專利名稱：一種rs-485通訊總線的短路保護(hù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新 型涉及ー種RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，適用于RS-485總線系統(tǒng)中總線線路短路、通訊總線連接的被管理設(shè)備內(nèi)部短路的故障保護(hù)，，尤其是與管理主機(jī)通過RS-485總線組成網(wǎng)絡(luò)的無源數(shù)傳直讀式水表、氣表、電表以及其他報(bào)警、監(jiān)控設(shè)備的通訊系統(tǒng)。
技術(shù)背景近幾年，隨著技術(shù)的發(fā)展，無源數(shù)傳式水表、氣表、電表抄表系統(tǒng)、及其他報(bào)警、監(jiān)控設(shè)備管理系統(tǒng)得到了廣泛的運(yùn)用，在無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，大量使用帶電壓供給的四線RS-485通訊總線網(wǎng)絡(luò)，四線RS-485通訊總線指除RS-485已有的A、B兩條通訊線外，還帶有兩條供電線VDD、GND的四線通訊總線，系統(tǒng)內(nèi)管理設(shè)備通過四線RS-485通訊總線連接若干個(gè)被管理設(shè)備，并通過四線RS-485通訊總線對(duì)被管理設(shè)備供電，四線RS-485通訊總線網(wǎng)絡(luò)在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于通訊總線的某個(gè)位置短路或連接若干個(gè)被管理設(shè)備中的某ー個(gè)被管理設(shè)備短路，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，且為了尋找短路點(diǎn)，需對(duì)線路一段、一段的排查，工作量非常大，嚴(yán)重影響了技術(shù)的推廣與使用。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)目的是提供ー種RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，用于RS-485總線通訊系統(tǒng)內(nèi)的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設(shè)備內(nèi)部短路的故障保護(hù)，的故障保護(hù)，通過RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，將RS-485通訊總線的短路保護(hù)器之后的短路點(diǎn)從總線系統(tǒng)內(nèi)旁路掉，使RS-485通訊總線的短路保護(hù)器之前的通訊總線線路不受后級(jí)短路點(diǎn)的影響。本實(shí)用新型所提供的RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，包括單片機(jī)系統(tǒng)、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，其中單片機(jī)內(nèi)置有多路ADC模塊，SP模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、或者同時(shí)內(nèi)置有多路ADC模塊和模擬比較器模塊，總線輸入模塊包含電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，儲(chǔ)能電容及隔離電路；總線取電電源模塊輸出的電源+定義為Vcc，電源-定義為GND。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下方案繼電器采用雙刀雙執(zhí)型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號(hào)總線的A、B線分別獨(dú)立使用一個(gè)繼電器，其中對(duì)應(yīng)四線RS-485通訊總線中的供電總線的繼電器I的連接方法為繼電器I的一組觸點(diǎn)連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點(diǎn)連接取樣R1、GND，取樣電阻Rl另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vinl，四線RS-485通訊總線的供電總線在輸出端VDD與GND之間連接串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管Dl，Dl的負(fù)端與GND之間跨接ー顆儲(chǔ)能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對(duì)應(yīng)RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點(diǎn)連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點(diǎn)連接取樣R5、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，R5連接繼電器的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vin4 ;其電氣工作原理為通訊總線上電時(shí)，總線取電電源模塊從總線上獲取電能，作為RS-485通訊總線短路保護(hù)器的系統(tǒng)電源，電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，取樣電阻Rl連接Vcc，繼電器I的初始觸點(diǎn)狀態(tài)為K1連接取樣電阻Rl，連接點(diǎn)定義為Vinl ；K2連接GND，取樣點(diǎn)Vinl輸入到單片機(jī)的一路ADC輸入端ロ，設(shè)通訊總線后級(jí)線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref 1，當(dāng)Vinl低于Vrefl時(shí)，判斷為后級(jí)通訊供電總線短路，繼電器I的觸點(diǎn)方向維持初始狀態(tài)，切斷后級(jí)通訊總線與輸入通訊總線的連接；當(dāng)Vinl高于Vrefl時(shí)，判斷為后級(jí)通訊總線不短路，啟動(dòng)繼電器控制模塊，改變繼電器I的觸點(diǎn)方向，Kl連接四線RS-485通訊總線中供電總線的VDD，Κ2連接通訊總線GND，連通后級(jí)通訊供電總線與輸入通訊供電總線；為了判斷在通訊過程中的后級(jí)通訊供電總線是否短路或供電總線是否掉電，串聯(lián)電阻 網(wǎng)絡(luò)R2、R3，R2連接通訊供電總線的輸入端，R3連接GND，R2和R3的連接點(diǎn)提供了第二個(gè)采樣點(diǎn)，定義為Vin2，并設(shè)定對(duì)應(yīng)第二個(gè)采樣點(diǎn)Vin2，判斷總線的后級(jí)供電線路短路與非短路，或四線RS-485通訊總線中供電總線是否掉電的比較閥值電平為Vref2，當(dāng)Vin2高于Vref2時(shí)，后級(jí)通訊供電總線不短路，繼電器I的觸點(diǎn)方向維持Kl連接通訊供電總線VDD，K2連接通訊供電總線GND的模式；當(dāng)Vin2低于Vref2時(shí),后級(jí)通訊供電總線短路或輸入通訊總線掉電，啟動(dòng)繼電器I控制模塊，使繼電器I的觸點(diǎn)方向切換到Kl連接取樣電阻R1，K2連接GND，的初始狀態(tài)，并啟用初始狀態(tài)判別。由于四線RS-485通訊總線除兩條供電總線外，還有兩條信號(hào)總線，信號(hào)總線短路同樣影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，本實(shí)用新型采用繼電器2控制信號(hào)總線的切換，具體工作原理是取樣電阻R5連接Vcc，繼電器2的初始觸點(diǎn)狀態(tài)為K1連接取樣電阻R5，連接點(diǎn)定義為Vin4 ；K2連接GND，取樣點(diǎn)Vin4輸入到單片機(jī)的一路ADC輸入端ロ，設(shè)通訊總線后級(jí)線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref4，當(dāng)Vin4低于Vref4時(shí)，判斷為后級(jí)通訊信號(hào)總線短路，繼電器2的觸點(diǎn)方向維持初始狀態(tài)，切斷后級(jí)通訊總線與輸入通訊總線的連接，同時(shí)繼電器I需要維持觸點(diǎn)連接取樣R1、GND的狀態(tài)；當(dāng)Vin4高于Vref4時(shí)，判斷為后級(jí)通訊信號(hào)總線不短路，啟動(dòng)繼電器控制模塊，改變繼電器2的觸點(diǎn)方向，Kl連接四線RS-485通訊總線中信號(hào)總線的485-A，K2連接通訊信號(hào)總線485-B，連通后級(jí)通訊信號(hào)總線與通訊信號(hào)總線；四線RS-485通訊總線中的信號(hào)總線的短路判別的等級(jí)優(yōu)先與供電總線的短路判另IJ，一旦信號(hào)總線短路，將不再連通后級(jí)總線。在后級(jí)通訊總線短路與通訊總線掉電的情況下，繼電器的控制能源為儲(chǔ)能電容Cl儲(chǔ)存的能量。為降低依照本實(shí)用新型實(shí)施的RS-485通訊總線短路保護(hù)器自身功耗，繼電器采用自保持繼電器，該繼電器的特點(diǎn)是只有在動(dòng)作的瞬間需要耗電，動(dòng)作完成后，不需要消耗電能維持繼電器的狀態(tài)。本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)在于I、通訊總線上電時(shí)，不直接供給后級(jí)總線，由本實(shí)用新型實(shí)施的RS-485通訊總線短路保護(hù)器，判斷是否合適供給后級(jí)總線，對(duì)通訊系統(tǒng)無沖擊，有效的保護(hù)了通訊系統(tǒng)設(shè)備。2、依照本實(shí)用新型實(shí)施的RS-485通訊總線短路保護(hù)器，響應(yīng)速度快，器件少，成本低。
圖I :本實(shí)用新型實(shí)施例電原理示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)ー步的說明先假設(shè)RS-485總線管理設(shè)備的供電總線輸出電壓VDD = 12V，經(jīng)線路衰減后RS-485通訊總線的短路保護(hù)器的輸入電壓為10V，RS-485總線管理設(shè)備的供電總線輸入到RS-485通訊總線的短路保護(hù)器的掉電與RS-485通訊總線的短路保護(hù)器后級(jí)短路的響應(yīng)電壓為6V，Rl、R5取值47K歐，R2取值40K，R3取值IOK歐。結(jié)合圖1，具體分析本是實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，本實(shí)用新型所提供的RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，包括單片機(jī)系統(tǒng)、總線輸入模塊，通訊接ロ模塊、總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，其中單片機(jī)內(nèi)置有多路ADC模塊，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、或者同時(shí)內(nèi)置有多路ADC模塊和模擬比較器模塊，總線輸入模塊包含電阻分壓電路，電容儲(chǔ)能及隔離電路；總線取電電源模塊輸出的電源+定義為Vcc，電源-定義為GND ;繼電器采用雙刀雙執(zhí)型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號(hào)總線的A、B線分別獨(dú)立使用一個(gè)繼電器，其中對(duì)應(yīng)四線RS-485通訊總線中的供電總線的繼電器I的連接方法為繼電器I的一組觸點(diǎn)連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點(diǎn)連接取樣Rl、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vinl，四線RS-485通訊總線的供電總線在輸出端VDD與GND之間連接串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管Dl，Dl的負(fù)端與GND之間跨接ー顆儲(chǔ)能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對(duì)應(yīng)RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點(diǎn)連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點(diǎn)連接取樣R5、GND,取樣電阻R5另一端連接Vcc，Rl連接繼電器的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロVin40其電氣工作原理為通訊總線上電時(shí)，總線取電電源模塊從總線上獲取電能，作為RS-485通訊總線短路保護(hù)器的系統(tǒng)電源，電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，設(shè)Ncc為5V，取樣電阻Rl連接Vcc，繼電器I的初始觸點(diǎn)狀態(tài)為K1連接取樣電阻Rl，連接點(diǎn)定義為Vinl ；K2連接GND,取樣點(diǎn)Vinl輸入到單片機(jī)的一路ADC輸入端ロ，設(shè)通訊總線后級(jí)線路短路與非短路的比較閥值電平為Vrefl，假設(shè)Vrefl為2. 5V，當(dāng)Vinl低于Vrefl時(shí)，判斷為后級(jí)通訊總線短路，繼電器I的觸點(diǎn)方向維持初始狀態(tài)，切斷后級(jí)通訊總線與輸入通訊總線的連接；當(dāng)Vinl高于Vrefl時(shí)，判斷為后級(jí)通訊總線不短路，啟動(dòng)繼電器控制模塊，改變繼電器I的觸點(diǎn)方向，KI連接四線RS-485通訊總線中供電總線的VDD，K2連接通訊總線GND，連通后級(jí)通訊供電總線與輸入通訊供電總線；2、為了判斷在通訊過程中的后級(jí)通訊總線是否短路或供電總線是否掉電，串聯(lián)電 阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3，R2連接通訊供電總線的輸入端，R3連接GND，R2和R3的連接點(diǎn)提供了第二個(gè)采樣點(diǎn)，定義為Vin2，并設(shè)定對(duì)應(yīng)第二個(gè)采樣點(diǎn)Vin2，判斷總線的后級(jí)供電線路短路與非短路，或四線RS-485通訊總線中供電總線是否掉電的比較閥值電平為Vref2，例證中R2取值40K，R3取值10K，對(duì)于6V的額定值的Vref2，取值為I. 2V，當(dāng)Vin2高于Vref2時(shí)，后級(jí)通訊供電總線不短路，繼電器I的觸點(diǎn)方向維持Kl連接通訊供電總線VDD，K2連接輸入通訊供電總線GND的模式；當(dāng)Vin2低于Vref2時(shí)，后級(jí)通訊供電總線短路，啟動(dòng)繼電器I控制模塊，使繼電器I的觸點(diǎn)方向切換到Kl連接取樣電阻R1，K2連接GND，的初始狀態(tài)，并啟
用初始狀態(tài)判別。3、由于四線RS-485通訊總線除兩條供電總線外，還有兩條信號(hào)總線，信號(hào)總線短路同樣影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，本實(shí)用新型采用繼電器2控制信號(hào)總線的切換，具體原理是取樣電阻R5連接Vcc，Vcc同樣為5V，繼電器2的初始觸點(diǎn)狀態(tài)為K1連接取樣電阻R5，連接點(diǎn)定義為Vin4 ；K2連接GND，取樣點(diǎn)Vin4輸入到單片機(jī)的一路ADC輸入端ロ，設(shè)通訊總線后級(jí)線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref4，Vref4同樣設(shè)定為2. 5V，當(dāng)Vin4低于Vref4時(shí)，判斷為后級(jí)通訊信號(hào)總線短路，繼電器2的觸點(diǎn)方向維持初始狀態(tài)，切斷后級(jí)通訊總線與輸入通訊總線的連接，同時(shí)繼電器I需要維持觸點(diǎn)連接取樣Rl、GND的狀態(tài)；當(dāng)Vinl高于Vrefl時(shí)，判斷為后級(jí)通訊信號(hào)總線不短路，啟動(dòng)繼電器控制模塊，改變繼電器2的觸點(diǎn)方向，Kl連接四線RS-485通訊總線中信號(hào)總線的485-A，K2連接通訊信號(hào)總線485-B，連通后級(jí)通訊信號(hào)總線與通訊信號(hào)總線；4、四線RS-485通訊總線中的信號(hào)總線的短路判別的等級(jí)優(yōu)先與供電總線的短路判別，一旦信號(hào)總線短路，將不再連通后級(jí)總線。5、在后級(jí)通訊總線短路與通訊總線掉電的情況下，繼電器的控制能源為儲(chǔ)能電容Cl儲(chǔ)存的能量。除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式，如單片機(jī)的選用不同、ADC取樣順序不同等等，但凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，用于RS-485總線通訊系統(tǒng)內(nèi)的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設(shè)備內(nèi)部短路的故障保護(hù)，包括單片機(jī)系統(tǒng)、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，其中單片機(jī)內(nèi)置有多路ADC模塊，即模數(shù)轉(zhuǎn)換器模塊、或者同時(shí)內(nèi)置有多路ADC模塊和模擬比較器模塊，總線輸入模塊包含電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，儲(chǔ)能電容及隔離電路；總線取電電源模塊輸出的電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，其特征為繼 電器采用雙刀雙執(zhí)型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號(hào)總線的A、B線分別獨(dú)立使用一個(gè)繼電器，其中對(duì)應(yīng)四線RS-485通訊總線中的供電總線的繼電器I的連接方法為繼電器I的一組觸點(diǎn)連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點(diǎn)連接取樣RU GND，取樣電阻Rl另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vinl，四線RS-485通訊總線的供電總線在輸出端VDD與GND之間連接串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管D1，D1的負(fù)端與GND之間跨接ー顆儲(chǔ)能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對(duì)應(yīng)RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點(diǎn)連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點(diǎn)連接取樣R5、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，R5連接繼電器的引腳同時(shí)輸入單片機(jī)的ー個(gè)ADC模塊端ロ Vin4。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，其特征在于繼電器采用自保持繼電器。
專利摘要一種RS-485通訊總線的短路保護(hù)器，用于RS-485總線通訊系統(tǒng)內(nèi)的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設(shè)備內(nèi)部短路的故障保護(hù)，包括單片機(jī)系統(tǒng)、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，繼電器采用雙刀雙執(zhí)型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號(hào)總線的A、B線分別獨(dú)立使用一個(gè)繼電器，系統(tǒng)上電時(shí)，RS-485通訊總線的短路保護(hù)器保持后級(jí)通訊總線與輸入通訊總線隔離的狀態(tài)，利用從總線上獲取的能源所提供的采樣點(diǎn)電平與預(yù)先設(shè)定閾值電平比較，判斷后級(jí)總線是否存在短路的情況，如后級(jí)總線短路，則直接將短路點(diǎn)旁路，同樣對(duì)于上電以后的后級(jí)總線短路采用分壓網(wǎng)絡(luò)測量，具有響應(yīng)速度快，穩(wěn)定的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK202405739SQ20112054062
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者吳明星 申請(qǐng)人:吳明星