CN208092097U

CN208092097U - 新型p1口通信电路及其制成的电能表

Info

Publication number: CN208092097U
Application number: CN201820510359.7U
Authority: CN
Inventors: 王宝; 李军; 周弼; 吕新伟
Original assignee: Wasion Group Co Ltd
Current assignee: Wasion Group Co Ltd
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2018-11-13
Anticipated expiration: 2028-04-11

Abstract

实用新型公开了一种新型P1口通信电路，包括电源模块、接口、数据请求电路和数据发送电路；电源模块供电；数据请求电路的输入端连接接口，输出端连接数据请求引脚，用于从接口获取数据请求驱动信号并传递给数据请求引脚；数据发送电路的输入端连接数据发送端口，输出端连接接口，用于根据数据请求引脚获取的数据请求驱动信号将数据通过数据发送电路输出至接口。本实用新型还公开了包括所述新型P1口通信电路的电能表。本实用新型通过新型P1口通信电路实现了符合DSMR5.0标准的通信接口电路，而且电路均采用非编程的电路器件构成，因此硬件可靠性极高，而且电路简单可靠，成本低廉。

Description

新型P1口通信电路及其制成的电能表

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型P1口通信电路及其制成的电能表。

背景技术

随着经济技术的发展，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。电能表作为电力系统中的重要组成部分，其重要性不言而喻。

P1口是DSMR5.0标准规定的、用于用户终端设备(比如户内显示模块，该户内显示模块安装在用户户内，用于通过P1口与带有P1口的电能表通信并实时显示电能表运行数据)与电能表之间通信的通信端口。P1口的接口类型为RJ11，其结构如图1所示；电表端为母头连接器(图1中左侧)，用户终端为公头连接器(图1中右侧)。连接头的接口定义如下表1所示：

表1连接器接口定义示意表

引脚	信号名称	信号描述	备注
				1	+5V	+5V电源供电	电源供电线
2	数据请求	数据请求	数据请求输入信号
				3	数据地	数据地
4	保留	不连接
				5	数据	数据线	输出，集电极开路
6	电源地	电源地	供电线参考地

但是，目前针对P1口通信的通信电路，其成本较高，而且可靠性较差，已经不再适用于现有电网对于电能表及其附属设备的高可靠性要求。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种可靠性高且成本低廉的新型P1口通信电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括了所述新型P1口通信电路的电能表。

本实用新型提供的这种新型P1口通信电路，包括电源模块、接口、数据请求电路和数据发送电路；电源模块用于给新型P1口通信电路供电；数据请求电路的输入端连接接口，数据请求电路的输出端连接数据请求引脚，数据请求电路用于从接口获取数据请求的驱动信号并传递给数据请求引脚；数据发送电路的输入端连接数据发送端口，数据发送电路的输出端连接接口，数据发送电路用于根据数据请求引脚获取的数据请求的驱动信号，将数据通过数据发送电路输出至接口。

所述的电源模块包括通信供电电路和对外短路保护电路；通信供电电路用于对所述新型P1口通信电路供电；对外短路保护电路的输出端连接接口，用于通过接口对外提供供电电能，并同时防止外部用电设备短路时对所述新型P1口通信电路造成损害。

所述的数据请求电路包括数据请求限流电阻、数据请求隔离光耦、数据请求上拉电阻和数据请求保护二极管；数据请求引脚从接口获取外部的数据请求的驱动信号；数据请求引脚通过串接的数据请求限流电阻连接到数据请求隔离光耦的输入端正极，数据请求隔离光耦的输入端负极直接接地；数据请求隔离光耦的输出端一端直接接地，数据请求隔离光耦的输出端另一端为信号接收引脚，同时还引脚还通过数据请求上拉电阻连接电源信号。

所述的数据发送电路包括数据发送输入开关管限流电阻，数据发送输入开关管、数据发送隔离光耦限流电阻、数据发送隔离光耦、数据发送输出开关管、数据发送输出限流电阻和数据发送输出滤波电容；数据发送引脚通过数据发送输入开关管限流电阻连接数据发送输入开关管的控制端；数据发送输入开关管的动作端一端直接连接电源信号，数据发送输入开关管的动作端另一端通过数据发送隔离光耦限流电阻连接到数据发送隔离光耦的输入端一端，数据发送隔离光耦的输入端另一端直接接地；数据发送隔离光耦的输出端的第一端为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的集电极，其直接连接数据发送输出开关管的控制端；数据发送隔离光耦的输出端的第二端为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的发射极，其直接连接地信号；数据发送隔离光耦的输出端的第三端连接数据发送隔离光耦内的二极管的阴极，数据发送隔离光耦的输出端的第三端连接数据发送隔离光耦内的二极管的阳极连接数据发送隔离光耦副边光敏三极管的基级；数据发送隔离光耦的输出端的第三端还直接连接数据发送电路的信号接收引脚；数据发送隔离光耦的输出端的第一端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出限流电阻；数据发送隔离光耦的输出端的第二端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出滤波电容；数据发送输出开关管的动作端一端接地，数据发送输出开关管的动作端另一端则直接作为数据请求电路的输出端并直接连接接口。

所述的通信供电电路为采用型号为MP2315的电源芯片构成的通信供电电路。

所述的对外短路保护电路为采用型号为TPS2553的短路保护芯片构成的对外短路保护电路。

本实用新型还提供了一种电能表，该电能表包括了所述的新型P1口通信电路。

本实用新型提供的这种新型P1口通信电路及其电能表，通过新型P1口通信电路实现了符合DSMR5.0标准的通信接口电路，而且电路均采用非编程的电路器件构成，因此硬件可靠性极高，而且电路简单可靠，成本低廉。

附图说明

图1为RJ11接口的示意图。

图2为本实用新型的新型P1口通信电路的功能模块图。

图3为本实用新型的新型P1口通信电路的电路原理示意图。

图4为本实用新型的新型P1口通信电路的通信供电电路的电路原理示意图。

图5为本实用新型的新型P1口通信电路的对外短路保护电路的电路原理示意图。

图6为本实用新型的新型P1口通信电路的波形示意图。

具体实施方式

如图2所示为本实用新型的新型P1口通信电路的功能模块图：本实用新型提供的这种新型P1口通信电路，包括电源模块、接口、数据请求电路和数据发送电路；电源模块用于给新型P1口通信电路供电；数据请求电路的输入端连接接口，数据请求电路的输出端连接数据请求引脚，数据请求电路用于从接口获取数据请求的驱动信号并传递给数据请求引脚；数据发送电路的输入端连接数据发送端口，数据发送电路的输出端连接接口，数据发送电路用于根据数据请求引脚获取的数据请求的驱动信号，将数据通过数据发送电路输出至接口。

如图3所示为本实用新型的新型P1口通信电路的电路原理示意图：该电路符合DSMR5.0(DUTCH SMART METER REQUIREMENTS)标准。

图中，数据请求电路包括数据请求限流电阻R230、数据请求隔离光耦U30、数据请求上拉电阻R228和数据请求保护二极管TVS4；数据请求引脚(图中标示P1_REQ)从接口获取外部的数据请求的驱动信号；数据请求引脚通过串接的数据请求限流电阻连接到数据请求隔离光耦的输入端正极(光耦1脚)，数据请求隔离光耦的输入端负极直接接地(图中标示DATA_GND)；数据请求隔离光耦的输出端一端直接接地，数据请求隔离光耦的输出端另一端为信号接收引脚，同时还引脚还通过数据请求上拉电阻连接电源信号(图中标示V3P3SYS)。

所述的数据发送电路包括数据发送输入开关管限流电阻R240，数据发送输入开关管Q21、数据发送隔离光耦限流电阻R237、数据发送隔离光耦U31、数据发送输出开关管Q25、数据发送输出限流电阻R233和数据发送输出滤波电容C29；数据发送引脚(图中标示P1_DATA_MCU)通过数据发送输入开关管限流电阻连接数据发送输入开关管的控制端；数据发送输入开关管的动作端一端直接连接电源信号(图中标示V3P3SYS)，数据发送输入开关管的动作端另一端通过数据发送隔离光耦限流电阻连接到数据发送隔离光耦的输入端一端(U31的1脚)，数据发送隔离光耦的输入端另一端直接接地；数据发送隔离光耦的输出端的第一端(U31的5脚)为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的集电极，其直接连接数据发送输出开关管的控制端；数据发送隔离光耦的输出端的第二端(U31的4脚)为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的发射极，其直接连接地信号；数据发送隔离光耦的输出端的第三端(U31的6脚)连接数据发送隔离光耦内的二极管的阴极，数据发送隔离光耦的输出端的第三端连接数据发送隔离光耦内的二极管的阳极连接数据发送隔离光耦副边光敏三极管的基级；数据发送隔离光耦的输出端的第三端还直接连接数据发送电路的信号接收引脚；数据发送隔离光耦的输出端的第一端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出限流电阻；数据发送隔离光耦的输出端的第二端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出滤波电容；数据发送输出开关管的动作端一端接地，数据发送输出开关管的动作端另一端则直接作为数据请求电路的输出端并直接连接接口。

图中，P1_REQ_MCU和P1_REQ_MCU连接控制器MCU(若该新型P1口通信电路用于电能表，则控制器则为电能表的控制器)；U30的型号为TLP785，当P1_REQ为高电平时，表示接口所连接的用户终端设备有数据请求指令。此时光耦导通，P1_REQ_MCU被拉到低电平。MCU响应这个低电平，并在低电平持续时间内通过P1_DATA_MCU通过RJ11端口持续向用户终端设备以115200bps速度传输数据。当P1_REQ_MCU低电平状态结束时，P1_DATA_MCU停止向外界发送数据。以上通信控制方案来自DSMR5.0标准要求。图中R230＝510Ω，R223＝270Ω，TVS4选择SMBJ6.0CA用于做过压保护

高速光耦U31的型号为PS8302L，在额定I_F为16mA时最大上升沿和下降沿时间为0.8uS。当P1_DATA_MCU发送低电平时U31导通，Q25基极为低电平截止，P1_DATA处于集电极开路模式。集电极开路模式的数字电平逻辑要配合用户终端设备(即连接到接口的设备)才能够实现，因为用户终端设备接入P1口电路时，P1_DATA口线在终端设备内部是通过电路上拉到电源的，所以当Q25截止时实际用户终端设备接收到的P1_DATA状态是高电平。

当P1_DATA_MCU发送高电平时U31截止，Q25基极为高电平导通，P1_DATA被拉到地，为低电平；从而满足数据输出高必须以集电极开路模式设计、数据信号必须是逻辑取反的功能的要求。

V3P3SYS＝3.3V。电路中R237＝100Ω，此时I_F＝(3.3-VCE-VF)/100＝(3.3V-0.3V-1.5V)/100Ω＝15mA，接近额定电路至16mA。R233＝2KΩ，用于保证Q25的导通和截止电压。实际通信时波形如图6所示，按照115200bps速率计算数据传输的位时间为8.6uS。实际传输数据上升沿时间1.2uS,下降沿时间1uS，低电平287mV。满足设计指标要求。

如图4所示为本实用新型的新型P1口通信电路的通信供电电路的电路原理示意图：通信供电电路用于对所述新型P1口通信电路供电；该电路采用开关电源方案设计，变压器T1采用TDK-EP20骨架，9、10脚为变压器副回路输出，且与变压器其他回路是电气隔离的，可以承受4kV交流耐压与8kV脉冲耐压。输出电压设计为12V。配置电解电容C67、C90容值均为470uF，对开关电源输出起到滤波作用同时满足后续P1口电路对于冲击电流的要求。

变压器副边输出的12V电源信号，通过由型号为MP2315的电源芯片构成的通信供电电路，将12V电能转换为通信电路的供电电源并对外供电。电源芯片的1脚直接通过电阻R43下拉至低电平，芯片的7脚则通过滤波电容C28接地，芯片的6脚为使能信号引脚，其通过上拉电阻R25直接上拉到高电平；芯片的2脚为输入信号引脚，通过滤波电感L15连接变压器输出的12V电源信号；芯片的5脚通过电容C8和电阻R18直接连接3脚；芯片的8脚为反馈引脚，其通过输出电压采样电路(电阻R21、R45和R44)对输出电压信号进行采用并反馈至芯片内部；芯片的3脚为输出引脚，其输出的电源信号通过电感L1滤波后，再次通过电容C12和C27滤波后输出最终的供电信号V_485。

如图5所示为本实用新型的新型P1口通信电路的对外短路保护电路的电路原理示意图：对外短路保护电路为采用型号为TPS2553的短路保护芯片构成的对外短路保护电路；该电路用于通过P1口通信电路的接口对外提供5V电源，同时又能够在外部用电设备短路时进行短路保护，从而避免P1口通信电路的内部电路受到短路电流的冲击。图中可以看到，芯片的1脚为电源输入引脚，用于获取输入的电源信号并转换为5V电源输出信号；芯片的2脚直接接地，芯片的3脚为使能引脚，其直接与4脚短接，同时也通过上拉电阻R50连接电源信号；芯片的5脚通过下拉电阻R52接地，而芯片的6脚则为输出引脚，其输出+5V电源信号，并通过滤波电容C35和C27接地滤波；此外，芯片输出的+5V电源信号还通过TVS管TVS5接地进行保护。

本申请提供的这种新型P1口通信电路，可用于其他任何需要进行数据通信的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

Claims

1.一种新型P1口通信电路，其特征在于包括电源模块、接口、数据请求电路和数据发送电路；电源模块用于给新型P1口通信电路供电；数据请求电路的输入端连接接口，数据请求电路的输出端连接数据请求引脚，数据请求电路用于从接口获取数据请求的驱动信号并传递给数据请求引脚；数据发送电路的输入端连接数据发送端口，数据发送电路的输出端连接接口，数据发送电路用于根据数据请求引脚获取的数据请求的驱动信号，将数据通过数据发送电路输出至接口。

2.根据权利要求1所述的新型P1口通信电路，其特征在于所述的电源模块包括通信供电电路和对外短路保护电路；通信供电电路用于对所述新型P1口通信电路供电；对外短路保护电路的输出端连接接口，用于通过接口对外提供供电电能，并同时防止外部用电设备短路时对所述新型P1口通信电路造成损害。

3.根据权利要求1或2所述的新型P1口通信电路，其特征在于所述的数据请求电路包括数据请求限流电阻、数据请求隔离光耦、数据请求上拉电阻和数据请求保护二极管；数据请求引脚从接口获取外部的数据请求的驱动信号；数据请求引脚通过串接的数据请求限流电阻连接到数据请求隔离光耦的输入端正极，数据请求隔离光耦的输入端负极直接接地；数据请求隔离光耦的输出端一端直接接地，数据请求隔离光耦的输出端另一端为信号接收引脚，同时还引脚还通过数据请求上拉电阻连接电源信号。

4.根据权利要求3所述的新型P1口通信电路，其特征在于所述的数据发送电路包括数据发送输入开关管限流电阻，数据发送输入开关管、数据发送隔离光耦限流电阻、数据发送隔离光耦、数据发送输出开关管、数据发送输出限流电阻和数据发送输出滤波电容；数据发送引脚通过数据发送输入开关管限流电阻连接数据发送输入开关管的控制端；数据发送输入开关管的动作端一端直接连接电源信号，数据发送输入开关管的动作端另一端通过数据发送隔离光耦限流电阻连接到数据发送隔离光耦的输入端一端，数据发送隔离光耦的输入端另一端直接接地；数据发送隔离光耦的输出端的第一端为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的集电极，其直接连接数据发送输出开关管的控制端；数据发送隔离光耦的输出端的第二端为数据发送隔离光耦副边光敏三极管的发射极，其直接连接地信号；数据发送隔离光耦的输出端的第三端连接数据发送隔离光耦内的二极管的阴极，数据发送隔离光耦的输出端的第三端连接数据发送隔离光耦内的二极管的阳极连接数据发送隔离光耦副边光敏三极管的基级；数据发送隔离光耦的输出端的第三端还直接连接数据发送电路的信号接收引脚；数据发送隔离光耦的输出端的第一端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出限流电阻；数据发送隔离光耦的输出端的第二端和数据发送隔离光耦的输出端的第三端之间还并接有数据发送输出滤波电容；数据发送输出开关管的动作端一端接地，数据发送输出开关管的动作端另一端则直接作为数据请求电路的输出端并直接连接接口。

5.根据权利要求2所述的新型P1口通信电路，其特征在于所述的通信供电电路为采用型号为MP2315的电源芯片构成的通信供电电路。

6.根据权利要求2所述的新型P1口通信电路，其特征在于所述的对外短路保护电路为采用型号为TPS2553的短路保护芯片构成的对外短路保护电路。

7.一种电能表，其特征在于包括权利要求1～6之一所述的新型P1口通信电路。