CN106772202A - 一种电能表rs485通信接口综合性能测试模组及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组及方法，属于电测量技术领域。所述模组包括控制器MCU、RS485芯片、多路隔离电源电路、第一通信接口、第二通信接口、负载调整电路、共模电压输出电路以及信号采集电路。采用本发明技术方案可完成电能表RS485通信接口带载能力、共模通信能力、接收灵敏度、占空比冗余度、波特率冗余度等测试，可嵌入到现有的电能表校验台，自动完成大批量的电能表综合性能测试，效率大大提高。同时，在检验环节可检出大量的通信成功但性能指标不满足需求的电能表，大大的降低电能表现场运行故障率。

Description

一种电能表 RS485 通信接口综合性能测试模组及方法

技术领域

本发明涉及电测量技术领域，更特定而言之，涉及一种用于电能表RS485通信接口的综合性能测试的模组及测试方法。

背景技术

现有的电能表校验台或测试工装仅能完成RS485接口通与不通检测，或仅能完成带载能力测试等某一项测试，不能完成全面的性能测试，无法判断RS485性能优劣。在实际应用中，由于温度不同、网络节点数量不同、现场布线不同、外部环境干扰量不同、采集装置RS485通信接口波特率偏移等原因导致RS485通信失败。若要进行全面的性能测试，需要在实验室通过各种不同的仪器进行手工检测不同的项目才能完成。这样的检测效率只能满足个别样机的测试。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，用于测试电能表RS485通信接口的综合性能，包括带载能力、共模通信能力、接收灵敏度、迟滞、信号占空比、波特率冗余度，所述模组包括：MCU，作为控制器；连接所述MCU的RS485芯片，用于与被测电能表RS485通信接口连接；多路隔离电源、用于连接外部直流电源，将其转换成多路直流电源，以提供所述模组各部分电路的工作电源；

通信模块，用于与上位机（较佳的选用PC机）通讯，包括连接所述MCU的第一通信接口（较佳的选用RS232串口），用于接收所述上位机控制命令；连接所述RS485芯片的第二通信接口（较佳的选用RS232串口），用于上位机数据抄表通信；

连接所述MCU和RS485芯片的负载调整电路，用于根据所述MCU发出的控制信号调整负载阻抗大小，以将所述RS485芯片的485信号转换成动态衰减的485信号。

连接所述MCU的共模电压输出电路，用于根据所述MCU发出的控制信号，以输出大小可调的共模电压提供给所述被测电能表的RS485通信接口。

连接所述MCU的信号采集电路，用于采集所述被测电能表RS485通信接口接收的电压信号，包括捕捉电压信号和脉冲宽度。

作为优选的，所述负载调整电路，包括多个负载（较佳的选用电阻）、多个第一开关器件；所述第一开关器件，用于根据所述MCU输出的控制信号，来对所述负载或负载的串并联组合进行短路或开路，以调整所述动态衰减的485信号的输出。

作为优选的，可通过对所述负载的串并联组合的微调，来补偿所述第一开关器件触点阻抗对输出负载阻抗值的影响。

作为优选的，所述第一开关器件为继电器开关。

作为优选的，所述共模电压输出电路，包括多个负载、多个第二开关器件，所述第二开关器件根据所述MCU发出的控制信号，来对所述负载或负载的串并联组合进行短路或开路，调整负载网络的阻抗，以输出大小可调的共模电压。

作为优选的，所述信号采集电路，接收所述被测电能表RS485通信接口的 A、B信号，并分别分压后输出至所述MCU的A/D采集口；同时，接收所述被测电能表RS485通信接口接收信号并输出至所述MCU的脉宽捕捉口，以捕捉接收信号脉宽。

所为优选的，所述脉宽捕捉口采用双沿触发比较捕捉所述脉宽。

作为优选的，所述模组可嵌入到电能表校验台上，用于自动完成大批量电能表RS485综合性能测试。

一种电能表RS485通信接口综合性能测试方法，应用上述RS485通信接口综合性能测试模组，包括以下步骤：

步骤1：在上位机中设置各测试项目，包括带载能力测试、共模通信能力测试、接收灵敏度、迟滞、信号占空比、波特率冗余度等信号测试。

步骤2：选择测试项目，并设置相关参数，包括通讯参数、负载调整阻抗值，共模电压大小；

步骤 3：上位机通过第一通信接口，发送控制命令给所述模组的控制器MCU；

步骤4：带载能力测试：在所述上位机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的负载阻抗值，所述MCU通过第一通信接口接收所述上位机发送的带载能力测试命令，并控制所述负载调整电路依次输出对应的负载阻抗值，上位机通过第二通信接口实时监视并记录抄表数据，检验数据是否正确，所得第一次不正确数据或通信不成功对应的负载阻抗值，即为被测电能表RS485通信接口极限带载能力；

步骤5：共模通信能力测试：在所述上位机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的共模电压值，所述MCU通过第一通信接口接收上位机发送的共模通信能力测试命令，并控制所述共模电压输出电路依次输出对应的共模电压值，上位机通过第二通信接口实时监视并记录抄表数据，并检验数据是否正确，所得第一次不正确数据或通信不成功的对应的共模电压，即为被测电能表RS485通信接口极限共模通信能力；

步骤6：综合性能测试：所述MCU通过第一通信接口接收上位机综合性能测试命令，将所述信号采集电路采集到的被测电能表RS485通信接口接收的电压信号转换成数字信号，并计算出接收灵敏度、迟滞、信号占空比、波特率冗余度等性能参数，其计算结果通过第一通信接口发送至上位机中保存和显示。

作为优选的，所述步骤4、5、6的顺序可任意调换。

所述的电能表RS485通信接口综合性能测试模组可完成电能表RS485带载能力、共模通信能力、接收灵敏度、占空比冗余度、波特率冗余度等测试，可嵌入到现有的电能表校验台，将原先只能在实验室完成的电能表RS485通信接口综合性能测试加入到大批量校验台，将原先只能手工完成的项目变为自动完成，效率大大提高，在检验环节可检出大量的通信成功但性能指标不满足需求的电能表，大大的降低电能表现场运行故障率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1是本发明一种RS485通信接口综合性能测试模组的一个较佳实施例原理示意图。

图2是本发明一种RS485通信接口综合性能测试模组的一个较佳实施例的MCU外部接线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。应当理解的是，此处的实施方式仅用于说明和解释本发明，并不构成对本发明的限制。

如图1所示，所述的RS485通信接口综合性能测试模组，包括控制器MCU、RS485芯片、多路隔离电源、连接所述MCU的第一通信接口、连接所述RS485芯片的第二通信接口、连接所述MCU和RS485芯片的负载调整电路、连接所述MCU的共模电压输出电路、连接所述MCU的信号采集电路。

MCU选用通用芯片，资源要求如下：5V电源可靠工作；至少1个UART口、UART波特率300~115200可配置；至少48个IO口、2路10位以上AD、2个脉宽捕捉口。在一个实施例中所述MCU选用UPD78F0527的单片机。

多路隔离电源，连接于外部直流24V电源，以此作为输入电源。在一个较佳的实施例中，所述的多路隔离电源采用多个隔离DC-DC模块，至少输出3路电源，包括12V、5V、15V直流电源。其中5V电源为MCU、第一、二通信接口、RS485 芯片供电，12V电源为负载调整电路供电，15V电源为共模电压输出电路供电。

在一个较佳的实施例中，所述的第一通信接口、第二通信接口均采用RS232串口。

在一个较佳的实施例中所述负载调整电路，采用10个电阻组合串联，步长为1欧姆的负载阻抗网络，10个继电器开关分别对10个电阻组合进行短路或开路。通过MCU对10个继电器开关的控制，可配出1~1024欧姆阻值的负载。各电阻组合的阻值分别为1、2、4、8、16、32、64、128、256、512欧姆。

在一个较佳的实施例中，可通过对所述电阻串并联组合的微调，来补偿继电器触点阻抗对输出负载阻抗值的影响。

在一个较佳的实施例中，所述共模电压输出电路，采用DC-DC降压方案，通过MCU调整DC-DC的反馈电阻网络的阻值，将多路隔离电源输出的15V电源转换成可调的-12V~12V电压，所述的15 V电源和可调的-12~12V电压之间设置有稳压器。所述的共模电压输出电路包括两路0~12V电路和正负电压切换电路。所述正负电压切换电路与MCU连接，接收MCU发出的控制命令，将其中一路0~12V电路输出的0~12V可调电源转换成-12V~0V可调电源，从而使所述共模电压输出电路输出-12 V~12V可调的共模电压，提供给被测电能表RS485通信接口的接地端。

电阻网络采用12个串联的电阻，通过MCU控制12个光耦来控制所述12个电阻的短路或开路，输出可调的0~12 V电压。

在一个较佳的实施例中，所述信号采集电路，将被测电能表 RS485通信接口的A、B信号分别分压后输出至MCU 的A/D采集口；将RS485通信接口的RXD管脚直接连接到MCU脉宽捕捉口，即将被测电能表的RS485通信接口的接收信号送入MCU的脉宽捕捉口，采用双沿触发比较捕捉脉宽。通过MCU内部计算，得出电能表RS485通信接口的接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等，并将测试结果通过第一通讯接口上传至上位机。

图2给出了一个较佳实施例的MCU外部接线图，所述MCU为UPD78F0527的单片机，其中CTRL1~CTRL10端子分别连接于控制所述12个电阻短路或接通的12个光耦输入端，MCU的LOAD1~LOAD10端子分别于连接于控制所述的10个电阻组合的继电器开关输入端，OF、ON端子分别连接共模电压输出电路中的正负切换电路输入端。

在一个较佳的实施例中，将多个模组嵌入到一台电能表校验台上，同时自动测试电能表RS485通信接口的综合性能，包括带载能力、共模通信能力、接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等。

应用上述电能表RS485通信接口综合性能测试模组，按照下述步骤对多个电能表RS485通信接口同时进行综合性能测试：

步骤1：在上位机PC机中设置各测试项目，包括带载能力测试、共模通信能力测试、接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等性能测试；

步骤2：选择测试项目，并设置相关参数，包括通讯参数、负载调整阻抗值，共模电压大小；

步骤 3：PC机通过第一通信接口，发送控制命令给所述模组的MCU UPD78F0527单片机；

步骤4：带载能力测试：在PC机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的负载阻抗值，单片机接收PC机发送的带载能力测试命令，控制负载调整电路依次输出对应的电阻阻值，PC机通过RS232串口实时监视记录抄表数据，并检验数据是否正确，所得第一次正确数据或通信不成功时对应的电阻阻值，即为被测电能表RS485通信接口极限带载能力；

步骤5：共模通信能力测试：在PC机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的共模电压值，单片机接收PC机发送的共模通信能力测试命令，控制共模电压输出电路依次输出对应的共模电压值，PC机实时监视记录抄表数据，并检验数据是否正确，所得第一次不正确数据或通信不成功时对应的共模电压，即为被测电能表RS485通信接口极限共模通信能力；

步骤6：综合性能测试：PC机发送综合性能测试，单片机接收PC机发出的命令，将信号采集电路采集到的被测电能表RS485通信接口接收的电压信号转换成数字信号，通过计算得出接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等性能参数，并通过RS232串口发送到PC机显示和保存。

上述步骤中步骤4、5、6的顺序可任意调换。

上述实施例将原先只能手工完成的项目变为自动完成，效率大大提高，在检验环节可检出大量的通信成功但性能指标不满足需求的电能表，可大大的降低电能表现场运行故障率。

前述实施方式仅仅是对本发明技术方案的较佳体现，并非是对本发明技术方案的限定，本发明的技术范畴和权利主张是以所附权利要求为准的。在本发明的构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于包括：MCU，作为控制器；RS485芯片，用于与被测电能表RS485通信接口连接；多路隔离电源，用于连接外部直流电源，以提供所述模组工作电源；

通信模块，用于与上位机通讯，包括连接所述MCU的第一通信接口，用于接收所述上位机控制命令；连接所述RS485芯片的第二通信接口，用于上位机进行数据抄表通信；

连接所述MCU和RS485芯片的负载调整电路，用于根据所述MCU发出的控制信号调整负载阻抗大小，以将所述RS485芯片的485信号转换成动态衰减的485信号；

连接所述MCU的共模电压输出电路，用于根据所述MCU发出的控制信号，以输出大小可调的共模电压提供给所述被测电能表的RS485通信接口；

连接所述MCU的信号采集电路，用于采集所述被测电能表RS485通信接口接收的电压信号，包括捕捉电压信号脉冲宽度。

2.根据权利要求1所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：所述负载调整电路，包括多个负载、多个第一开关器件；所述第一开关器件，用于根据所述MCU输出的控制信号，来对所述负载或负载的串并联组合进行短路或开路，以调整所述动态衰减的485信号的输出。

3.根据权利要求2所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：所述第一开关器件为继电器开关。

4.根据权利要求2或3所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：可通过对所述负载的串并联组合的微调，来补偿所述第一开关器件触点阻抗对输出负载阻抗的影响。

5.根据权利要求1所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：所述共模电压输出电路，包括多个负载、多个第二开关器件，所述第二开关器件，用于根据所述MCU发出的控制信号，来对所述负载或负载的串并联组合进行短路或开路，调整负载网络的阻抗，以输出可调的共模电压。

6.根据权利要求1所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：所述信号采集电路，接收所述被测电能表RS485通信接口的 A、B信号，并分别分压后输出至所述MCU的A/D采集口；同时，所述信号采集电路接收所述被测电能表RS485通信接口接收信号并输出至所述MCU的脉宽捕捉口，以捕捉所述接收信号脉宽。

7.根据权利要求5所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：采用双沿触发比较捕捉所述脉宽。

8.根据权利要求1至7中任一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于：可嵌入到电能表校验台上，用于自动完成大批量电能表RS485综合性能测试。

9.一种电能表RS485通信接口综合性能测试方法，应用于如权利要求1至8中任一种电能表RS485通信接口综合性能测试模组，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：在上位机中设置各测试项目，包括带载能力测试、共模通信能力测试、接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等综合性能测试；

步骤2：选择测试项目，并设置相关参数，包括通讯参数、负载调整阻抗值，共模电压大小；

步骤 3：上位机通过第一通信接口，发送控制命令给所述模组的控制器MCU；

步骤4：带载能力测试：在所述上位机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的负载抗值，所述MCU通过第一通信接口接收所述上位机发送的带载能力测试命令，并控制所述负载调整电路依次输出对应的负载阻抗值，上位机通过第二通信接口实时监视并记录抄表数据，检验数据是否正确，所得第一次不正确数据或通信不成功对应的负载阻抗值，即为被测电能表RS485通信接口极限带载能力；

步骤5：共模通信能力测试：在所述上位机中按照从小到大或从大到小的顺序，依次输入需调整的共模电压值，所述MCU通过第一通信接口接收上位机发送的共模通信能力测试命令，并控制所述共模电压输出电路依次输出对应的共模电压值，上位机通过第二通信接口实时监视并记录抄表数据，检验数据是否正确，所得第一次不正确数据或通信不成功的对应的共模电压，即为被测电能表RS485通信接口极限共模通信能力；

步骤6：综合性能测试：所述上位机发送综合性能测试命令，所述MCU通过第一通信接口接收上位机命令，将经信号采集电路采集到的被测电能表RS485通信接口接收的电压信号转换成数字信号，并计算出接收灵敏度、信号占空比、波特率冗余度等性能参数，测试结果通过第一通信接口发送到上位机中显示和保存。

10.根据权利要求9所述的一种电能表RS485通信接口综合性能测试方法，其特征在于：所述步骤4、5、6的顺序可任意调换。