CN203350391U - 基于电能表通信规约rs-485接口极性检测系统 - Google Patents

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胡鹏飞
袁玉湘
姜学平
于坤山
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State Grid Information and Telecommunication Co Ltd
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HENAN ELECTRIC POWER Co
State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本实用新型涉及一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，所述系统包括反相器、接收器单元、发送器单元和极性检测单元；极性检测单元包括时钟电路、极性检测电路和移位寄存器；所述发送器单元信号输入管脚与反相器相连，所述接收器单元信号输入管脚与另一反相器相连。本实用新型RS-485模块的组网时A、B极性可任意更改；采用只在集中器或采集器上加上下拉电阻，使组网简单可靠。

Description

基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统
技术领域
本实用新型涉及一种电气装置，具体讲涉及一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统。
背景技术
在电力行业，一般采用多功能电能表通讯规约(DL/T645-1997)作为电表的远程控制通讯协议。
RS-485是一种接口标准，它具有如下特点使其成为首选串行接口标准：
1)RS-485接口电平低，不易损坏接口电路的芯片，且该电平平TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
2)RS-485接口的数据最高传输速率为10Mbps。
3)RS-485接口的最大通信距离为4000英尺(约1219米)。
4)RS-485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
5)RS-485接口在总线上可以支持256个节点，最大的可支持到400个节点。
RS-485接口应用在点对点、点对多点通讯领域，例如工业控制自动化、道路交通控制自动化、智能卡、考勤、门禁、工业集散分布系统、闭路监控、安防系统、POS系统、楼宇自控系统、自助银行系统等。
RS-485通讯使用的典型接口芯片有SIPEX公司的SP485R系列。SP485E芯片的管脚定义如图1所示，其中，
RO：为接收器输出信号；
RE：为接收器使能信号，逻辑‘0’时芯片处于接收状态，接收器开始接收数据，将A、B两个引脚输入的差分信号进行放大和判断后，从RO引脚输出，判断的标准是A、B间的差分信号小于-200mV时，输出逻辑为‘0’；A、B间的差分信号大于200mV时，输出逻辑为‘1’；
DE:为发送器使能信号，逻辑‘1’时芯片处于发送状态，发送器开始发送数据，将“DI”引脚输入的信号经过平衡驱动器处理后，从A、B两个引脚输出差分信号；
DI：为发送器输入信号；
GND:地；
A/B:差分信号引脚，当RE和DE都为‘0’时，作为接收器的输入引脚；当RE和DE都为‘1’时，作为平衡驱动器的输出引脚；
VCC:电源
该芯片的通讯组网电路图如图2所示，图中RS-485模块间通过双绞线相连，RS-485模块和MCU(单片机)之间有三根信号线交互，分别是RO、DE和DI，其中DE与RE相连，DE是高电平有效，RE是低电平有效，实现了RS-485半双工控制。主机RS-485接上拉电阻R1和下拉电阻R2，其他从机RS-485不接上下拉电阻，当RS-485处于接收状态时，A、B间为高阻态，该上下拉电阻将A、B间的差分电压保持A>B的状态，避免了A、B间差分信号不确定的状态。另外，在远距离传输时，需要在主机和最远从机的差分信号线间接终端匹配电阻Re。
从RS-485模块定义可知，该模块中A、B差分传输线是固定的、不可交换的，DI的输入信号经过平衡驱动器A端进行同相输出、B端为反相输出。如果在RS-485模块中A、B的极性接反，则该模块失去通讯功能，既不能正确接收其他模块发送来的数据，也不能正确发送给其他模块数据，这种RS-485通讯模块称为有极性RS-485模块。
有极性RS-485模块在组网过程中，必须按照信号线A、B的连接要求，正确连接信号线A、B的极性，这就降低了组网效率，增加了安装成本。而在实际工程中RS-485模块互连时很容易接反，给网络调试和后期的维护带来很大的不便，影响网络的稳定和整体性能，因此需要开发一种无极性RS-485模块以满足要求。
目前，对此有二种处理的方法：
第一种方案：在RS-485模块内部安装两套RS-485芯片和外围电路，这两套电路定义信号线A、B完全相反，并且在一个时刻仅使用其中一套，另一套为关闭状态。当MCU发现在较长一段时间内未与任何其他模块发生通讯，则切换到另一套电路从而恢复正常通讯。这一方案有两点不足：
1)需要两套RS-485芯片和外围电路，大大增加芯片、元器件和PCB板的成本，并且占用较大的面积；
2)要求MCU参与极性的判断和控制，占用MCU的资源。
第二种方案：若MCU发现RS-485模块在较长一段时间内都未与其他模块进行成功通讯，则将RO、DI两个信号引脚反相，即把逻辑‘0’转换为‘1’，‘1’转换为‘0’。RO引脚信号反相解决接收不成功的问题，DI引脚的信号反相解决发送不成功的问题。这一方案有两点不足：
1)容易引起误判，可靠性不高；
2)要求MCU参与极性判断和控制，需占用MCU的资源。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于多功能电能表通信规约的RS-485接口极性系统，利用本实用新型提供的基于多功能电能表规约的RS‐485通讯接口极性检测装置可自动检测并切换A、B信号线极性，从而在不增加成本、不改变性能指标的情况下实现了无极性RS‐485系统的要求。解决现有极性检测方法过于复杂、极性容易接反的问题。
本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，所述系统包括反相器、接收器单元、发送器单元、极性检测单元；极性检测单元包括时钟电路、极性检测电路和移位寄存器；
所述发送器单元信号输入管脚与反相器相连，所述接收器单元信号输入管脚与另一反相器相连。
所述移位寄存器与接收器相连接。
优选的，所述RS-485接收器接收到A、B间的差分信号储存在移位寄存器中。
优选的，所述时钟电路、极性检测电路和移位寄存器依次连接。
优选的，所述反相器与对应电磁继电器开关始终保持反相状态。
优选的，采用电磁继电器切换开关。
优选的，初始状态，电磁继电器S1吸合P1、电磁继电器S2吸合P1；当连接正确时，电磁继电器吸合状态不变；和
当判断连接反相，相应的电压对电磁继电器产生作用，使电磁继电器S1吸合P2、电磁继电器S2吸合P2；
所述接收器的反相器有效，接收器接收的数据反相；发送器的反相器有效，发送器接收的数据反相。
与现有技术比，本实用新型的有益效果为：
本实用新型的RS-485通讯接口可自动检测A、B信号线极性，并依据极性检测状态自动进行切换，在不增加成本、不改变性能指标的情况下实现了无极性RS-485系统的要求。
(1)RS-485模块的组网时A、B极性可任意更改。
(2)采用只在集中器或采集器上加上下拉电阻，使组网简单可靠。
(3)无极性RS-485使电能表通信组网更方便。
(4)无极性RS-485组网时对工程施工和后期维护都很方便。
实现简单可靠。
附图说明
图1为本实用新型提供的SIPEX公司的SP485R芯片的管脚示意图。
图2为本实用新型提供的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统示意图。
图3为本实用新型提供的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实用新型的基于多功能电能表公约的通讯接口极性检测装置应用于RS-485通讯接口，该RS-485接口极性检测系统包括一接收器单元、一发送器单元和一极性检测单元，极性检测单元包括一个时钟电路和一个极性检测电路，该极性检测电路利用时钟电路提供的时钟对接收器单元接收到的帧头信号进行8位移位寄存器锁存，根据移位寄存器的数据对RS-485通讯接口极性做出判断。
通过极性检测电路对接收器单元接收到的进行8位移位寄存器锁存，当该寄存器的信号为0x68时，则判断RS-485通讯接口极性正确；当信号为0x97时，则判断RS-485通讯接口极性反接；当信号不为0x68或0x97时，则维持当前的极性状态。
发送器信号输入管脚接有一个反相器，同时有一切换开关可以切换该反相器，该切换开关与极性检测电路连接并受其控制，切换开关采用电磁继电器实现。初始状态时，电磁继电器S1吸合P1、电磁继电器S2吸合P1，反相器无效；若RS-485通讯接口极性正确，电磁继电器吸合状态不变，即电磁继电器S1吸合P1、电磁继电器S2吸合P1；若RS-485通讯接口极性错误，相应的电压对电磁继电器产生作用，使电磁继电器S1吸合P2、电磁继电器S2吸合P2，反相器有效；所述接收器的反相器有效，接收器接收的数据反相；发送器的反相器有效，发送器接收的数据反相。
接收器信号输出管脚接有一个反相器，同时有一切换开关可以切换该反相器，该切换开关与极性检测电路连接并受其控制，若RS-485通讯接口极性正确，则切换开关状态不变，反相器无效，若RS-485通讯接口极性错误，则切换开关改变切换状态，反相器有效，接收送接收的信号经过反相器后反相。
实施例
如图3所示，本实用新型提供的极性检测流程为：
1、当RS-485接口通讯时，依据多功能电能表规约(DL/645-1997)的要求，通讯时首先要传输前导字节0xfe和帧头0x68，然后再传送地址位、数据位等。
2、如果采用前导字节0xfe判断，则误判的机率较大，因此采用帧头0x68判断，即将RS-485接收器接收到A、B间的差分信号储存在一个8位移位寄存器中，在时钟下降沿对寄存器中的数据进行判断，如果寄存器的数据为0x68，则说明极性检测正确；如果寄存器的数据为0x79，则说明极性检测错误；如果寄存器中的数据不是0x68或0x97，则说明数据还未进行传输，此时维持极性状态不变。
3、当判断极性检测正确或维持极性状态时，接收器的切换开关保持电磁继电器S2吸合P1状态，此时接收器的反相器无效，接收器接收的数据正相；同时发送器的切换开关保持电磁继电器S1吸合P1状态，此时发送器的反相器无效，发送器发送的数据正相。
4、当判断极性检测错误时，接收器的切换开关切换为磁继电器S2吸合P2状态，此时接收器的反相器有效，接收器接收的数据反相；同时发送器的切换开关切换为磁继电器S1吸合P2状态，此时发送器的反相器有效，发送器发送的数据反相，达到极性自动切换的目的。
由上所述，实施本实用新型的RS-485通讯接口可自动检测A、B信号线极性，并依据极性检测状态自动进行切换，在不增加成本、不改变性能指标的情况下实现了无极性RS-485系统的要求，允许现场工作人员在RS-485组网的时候任意连接A、B信号线且仍可正常工作。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，所述系统包括反相器、接收器单元、发送器单元、极性检测单元；极性检测单元包括时钟电路、极性检测电路和移位寄存器；
所述发送器单元信号输入管脚与反相器相连，所述接收器单元信号输入管脚与另一反相器相连。
所述移位寄存器与接收器相连接。
2.如权利要求1所述的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，所述RS-485接收器接收到A、B间的差分信号储存在移位寄存器中。
3.如权利要求1所述的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，所述时钟电路、极性检测电路和移位寄存器依次连接。
4.如权利要求1所述的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，所述反相器与对应电磁继电器开关始终保持反相状态。
5.如权利要求1所述的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，采用电磁继电器切换开关。
6.如权利要求1所述的一种基于电能表通信规约RS-485接口极性检测系统，其特征在于，初始状态，电磁继电器S1吸合P1、电磁继电器S2吸合P1；当连接正确时，电磁继电器吸合状态不变；和
当判断连接反相，相应的电压对电磁继电器产生作用，使电磁继电器S1吸合P2、电磁继电器S2吸合P2；
所述接收器的反相器有效，接收器接收的数据反相；发送器的反相器有效，发送器接收的数据反相。
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