CN205123764U - 具备光电隔离及防止rs485通讯总线占死故障功能的电力仪表 - Google Patents

Abstract

具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，包括主CPU模块，交流电流电压输入模块，存储模块，通讯隔离模块，通讯保护模块，RS485通讯接口模块，电源模块以及指示灯。主CPU模块用于对输入的交流信号进行采样计算，得到电力仪表各种电力数据，同时接收RS485通讯接口模块的通讯报文，并将应答报文通过RS485通讯接口模块发送出去。交流电流电压输入模块用于对交流电流电压信号进行转换。存储模块用于存储仪表配置信息，如通讯地址、调试参数等。通讯隔离模块用于对主CPU模块的通讯信号进行光电隔离，主CPU模块的通讯信号包括通讯发送信号TXD和通讯接收信号RXD。通讯保护模块用于维护RS485通讯接口的收发状态，防止RS485通讯接口长期处于发送状态而导致RS485通讯总线的占死。RS485通讯接口模块用于实现RS485信号的转换及隔离。本实用新型采用通讯发送信号TXD作为发送使能的触发信号，省却了现有技术中CPU控制通讯使能信号及相应的隔离芯片，一方面可以降低通讯隔离成本，另一方面，由于采用通讯保护电路，可以有效防止诸如CPU故障、光电隔离故障及其它故障引起的通讯使能信号异常而导致的RS485通讯总线占死的现象，降低***性的故障风险，提高***的可靠性。

Description

具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表

技术领域

本实用新型属于电力***自动化，涉及具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表。

背景技术

RS485通讯在各种***中广泛应用，它通常以屏蔽双绞线为通讯介质，采用半双工通讯方式，可以实现多机工用通讯总线；但是，实际应用中会存在一台连接于RS485通讯总线上的设备故障后，将通讯总线占死而导致整个通讯网络瘫痪的现象，多数情况下由于不能确定故障装置，通常需要逐个排查通讯总线上的装置，费时费工。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述缺陷，提供一种同时具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表。

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，包括主CPU模块，交流电流电压输入模块，存储模块，通讯隔离模块，通讯保护模块，RS485通讯接口模块，电源模块以及指示灯。

所述主CPU模块用于对输入的交流信号进行采样计算，得到电力仪表各种电力数据，同时接收RS485通讯接口模块的通讯报文，并将应答报文通过RS485通讯接口模块发送出去。

所述交流电流电压输入模块用于对交流电流电压信号进行转换。

所述的存储模块用于存储仪表配置信息，如通讯地址、调试参数等。

所述的通讯隔离模块用于对主CPU模块的通讯信号进行光电隔离，主CPU模块的通讯信号包括通讯发送信号TXD和通讯接收信号RXD。

所述的通讯保护模块用于维护RS485通讯接口的收发状态，防止RS485通讯接口长期处于发送状态而导致RS485通讯总线的占死。

所述的RS485通讯接口模块用于实现RS485信号的转换。

这种自动防止RS485通讯总线占死故障的电力仪表的特点是：

所述的通讯保护模块由主CPU模块的通讯发送信号下降沿触发，自动将“发送使能”信号置为1，使RS485通讯接口模块状态自动切换到发送状态，以便主CPU模块的通讯发送信号能够输出到RS485通讯总线上。

所述的通讯保护模块在主CPU模块的通讯发送停止后，延时T毫秒后自动将“发送使能”信号置为0，从而将RS485通讯接口模块切换到接收状态。

所述的通讯保护模块由主CPU模块的通讯发送信号的下降沿触发，并且在通讯发送信号保持某种电平时延时T毫秒就自动关断，可以有效防止如CPU异常或电路异常导致的发送使能信号处于常态1的状态。

所述的通讯保护模块可以利用CPU模块的通讯发送信号自动产生“发送使能”信号，无须CPU模块控制RS485通讯的发送和接收状态，可以降低通讯隔离成本。

所述的通讯隔离模块可以将主CPU模块和外部通讯接口隔离开，避免外部通讯线干扰主CPU模块的正常工作，同时，在多个仪表共用一条RS485通讯总线时，使各个仪表之间的电源隔离，防止安全隐患。

本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决：

所述的通讯保护模块由一个单稳电路构成，其输出脉冲宽度T可以调节。

所述的通讯保护模块输入控制端为经过通讯隔离模块隔离过的主CPU模块的通讯发送信号TXD，采用下降沿触发。

所述的通讯保护模块输出信号为RS485发送使能信号TEN，直接接入RS485接口芯片发送使能管脚。

所述的通讯保护模块在首次接收到TXD信号下降沿后将TEN置为1；如果在T时间内未再次接收到TXD信号下降沿，则TEN自动复归为0；如果在T时间内再次接收到TXD信号下降沿，则使其输出脉冲得以延展到距此次下降沿T后TEN自动复归为0。

所述的通讯保护模块的单稳电路可以采用硬件方式构成，也可以采用硬件定时器方式构成，只需要能完成[0019]-[0022]的功能即可。

本实用新型的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。

所述的主CPU模块由MSP430及***电路构成，采用的通讯信号为MSP430芯片内置的通用异步接收/发送装置（UniversualAsynchronousReceiver/Transmitter，缩略词为UART）的通讯信号TXD、RXD。

所述的通讯隔离模块采用光电隔离芯片6N137，将TXD、RXD信号进行隔离。

所述的通讯保护模块采用施密特触发器74HC123，所述的通讯隔离模块采用光电隔离芯片6N137，将TXD、RXD信号进行隔离后的通讯发送信号TXD接入通讯保护单元的施密特触发器74HC123的下降沿触发引脚；采用调整施密特触发器74HC123外接电阻电容来调节单稳电路输出脉冲宽度T；其输出的通讯发送使能信号接入RS485通讯接口模块。

所述的RS485通讯接口模块由RS485电平转换芯片65LBC184和***过压保护电路构成；其发送使能端由所述通讯保护模块控制，通讯接口模块的输出端A、B通过通讯接口模块的过压保护电路接到外部通讯线路上。

所述的指示灯包括装置运行指示灯、RS485通讯指示灯。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型采用通讯发送信号TXD作为发送使能的触发信号，省却了现有技术中CPU控制通讯使能信号及相应的隔离芯片，一方面可以降低通讯隔离成本，另一方面，由于采用通讯保护电路，可以有效防止诸如CPU故障、光电隔离故障及其它故障引起的通讯使能信号异常而导致的RS485通讯总线占死的现象，降低***性的故障风险，提高***的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的组成方框图。

图2是图1中通讯保护模块的原理图。

图3是图1中通讯隔离模块的原理图。

具体实施方式

下面对照附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。

一种如图1所示的具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，当接入RS485通讯总线上时，其通讯保护模块可以有效防止RS485通讯总线因为装置故障而被占死，其光电隔离模块可以避免外部通讯线干扰主CPU模块的正常工作，同时，在多个仪表共用一条RS485通讯总线时，使各个仪表之间的电源隔离，防止安全隐患。其部件包括：

主CPU模块包含主芯片MSP430及***电路，采用MSP430芯片内置的通用异步接收/发送装置（UART）的通讯信号。主CPU模块完成电力仪表的数据采集计算、存储、通讯管理等功能。

采用脉冲变压器的开关电源模块，为整个仪表提供各种电源。

通讯隔离模块采用光电隔离器件将主CPU的通讯信号和外部通讯接口进行隔离。

通讯保护模块采用施密特触发器74HC123，通讯隔离模块隔离后的通讯发送信号接入通讯保护单元的施密特触发器74HC123的下降沿触发引脚；采用调整施密特触发器74HC123外接电阻电容来调节单稳电路输出脉冲宽度T；其输出的通讯发送使能信号接入RS485通讯接口模块。

RS485通讯接口模块由RS485电平转换芯片65LBC184和***过压保护电路构成；其发送使能端由通讯保护模块控制，通讯接口模块的输出端A、B通过通讯接口模块的过压保护电路接到外部通讯线路上。

存储模块由串行E²PROM及FLASH构成，保存仪表配置信息，如通讯地址、调试参数等。

指示灯包括装置运行指示灯、RS485通讯指示灯。

交流电流电压输入模块由电压互感器、电流互感器、运算放大电路及滤波电路构成，用于对交流电流电压信号进行转换。

本具体实施方式的工作过程是：

常态下通讯保护模块的输出端TEN处于0状态，这是由单稳电路特性决定的，当通讯保护模块接收到主CPU经过通讯隔离模块隔离后的通讯发送信号的下降沿触发后，其输出端TEN变为1状态，并保持一个脉冲宽度T。在此状态下，通讯接口模块处于发送使能状态，主CPU的发送信息可以经过通讯隔离模块、通讯接口模块发送到RS485通讯总线上。

若通讯保护模块在T时间内又收到一个下降沿触发信号，则通讯保护单元将输出TEN保持为1的时间从本触发点开始计算再保持时间T；若通讯保护模块在T时间内未能收到一个下降沿触发信号，则TEN保持为1的时间T之后自动变为0。

时间常数T可以通过调节施密特触发器的电阻和电容进行调整，这样，针对不同的通讯速率可以调整不同的通讯延时关断时间。

通讯隔离模块在本方案中起到隔离主CPU模块的外部通讯线路的作用。在本实用新型中，将通讯信号隔离后接入通讯保护模块的输入端是非常重要的，因为只有这样才能既实现了防止RS485总线占死故障，又有效地隔离了主CPU模块和外部RS485通讯线路，防止通讯线路上的异常干扰引起仪表非正常工作状态。

单稳电路不局限于本实用新型实施方案中所述的施密特触发器，还有其它方式的等同替代电路，正如本实施方案一样，对于本实用新型所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，包括主CPU模块，交流电流电压输入模块，存储模块，通讯隔离模块，通讯保护模块，RS485通讯接口模块，电源模块以及指示灯；

所述主CPU模块用于对输入的交流信号进行采样计算，得到电力仪表各种电力数据，同时接收RS485通讯接口模块的通讯报文，并将应答报文通过RS485通讯接口模块发送出去；

所述交流电流电压输入模块用于对交流电流电压信号进行转换；

所述的存储模块用于存储仪表配置信息，如通讯地址、调试参数等；

所述的通讯隔离模块用于对主CPU模块的通讯信号进行光电隔离，主CPU模块的通讯信号包括通讯发送信号TXD和通讯接收信号RXD；

所述的通讯保护模块用于维护RS485通讯接口的收发状态，防止RS485通讯接口长期处于发送状态而导致RS485通讯总线的占死；

所述的RS485通讯模块用于实现RS485信号的转换；

其特征在于：

所述的通讯保护模块由主CPU模块的通讯发送信号下降沿触发，自动将“发送使能”信号置为1，使RS485通讯接口模块状态自动切换到发送状态，以便主CPU模块的通讯发送信号能够输出到RS485通讯总线上；

所述的通讯保护模块在主CPU模块的通讯发送停止后，延时T毫秒后自动将“发送使能”信号置为0，从而将RS485通讯接口模块切换到接收状态；

所述的通讯保护模块由主CPU模块的通讯发送信号的下降沿触发，并且在通讯发送信号保持某种电平时延时T毫秒就自动关断，可以有效防止如CPU异常或电路异常导致的发送使能信号处于常态1的状态；

所述的通讯保护模块可以利用CPU模块的通讯发送信号自动产生“发送使能”信号，无须CPU模块控制RS485通讯的发送和接收状态，可以降低通讯隔离成本；

所述的通讯隔离模块可以将主CPU模块和外部通讯接口隔离开，避免外部通讯线干扰主CPU模块的正常工作，同时，在多个仪表共用一条RS485通讯总线时，使各个仪表之间的电源隔离，防止安全隐患。

2.如权利要求1所述的具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，其特征在于：

所述的通讯保护模块由一个单稳电路构成，其输出脉冲宽度T可以调节；

所述的通讯保护模块输入控制端为经过通讯隔离模块隔离过的主CPU模块的通讯发送信号TXD，采用下降沿触发；

所述的通讯保护模块输出信号为RS485发送使能信号TEN，直接接入RS485接口芯片发送使能管脚；

所述的通讯保护模块在首次接收到TXD信号下降沿后将TEN置为1；如果在T时间内未再次接收到TXD信号下降沿，则TEN自动复归为0；如果在T时间内再次接收到TXD信号下降沿，则使其输出脉冲得以延展到距此次下降沿T后TEN自动复归为0。

3.如权利要求2所述的具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，其特征在于：

所述的通讯保护模块的单稳电路可以采用硬件方式构成，也可以采用硬件定时器方式构成。

4.如权利要求2所述的具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，其特征在于：

所述的通讯保护模块通讯发送信号TXD作为发送使能的触发信号，省却了现有技术中CPU控制通讯使能信号及相应的隔离芯片。

5.如权利要求1所述的具备光电隔离及防止RS485通讯总线占死故障功能的电力仪表，其特征还在于：

所述的主CPU模块由MSP430及***电路构成，采用的通讯信号为MSP430芯片内置的通用异步接收/发送装置的通讯信号TXD、RXD；

所述的通讯隔离模块采用光电隔离芯片6N137，将TXD、RXD信号进行隔离；

所述的通讯保护模块采用施密特触发器74HC123，隔离后的通讯发送信号TXD接入通讯保护单元的施密特触发器74HC123的下降沿触发引脚；采用调整施密特触发器74HC123外接电阻电容来调节单稳电路输出脉冲宽度T；其输出的通讯发送使能信号接入RS485通讯接口模块；

所述的RS485通讯接口模块由RS485电平转换芯片65LBC184和***过压保护电路构成；其发送使能端由通讯保护模块控制，通讯接口模块的输出端A、B通过通讯接口模块的过压保护电路接到外部通讯线路上；

所述的指示灯包括装置运行指示灯、RS485通讯指示灯。