CN219065600U - Rs485电路和电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种RS485电路和电能表，涉及电能表RS485设计的技术领域，包括RS485芯片、加速模块和光耦；RS485芯片的发送端线路和接收端线路上分别设置有光耦，RS485芯片的发送端线路和接收端线路上还分别设置有加速模块，加速模块与光耦相连接；加速模块用于通过发送端和接收端加速触发单片机和RS485芯片的数据传输，缓解了电能表大数据集抄过程中高通信速率存在的成本较高的技术问题。

Description

RS485电路和电能表

技术领域

本实用新型涉及电能表RS485设计的技术领域，尤其是涉及一种RS485电路和电能表。

背景技术

RS485是近距离传输数据信息的较为成熟的串行接口，通常要求为通信距离几十米至上千米时，广泛采用RS485接口。在计量产品中，用RS485构成的总线网络系统，采用主从方式进行多机通信。

近年来，国内电能表更新换代较为频繁，特别是IR46标准的电能表有更加强大功能和更庞大的数据量，所以在通信集抄方面就需要我们的电能表能有更快的通信速度，能够抄读更多的数据内容。

目前为了满足上述要求，电能表RS485设计主流方案是三光耦隔离通信技术，由于受限于光耦的导通和关断延迟，通信速率最大只能达到9600bps。若采用更高速率的通信隔离器件，如高速光耦或者容隔，将会带来不小的成本压力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种RS485电路和电能表，以缓解了电能表大数据集抄过程中高通信速率存在的成本较高的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种RS485电路，包括：RS485芯片、加速模块和光耦；所述RS485芯片的发送端线路和接收端线路上分别设置有所述光耦，所述RS485芯片的发送端线路和接收端线路上还分别设置有所述加速模块，所述加速模块与所述光耦相连接；

所述加速模块用于通过所述发送端和所述接收端加速触发单片机和所述RS485芯片的数据传输。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，当所述RS485芯片的总线接收到第一差分信号时，所述RS485芯片发出第一电平，所述加速模块触发所述接收端将第二电平发送给所述单片机。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当所述单片机发送给所述RS485芯片发出第三电平时，所述加速模块触发所述发送端将第四电平发送给所述RS485芯片，所述RS485芯片的总线接收到第二差分信号。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述加速模块包括三极管、电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻的一端连接电源和所述光耦，所述第一电阻的另一端连接所述接收端和所述三极管的集电极，所述三极管的发射极与所述第二电阻的一端共同接地，所述三极管的基极分别与所述电容的一端和所述第三电阻的一端相连接，所述电容的另一端、所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端分别与所述光耦相连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当所述RS485芯片发出高电平时，所述光耦截止，所述三极管截止，所述电容两端电压为零，所述接收端为高电平。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，当所述RS485芯片发出低电平时，所述光耦导通，所述三极管导通，所述电容两端电压为脉冲电平电压，所述接收端为低电平。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，当所述发送端发出高电平时，所述光耦截止，所述三极管截止，所述电容两端电压为零，所述RS485芯片接收高电平。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，当所述发送端发出低电平时，所述光耦导通，所述三极管导通，所述电容两端电压为脉冲电平电压，所述RS485芯片接收低电平。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括控制端，所述控制端用于控制所述RS485芯片的接收和发送。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种电能表，包括电能表主体，还包括如上所述的RS485电路。

本实用新型实施例带来了一种RS485电路和电能表，通过接收端和发送端的对应线路上，分别设置于光耦相连接的加速模块，使得RS485芯片与单片机之间的数据传输得以加速触发，进而保证电能表集抄过程中的高通信速率。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种RS485电路结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种RS485电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供的一种光耦导通延时图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

目前一般的三光耦电路485波特率为9600bps，理论上信号脉宽为104us，在一些实施例中，UART通讯可选取理论脉宽的中心点，即52us，因此光耦最大延时必须小于理论脉宽与该理论脉宽的中心点的差值，即104-52＝52us，在留部分余量计算安全系数的情况下，则要求在全温度范围内光耦的Ton和Toff在40us以内。

如图3所示，实际光耦延时全温度(-40～85℃)一般在20us～50us之间。而且，目前通信芯片高电平一般要求0.7VCC以上，低电平0.3VCC以下，比光耦10％-90％的要求更加严格，所以现有技术方案只能满足9600bps波特率通信，并不能满足当前的电能表抄表传输需求。

基于此，本实用新型实施例提供的一种RS485电路和电能表，以缓解了电能表大数据集抄过程中高通信速率存在的成本较高的技术问题。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种RS485电路结构框图。

参照图1，RS485电路包括：RS485芯片、加速模块和光耦；该RS485芯片的发送端线路和接收端线路上分别设置有该光耦，该RS485芯片的发送端线路和接收端线路上还分别设置有该加速模块，该加速模块与该光耦相连接；

该加速模块用于通过该发送端和该接收端加速触发单片机和该RS485芯片的数据传输。

在实际应用的优选实施例中，通过接收端和发送端的对应线路上，分别设置于光耦相连接的加速模块，使得RS485芯片与单片机之间的数据传输得以加速触发，进而保证电能表集抄过程中的高通信速率。

在一些实施例中，还包括控制端用于控制该RS485芯片的接收和发送。参照图2所示，485芯片控制接口CTRL485由于只是作为RS485接受和发生控制作用，速度较慢，无需加速设计。

在一些实施例中，如图2所示，该加速模块包括三极管、电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；该第一电阻的一端连接电源和该光耦，该第一电阻的另一端连接该接收端和该三极管的集电极，该三极管的发射极与该第二电阻的一端共同接地，该三极管的基极分别与该电容的一端和该第三电阻的一端相连接，该电容的另一端、该第三电阻的另一端与该第二电阻的另一端分别与该光耦相连接。

需要说明的是，当三极管作为开关管使用时，只要保证在饱和导通区，一般延时只有几十ns。通过上述三极管加速方案我们把原先需要达到0.7VCC以上才能保证为高电平的区间，直接降低到三极管的饱和导通压降0.6V-0.7V。原先需要达到0.3VCC以下才能保证低电平，现在直接快速转变成三极管基极的负电压，快速截止，从而大大降低Ton和Toff的延时时间，达到115200bps通信速率的要求。

在一些实施例中，对于接收端RXD485来说，当该RS485芯片的总线A和B上接收到第一差分信号时，内部转化为TTL信号，该RS485芯片发出第一电平，该加速模块基于该第一电平加速触发该接收端将第二电平发送给该单片机。

示例性地，当该RS485芯片的发送引脚RO发出高电平时，该光耦Erl截止，该三极管Drl截止，该电容Crl两端电压为零，该接收端为高电平“1”。当该RS485芯片的发送引脚RO发出低电平时，该光耦Erl导通，由于电容电压不能突变，需继续保持零，晶体管基极B电压突变到高电平(三极管导通0.7V)，使三极管Drl迅速导通，单片机接收端迅速变为“0”；当电容被充电到脉冲电平电压，进入到稳态，电容电压为脉冲电平电压，即该电容两端电压为脉冲电平电压，该接收端为低电平。

在前述实施例的基础上，当RS485芯片发送引脚RO发出高电平时，光耦Erl再次截止，由于电容Crl电压不能突变，需继续保持脉冲电平电压，因此，三极管的基极电压从零(实际为be压降)跳变到负的脉冲电平电压，三极管迅速从饱和状态转到截至状态，单片机的接收端的电平又迅速变为高电平“1”；此后，电容通过第三电阻Rr9放电，达到稳态时，电容两端电压为零。第二电阻Rr10为三极管内部的结电容Cbe提供释放回路。

在实际应用过程中，重复以上过程，即可实现RS485芯片与单片机的数据发送。

在另一些实施例中，单片机的发送端与RS485芯片的数据交互，与前述接收端的加速通信传输的原理一致；当该单片机发送给该RS485芯片发出第三电平时，该加速模块触发该发送端将第四电平发送给该RS485芯片，该RS485芯片的总线接收到第二差分信号。

示例性地，当该发送端发出高电平时，该光耦截止，该三极管截止，该电容两端电压为零，该RS485芯片接收高电平。当该发送端发出低电平时，该光耦导通，该三极管导通，该电容两端电压为脉冲电平电压，该RS485芯片接收低电平。

作为一种可选的实施例，如图2所示，该控制端包括第四电阻Rr6、第五电阻Rr7、三极管Dr2和电容Cr2；第五电阻Rr7的一端与单片机发送端TXD485的电阻Rr5的一端和三极管Dr3的集电极相连接，第五电阻Rr7的另一端与三极管Dr2的基极相连接，三极管Dr2的发射极连接Text信号，三极管Dr2的集电极分别与第四电阻Rr6的一端、电容Cr2的一端，以及RS485芯片的/RE接口和DE接口相连接，第四电阻Rr6的另一端和电容Cr2的另一端接地。相比于传统采用光耦控制RS485进行发送和接收切换选择的控制端，需要更低的成本，具有较优的成本控制效果。

其中，发送端和接收端的两光耦RS485处于接收情况下，TXD485发送高电平“1”时，光耦Er2截止，三极管Dr2截止，/RE有效，RS485芯片内部发送器打开，接收器关闭，A、B通过外部上下拉保持A高B低，输出高电平“1”。当TXD485发送低电平“0”时，光耦Er2导通，三极管Dr2导通，DE有效，RS485芯片内部接收器打开，发送器关闭，DI引脚输入信号“0”，A、B输出低电平“0”。

本实用新型实施例可通过加速模块的设置，在最小成本基础上，做到最大通信速率115200bps，可以达到原来的12倍，完全能够满足目前电能表大数据集抄的需求。

在一些实施例中，本实用新型实施例还提供一种电能表，包括电能表主体，还包括如上所述的RS485电路。

本实用新型实施例提供的电能表，与上述实施例提供的RS485电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种RS485电路，其特征在于，包括：RS485芯片、加速模块和光耦；所述RS485芯片的发送端线路和接收端线路上分别设置有所述光耦，所述RS485芯片的发送端线路和接收端线路上还分别设置有所述加速模块，所述加速模块与所述光耦相连接；

所述加速模块用于通过所述发送端和所述接收端加速触发单片机和所述RS485芯片的数据传输。

2.根据权利要求1所述的RS485电路，其特征在于，当所述RS485芯片的总线接收到第一差分信号时，所述RS485芯片发出第一电平，所述加速模块触发所述接收端将第二电平发送给所述单片机。

3.根据权利要求1所述的RS485电路，其特征在于，当所述单片机发送给所述RS485芯片发出第三电平时，所述加速模块触发所述发送端将第四电平发送给所述RS485芯片，所述RS485芯片的总线接收到第二差分信号。

4.根据权利要求2或3所述的RS485电路，其特征在于，所述加速模块包括三极管、电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻的一端连接电源和所述光耦，所述第一电阻的另一端连接所述接收端和所述三极管的集电极，所述三极管的发射极与所述第二电阻的一端共同接地，所述三极管的基极分别与所述电容的一端和所述第三电阻的一端相连接，所述电容的另一端、所述第三电阻的另一端与所述第二电阻的另一端分别与所述光耦相连接。

5.根据权利要求4所述的RS485电路，其特征在于，当所述RS485芯片发出高电平时，所述光耦截止，所述三极管截止，所述电容两端电压为零，所述接收端为高电平。

6.根据权利要求4所述的RS485电路，其特征在于，当所述RS485芯片发出低电平时，所述光耦导通，所述三极管导通，所述电容两端电压为脉冲电平电压，所述接收端为低电平。

7.根据权利要求4所述的RS485电路，其特征在于，当所述发送端发出高电平时，所述光耦截止，所述三极管截止，所述电容两端电压为零，所述RS485芯片接收高电平。

8.根据权利要求4所述的RS485电路，其特征在于，当所述发送端发出低电平时，所述光耦导通，所述三极管导通，所述电容两端电压为脉冲电平电压，所述RS485芯片接收低电平。

9.根据权利要求1所述的RS485电路，其特征在于，还包括控制端，所述控制端用于控制所述RS485芯片的接收和发送。

10.一种电能表，其特征在于，包括电能表主体，还包括如权利要求1-9中任一项所述的RS485电路。

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