路的第三端输出高电平信号时，向所述RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出低电平信号以使所述RS485接口芯片处于接收状态，在所述MCU通过所述第二光耦隔离电路的第三端输出低电平信号时，向所述RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端输出高电平信号以使所述RS485接口芯片处于发送状态；

所述输出控制电路的第一端分别与所述第二电源端和所述RS485接口芯片的电源端连接，所述输出控制电路的第二端与所述RS485接口芯片的反向输入输出端连接，所述输出控制电路的第三端与所述RS485接口芯片的同向输入输出端连接，所述输出控制电路的第四端接地；所述输出控制电路用于在所述RS485接口芯片处于发送状态时维持高电平输出，在所述RS485接口芯片为接收状态时，维持低电平输入。

2.如权利要求1所述的RS485收发控制电路，其特征在于，所述反相控制电路包括第一三极管、第一电阻、第二电阻和第一电容；

所述第一三极管的发射极与所述第二电源端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述RS485接口芯片的接收使能端和发送使能端以及由所述第一电阻和所述第一电容形成的第一并联支路的一端连接，所述第一三极管的基极经所述第二电阻与所述第二光耦隔离电路的第三端连接；所述第一并联支路的另一端接地。

3.如权利要求1所述的RS485收发控制电路，其特征在于，所述第一光耦隔离电路的第一端与所述第一电源端之间连接有第三电阻；所述第一光耦隔离电路的第二端与所述RS485接口芯片的信号接收端之间连接有第四电阻。

4.如权利要求1所述的RS485收发控制电路，其特征在于，所述第二光耦隔离电路的第一端与所述MCU的数据接收端之间连接有第五电阻，所述第二光耦隔离电路的第三端与所述第二电源端之间连接有第六电阻。

5.如权利要求1所述的RS485收发控制电路，其特征在于，所述输出控制电路包括第二电容、第七电阻和第八电阻；

所述第二电容的第一端与所述第二电源端连接，所述第二电容的第二端接地；

所述第七电阻的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第七电阻的第二端与所述RS485接口芯片的反向输入输出端连接并作为所述RS485收发控制电路的反向输入输出端；

所述第八电阻的第一端与所述第二电源端连接，所述第八电阻的第二端与所述RS485接口芯片的同向输入输出端连接并作为所述RS485收发控制电路的同向输入输出端。

6.一种RS485通信装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的RS485收发控制电路，防雷及过压保护电路，继电器，第三光耦隔离电路，信号监测电路，过压检测电路，传输通信芯片，以及故障检测芯片；

所述RS485收发控制电路的同向输入输出端分别与所述防雷及过压保护电路的第一输入端和所述过压检测电路的第一输入端连接，所述RS485收发控制电路的反向输入输出端分别与所述防雷及过压保护电路的第二输入端和所述过压检测电路的第二输入端连接；所述RS485收发控制电路用于控制RS485接口芯片的收发状态；

所述过压检测电路的第一电源端与第三电源端连接，所述过压检测电路的第一输出端与所述故障检测芯片的第一输入端连接；所述过压检测电路用于对所述RS485收发控制电路的同向输入输出端和反向输入输出端的两端电压进行过压检测；

所述防雷及过压保护电路的第一输出端与所述继电器中第一触点组的第一触点连接，所述防雷及过压保护电路的第二输出端与所述继电器中第二触点组的第一触点连接；所述防雷及过压保护电路用于对所述传输通信芯片进行防雷和过压保护；

所述继电器中第一触点组的第二触点分别与所述传输通信芯片的第一输入端和所述信号监测电路的第一输入端连接，所述继电器中第二触点组的第二触点分别与所述传输通信芯片的第二输入端和所述信号监测电路的第二输入端连接；所述继电器用于在所述故障检测芯片的驱动下闭合或断开所述传输通信芯片与所述防雷及过压保护电路的连接；

所述信号监测电路的输出端与所述故障检测芯片的第二输入端连接；所述信号监测电路用于监测所述RS485收发控制电路的同向输入输出端和反向输入输出端的两端电压是否低于设定阈值；

所述传输通信芯片的第一输出端与所述第三光耦隔离电路的收发使能端连接，所述传输通信芯片的第二输出端分别与所述第三光耦隔离电路的驱动输入端和所述故障检测芯片的第三输入端连接，所述传输通信芯片的第三输出端分别与所述第三光耦隔离电路的信号接收端和所述故障检测芯片的第四输入端连接；所述传输通信芯片用于根据所述RS485接口芯片的收发状态的收发状态进行数据传输；

所述故障检测芯片的控制端与所述继电器中第一触点组和第二触点组的驱动端连接；所述故障检测芯片用于根据所述过压检测电路的输出信号确定出现过压故障时，或者根据所述信号监测电路的第一接收信号以及所述传输通信芯片的第二接收信号和发送信号确定出现短路故障时，控制所述继电器断开所述传输通信芯片与所述防雷及过压保护电路的连接以切断所述传输通信芯片与RS485通信总线的连接。

7.如权利要求6所述的RS485通信装置，其特征在于，所述防雷及过压保护电路包括压敏电阻、热敏电阻和瞬变管；

所述压敏电阻的第一端分别与所述RS485收发控制电路的同向输入输出端和所述热敏电阻的第一端连接，所述压敏电阻的第二端分别与所述RS485收发控制电路的反向输入输出端和所述瞬变管的第一端连接；

所述热敏电阻的第二端分别与所述瞬变管的第二端和所述继电器中第一触点组的第一触点连接；

所述瞬变管的第二端与所述继电器中第二触点组的第一触点连接。

8.如权利要求6所述的RS485通信装置，其特征在于，所述过压检测电路包括整流桥堆，第四光耦隔离电路，第九电阻，第十电阻，第十一电阻，第十二电阻、第十三电阻，第十四电阻，第十五电阻，第三电容，第四电容，第五电容，第六电容，第一二极管，第二二极管，第二三极管，电位器，以及比较器；

所述整流桥堆的第一输入端与所述RS485收发控制电路的同向输入输出端连接，所述整流桥堆的第二输入端与所述RS485收发控制电路的反向输入输出端连接，所述整流桥堆的第一输出端分别经所述第九电阻与所述第四光耦隔离电路的第一端连接以及经所述第十电阻与所述第四光耦隔离电路的第二端连接；

所述第四光耦隔离电路的第三端与第二电源端连接，所述第四光耦隔离电路的第四端经所述第十一电阻与所述比较器的正相输入端连接且与由所述第十二电阻和所述第三电容形成的第二并联支路的一端连接，所述第二并联支路的另一端与所述比较器的第一电源端连接；

所述电位器的第一固定端与所述第二电源端连接，所述电位器的第二固定端与所述比较器的第一电源端连接，所述电位器的中间调节端与所述比较器的反相输入端连接且与所述比较器的第一电源端之间连接有所述第四电容；

所述比较器的正相输入端与所述比较器的输出端之间连接有所述第十三电阻，所述比较器的输出端经所述第十四电阻与所述第二三极管的基极连接，所述比较器的第二电源端分别与所述第二电源端以及由所述第五电容和所述第六电容形成的第三并联电路的一端连接，所述第三并联电路的另一端接地；

所述第二三极管的基极与所述比较器的第一电源端之间连接有所述第十五电阻，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极分别连接所述第一二极管作为第一输出端以及连接所述第二二极管作为第二输出端。

9.如权利要求6所述的RS485通信装置，其特征在于，所述信号监测电路包括检测芯片，运放器，第七电容，第八电容，第九电容，第十六电阻，第十七电阻，第十八电阻，第十九电阻，第二十电阻，第二十一电阻，第二十二电阻，第二十三电阻，第二十四电阻，以及第二十五电阻；

所述检测芯片的电源端与所述第二电源端连接且经所述第七电容接地，所述检测芯片的RS485接口A端与所述继电器中第一触点组的第二触点连接，所述检测芯片的RS485接口B端与所述继电器中第二触点组的第二触点连接，所述检测芯片的接地端接地；

所述第十六电阻连接在所述检测芯片的接地端与所述检测芯片的RS485接口B端之间；

所述第十七电阻连接在所述检测芯片的RS485接口A端与所述检测芯片的RS485接口B端之间；

所述第十八电阻连接在所述检测芯片的电源端与所述检测芯片的RS485接口A端之间；

所述第十九电阻连接在所述检测芯片的RS485接口A端与所述运放器的正相输入端之间；

所述第二十电阻连接在所述检测芯片的RS485接口B端与所述运放器的反相输入端之间；

所述运放器的正相输入端与由所述第二十一电阻和所述第二十二电阻形成的第一串联支路的一端连接且所述第一串联支路的另一端接地，所述运放器的反相输入端与由所述第二十三电阻和所述第二十四电阻形成的第二串联支路的一端连接且所述第二串联支路的另一端连接所述第二电源端，所述运放器的输出端与所述故障检测芯片的第二输入端连接，所述运放器的第一电源端接地，所述运放器的第二电源端分别与所述第二电源端以及由所述第七电容和所述第八电容形成的第四并联支路的一端连接，所述第四并联支路的另一端接地；

所述第二十五电阻连接在所述第二十一电阻和所述第二十二电阻的第一连接节点与所述第二十三电阻和所述第二十四电阻的第二连接节点之间。

10.一种电能表，其特征在于，包括微控制单元MCU，以及如权利要求6-9任一项所述的RS485通信装置；所述MCU的第一输入端与所述RS485通信装置中的过压检测电路的第二输出端连接，所述MCU的第二输入端分别与所述RS485通信装置中的第三光耦隔离电路的数据接收端、数据发送端和收发使能端连接，所述MCU的第三输入端与所述RS485通信装置中的故障检测芯片的输出端连接，所述MCU的第四输入端与所述RS485通信装置中的信号监测电路内的检测芯片的RO端、DI端和CTR1A端连接。

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