CN216901648U - 一种应用于智能电能表的高速rs-485通信电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于智能电能表的高速RS‑485通信电路，解决了现有智能电能表上RS‑485电路支持波特率低，抗干扰能力薄弱，以及电路结构复杂，成本高的问题。电路包括485芯片、连接在485芯片和MCU之间的输入隔离电路、输出隔离电路，在输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端分别连接有控制信号收发的控制部分，在控制部分与输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端之间分别连接有充放电部分。本实用新型结构简单合理，与其他高速RS‑485通讯电路相比，降低了成本，仅通过电阻电容三极管即可完成通讯率的提高，且在后期维修方面更简单，更换物料的成本更低廉。

Description

一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路

技术领域：

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路。

背景技术：

随着智能电网的建设，国家电网及南方电网公司要求智能电能表产品中RS-485与外部设备通讯具有更高的速率，最高需要达到115200bps，目前智能电能表上的RS-485通讯电路为行业内较为成熟的模块电路，但是最高仅支持9600bps，无法满足国网最新技术规范的要求。目前也有通过改良的高速RS-485通讯电路，如容耦改进方案，但其在电路结构上比较复杂，成本也更高。

目前市面上智能电表上485通信电路通用方案为，光耦后端仅串联一个电阻后就直接接到MCU的Pin脚用以接收信号，这样的电路较为简单，抗干扰能力较为薄弱。

发明内容：

本实用新型主要解决了现有智能电能表上RS-485电路支持波特率低，抗干扰能力薄弱，以及电路结构复杂，成本高的问题，提供了一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，包括485芯片、连接在485芯片和MCU之间的输入隔离电路、输出隔离电路，在输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端分别连接有控制信号收发的控制部分，在控制部分与输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端之间分别连接有充放电部分。

作为上述方案的一种优选方案，所述的输入隔离电路输出端连接的控制部分，包括三极管Qr1、电阻Rr2、电阻Rr10，三极管Qr1集电极连接MCU的RXD端，三极管Qr1发射极接地，三极管Qr1基极连接充放电部分，电阻R10第一端连接三极管Qr1发射极，电阻R10第二端连接输入隔离电路输出端，电阻Rr2第一端连接三极管Qr1集电极，电阻Rr2第二端连接第一电源。第一电源为4V。

作为上述方案的一种优选方案，所述的控制部分与输入隔离电路输出端之间连接的充放电部分，包括电阻Rr9、电容Cr7，电阻Rr9第一端连接三极管Qr1基极，电阻Rr9第二端连接输入隔离电路输出端，电容Cr7并联在电阻Rr9上。

本方案对输入隔离电路进行了优化，电路信号控制由三极管Qr1完成，当三极管Qr1基极电压达到0.7V左右，三极管Qr1导通，485RXD1信号被拉低，完成高低电平的转换。但光依靠一个三极管还无法达到115200bps，通过在控制部分与输入隔离电路输出端之间连接充放电部分，当光耦导通时，往电容Cr7里面充电，由于电容Cr7容值很小，不会导致三极管延迟导通，当光耦关断时，电容Cr7里存的些许电量可以通过电阻Rr9泄放，略微抬高三极管Qr1基极的电压，当下次光耦再次导通时，三极管Qr1基极电压便不需要从零重新上升到0.7V，可以减少三极管Qr1导通过程的时间，从整体上来看，即可提高信号发送时间，从而提高允许最大波特率。经过实测，改良后电路满足对外波特率115200bps，且较通用方案来看，还增加了抗干扰能力，信号中的毛刺不会通过三极管Qr1对MCU信号接收造成干扰。

本实用新型结构简单合理，与其他高速RS-485通讯电路相比，降低了成本，仅通过电阻电容三极管即可完成通讯率的提高，且在后期维修方面更简单，更换物料的成本更低廉。

作为上述方案的一种优选方案，所述的输出隔离电路输出端连接的控制部分，包括三极管Qr2、电阻Rr4、电阻Rr13，三极管Qr2集电极连接485芯片输入端，三极管Qr2发射极连接公共接地端，三极管Qr2基极连接充放电部分，电阻Rr13第一端连接三极管Qr2发射极，电阻Rr13第二端连接输出隔离电路输出端，电阻Rr4第一端连接三极管Qr2集电极，电阻Rr4第二端连接第二电源。第二电源为V485。

作为上述方案的一种优选方案，所述的控制部分与输出隔离电路输出端之间连接的充放电部分，包括电阻Rr12、电容Cr8，电阻Rr12第一端连接三极管Qr2基极，电阻Rr12第二端连接输出隔离电路输出端，电容Cr8并联在电阻Rr12上。

作为上述方案的一种优选方案，电容Cr7的容值为104k。

作为上述方案的一种优选方案，电容Cr8的容值为104k。

本实用新型的优点：结构简单合理，与其他高速RS-485通讯电路相比，降低了成本，仅通过电阻电容三极管即可完成通讯率的提高，且在后期维修方面更简单，更换物料的成本更低廉。

附图说明

图1是本实用新型的一种电路结构示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

实施例：

本实施例一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，如图1所示，包括485芯片、连接在485芯片和MCU之间的输入隔离电路、输出隔离电路、信号控制部分，以及对外保护电路。在输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端分别连接有控制信号收发的控制部分，在控制部分与输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端之间分别连接有充放电部分。

具体的，输入隔离电路输出端连接的控制部分，包括三极管Qr1、电阻Rr2、电阻Rr10，三极管Qr1集电极连接MCU的RXD端，三极管Qr1发射极接地，三极管Qr1基极连接充放电部分，电阻R10第一端连接三极管Qr1发射极，电阻R10第二端连接输入隔离电路输出端，电阻Rr2第一端连接三极管Qr1集电极，电阻Rr2第二端连接第一电源，第一电源为4V。充放电部分包括电阻Rr9、电容Cr7，电阻Rr9第一端连接三极管Qr1基极，电阻Rr9第二端连接输入隔离电路输出端，电容Cr7并联在电阻Rr9上。电容Cr7的容值为104k。

输出隔离电路输出端连接的控制部分包括三极管Qr2、电阻Rr4、电阻Rr13，三极管Qr2集电极连接485芯片输入端，三极管Qr2发射极连接公共接地端，三极管Qr2基极连接充放电部分，电阻Rr13第一端连接三极管Qr2发射极，电阻Rr13第二端连接输出隔离电路输出端，电阻Rr4第一端连接三极管Qr2集电极，电阻Rr4第二端连接第二电源，第二电源为V485。充放电部分，包括电阻Rr12、电容Cr8，电阻Rr12第一端连接三极管Qr2基极，电阻Rr12第二端连接输出隔离电路输出端，电容Cr8并联在电阻Rr12上。电容Cr8的容值为104k。

以下以输入隔离电路优化后工作原理进行说明，图中485RXD1为MCU接收485信号，485TXD1为MCU发送485信号，R485-1为控制信号，由MCU发送，4V和V485分别为光耦隔离前后端的电源，AO1和BO1分别是485模块对外的接口。485芯片的型号为BL3085，也可使用性能参数接近的相似芯片来平替。

优化后输入隔离电路还包括电阻Rr2、Rr3、Rr9、Rr10，电容Cr7，三极管Qr1，电路信号控制由三极管Qr1来完成，当三极管Qr1基极电压达到0.7V左右，三极管Qr1导通，485RXD1信号被拉低，完成高低电平的转换。但光依靠一个三极管还无法达到115200bps，通过在控制部分与输入隔离电路输出端之间连接充放电部分，当光耦导通时，往电容Cr7里面充电，由于电容Cr7容值很小，不会导致三极管延迟导通，当光耦关断时，电容Cr7里存的些许电量可以通过电阻Rr9泄放，略微抬高三极管Qr1基极的电压，当下次光耦再次导通时，三极管Qr1基极电压便不需要从零重新上升到0.7V，可以减少三极管Qr1导通过程的时间，从整体上来看，即可提高信号发送时间，从而提高允许最大波特率。经过实测，改良后电路满足对外波特率115200bps，且较通用方案来看，还增加了抗干扰能力，信号中的毛刺不会通过三极管Qr1对MCU信号接收造成干扰。同理优化后的输入隔离电路部分与输出隔离电路部分工作原理基本相同。信号控制部分采用最简单可靠设计，且不会对通讯速率产生影响，仅用于MCU控制485芯片进行收发操作，485芯片与对外保护部分的电路与目前通用电路相同，在满足通讯速率的条件下，采用最成熟的电路，尽可能保证整个RS-485通讯电路稳定可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，包括485芯片、连接在485芯片和MCU之间的输入隔离电路、输出隔离电路，其特征在于：在输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端分别连接有控制信号收发的控制部分，在控制部分与输入隔离电路输出端、输出隔离电路输出端之间分别连接有充放电部分。

2.根据权利要求1所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是所述的输入隔离电路输出端连接的控制部分，包括三极管Qr1、电阻Rr2、电阻Rr10，三极管Qr1集电极连接MCU的RXD端，三极管Qr1发射极接地，三极管Qr1基极连接充放电部分，电阻R10第一端连接三极管Qr1发射极，电阻R10第二端连接输入隔离电路输出端，电阻Rr2第一端连接三极管Qr1集电极，电阻Rr2第二端连接第一电源。

3.根据权利要求2所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是所述的控制部分与输入隔离电路输出端之间连接的充放电部分，包括电阻Rr9、电容Cr7，电阻Rr9第一端连接三极管Qr1基极，电阻Rr9第二端连接输入隔离电路输出端，电容Cr7并联在电阻Rr9上。

4.根据权利要求1所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是所述的输出隔离电路输出端连接的控制部分，包括三极管Qr2、电阻Rr4、电阻Rr13，三极管Qr2集电极连接485芯片输入端，三极管Qr2发射极连接公共接地端，三极管Qr2基极连接充放电部分，电阻Rr13第一端连接三极管Qr2发射极，电阻Rr13第二端连接输出隔离电路输出端，电阻Rr4第一端连接三极管Qr2集电极，电阻Rr4第二端连接第二电源。

5.根据权利要求4所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是所述的控制部分与输出隔离电路输出端之间连接的充放电部分，包括电阻Rr12、电容Cr8，电阻Rr12第一端连接三极管Qr2基极，电阻Rr12第二端连接输出隔离电路输出端，电容Cr8并联在电阻Rr12上。

6.根据权利要求3所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是电容Cr7的容值为104k。

7.根据权利要求5所述的一种应用于智能电能表的高速RS-485通信电路，其特征是电容Cr8的容值为104k。

Images