一種rs-485通訊總線的短路保護器的製作方法

2023-08-11 08:15:36

專利名稱：一種rs-485通訊總線的短路保護器的製作方法
技術領域：
本實用新 型涉及ー種RS-485通訊總線的短路保護器，適用於RS-485總線系統中總線線路短路、通訊總線連接的被管理設備內部短路的故障保護，，尤其是與管理主機通過RS-485總線組成網絡的無源數傳直讀式水錶、氣表、電錶以及其他報警、監控設備的通訊系統。
技術背景近幾年，隨著技術的發展，無源數傳式水錶、氣表、電錶抄表系統、及其他報警、監控設備管理系統得到了廣泛的運用，在無源網絡系統中，大量使用帶電壓供給的四線RS-485通訊總線網絡，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，系統內管理設備通過四線RS-485通訊總線連接若干個被管理設備，並通過四線RS-485通訊總線對被管理設備供電，四線RS-485通訊總線網絡在使用過程中，經常出現由於通訊總線的某個位置短路或連接若干個被管理設備中的某ー個被管理設備短路，導致整個系統癱瘓，且為了尋找短路點，需對線路一段、一段的排查，工作量非常大，嚴重影響了技術的推廣與使用。實用新型內容本實用新型的設計目的是提供ー種RS-485通訊總線的短路保護器，用於RS-485總線通訊系統內的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設備內部短路的故障保護，的故障保護，通過RS-485通訊總線的短路保護器，將RS-485通訊總線的短路保護器之後的短路點從總線系統內旁路掉，使RS-485通訊總線的短路保護器之前的通訊總線線路不受後級短路點的影響。本實用新型所提供的RS-485通訊總線的短路保護器，包括單片機系統、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，其中單片機內置有多路ADC模塊，SP模數轉換器模塊、或者同時內置有多路ADC模塊和模擬比較器模塊，總線輸入模塊包含電阻分壓網絡，儲能電容及隔離電路；總線取電電源模塊輸出的電源+定義為Vcc，電源-定義為GND。本實用新型為實現上述目的，採用以下方案繼電器採用雙刀雙執型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號總線的A、B線分別獨立使用一個繼電器，其中對應四線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的一組觸點連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點連接取樣R1、GND，取樣電阻Rl另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時輸入單片機的ー個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之間連接串聯電阻網絡R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管Dl，Dl的負端與GND之間跨接ー顆儲能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機的ー個ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對應RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點連接取樣R5、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，R5連接繼電器的引腳同時輸入單片機的ー個ADC模塊端ロ Vin4 ;其電氣工作原理為通訊總線上電時，總線取電電源模塊從總線上獲取電能，作為RS-485通訊總線短路保護器的系統電源，電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，取樣電阻Rl連接Vcc，繼電器I的初始觸點狀態為K1連接取樣電阻Rl，連接點定義為Vinl ；K2連接GND，取樣點Vinl輸入到單片機的一路ADC輸入端ロ，設通訊總線後級線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref 1，當Vinl低於Vrefl時，判斷為後級通訊供電總線短路，繼電器I的觸點方向維持初始狀態，切斷後級通訊總線與輸入通訊總線的連接；當Vinl高於Vrefl時，判斷為後級通訊總線不短路，啟動繼電器控制模塊，改變繼電器I的觸點方向，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，連通後級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後級通訊供電總線是否短路或供電總線是否掉電，串聯電阻 網絡R2、R3，R2連接通訊供電總線的輸入端，R3連接GND，R2和R3的連接點提供了第二個採樣點，定義為Vin2，並設定對應第二個採樣點Vin2，判斷總線的後級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Vin2高於Vref2時，後級通訊供電總線不短路，繼電器I的觸點方向維持Kl連接通訊供電總線VDD，K2連接通訊供電總線GND的模式；當Vin2低於Vref2時,後級通訊供電總線短路或輸入通訊總線掉電，啟動繼電器I控制模塊，使繼電器I的觸點方向切換到Kl連接取樣電阻R1，K2連接GND，的初始狀態，並啟用初始狀態判別。由於四線RS-485通訊總線除兩條供電總線外，還有兩條信號總線，信號總線短路同樣影響整個系統的運行，本實用新型採用繼電器2控制信號總線的切換，具體工作原理是取樣電阻R5連接Vcc，繼電器2的初始觸點狀態為K1連接取樣電阻R5，連接點定義為Vin4 ；K2連接GND，取樣點Vin4輸入到單片機的一路ADC輸入端ロ，設通訊總線後級線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref4，當Vin4低於Vref4時，判斷為後級通訊信號總線短路，繼電器2的觸點方向維持初始狀態，切斷後級通訊總線與輸入通訊總線的連接，同時繼電器I需要維持觸點連接取樣R1、GND的狀態；當Vin4高於Vref4時，判斷為後級通訊信號總線不短路，啟動繼電器控制模塊，改變繼電器2的觸點方向，Kl連接四線RS-485通訊總線中信號總線的485-A，K2連接通訊信號總線485-B，連通後級通訊信號總線與通訊信號總線；四線RS-485通訊總線中的信號總線的短路判別的等級優先與供電總線的短路判另IJ，一旦信號總線短路，將不再連通後級總線。在後級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能電容Cl儲存的能量。為降低依照本實用新型實施的RS-485通訊總線短路保護器自身功耗，繼電器採用自保持繼電器，該繼電器的特點是只有在動作的瞬間需要耗電，動作完成後，不需要消耗電能維持繼電器的狀態。本實用新型優點在於I、通訊總線上電時，不直接供給後級總線，由本實用新型實施的RS-485通訊總線短路保護器，判斷是否合適供給後級總線，對通訊系統無衝擊，有效的保護了通訊系統設備。2、依照本實用新型實施的RS-485通訊總線短路保護器，響應速度快，器件少，成本低。

圖I :本實用新型實施例電原理示意圖具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型做進ー步的說明先假設RS-485總線管理設備的供電總線輸出電壓VDD = 12V，經線路衰減後RS-485通訊總線的短路保護器的輸入電壓為10V，RS-485總線管理設備的供電總線輸入到RS-485通訊總線的短路保護器的掉電與RS-485通訊總線的短路保護器後級短路的響應電壓為6V，Rl、R5取值47K歐，R2取值40K，R3取值IOK歐。結合圖1，具體分析本是實用新型的具體實施方式
，本實用新型所提供的RS-485通訊總線的短路保護器，包括單片機系統、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，其中單片機內置有多路ADC模塊，即模數轉換器模塊、或者同時內置有多路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 ;繼電器採用雙刀雙執型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號總線的A、B線分別獨立使用一個繼電器，其中對應四線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的一組觸點連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點連接取樣Rl、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時輸入單片機的ー個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之間連接串聯電阻網絡R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管Dl，Dl的負端與GND之間跨接ー顆儲能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機的ー個ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對應RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點連接取樣R5、GND,取樣電阻R5另一端連接Vcc，Rl連接繼電器的引腳同時輸入單片機的ー個ADC模塊端ロVin40其電氣工作原理為通訊總線上電時，總線取電電源模塊從總線上獲取電能，作為RS-485通訊總線短路保護器的系統電源，電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，設Ncc為5V，取樣電阻Rl連接Vcc，繼電器I的初始觸點狀態為K1連接取樣電阻Rl，連接點定義為Vinl ；K2連接GND,取樣點Vinl輸入到單片機的一路ADC輸入端ロ，設通訊總線後級線路短路與非短路的比較閥值電平為Vrefl，假設Vrefl為2. 5V，當Vinl低於Vrefl時，判斷為後級通訊總線短路，繼電器I的觸點方向維持初始狀態，切斷後級通訊總線與輸入通訊總線的連接；當Vinl高於Vrefl時，判斷為後級通訊總線不短路，啟動繼電器控制模塊，改變繼電器I的觸點方向，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，連通後級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後級通訊總線是否短路或供電總線是否掉電，串聯電 阻網絡R2、R3，R2連接通訊供電總線的輸入端，R3連接GND，R2和R3的連接點提供了第二個採樣點，定義為Vin2，並設定對應第二個採樣點Vin2，判斷總線的後級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，對於6V的額定值的Vref2，取值為I. 2V，當Vin2高於Vref2時，後級通訊供電總線不短路，繼電器I的觸點方向維持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Vin2低於Vref2時，後級通訊供電總線短路，啟動繼電器I控制模塊，使繼電器I的觸點方向切換到Kl連接取樣電阻R1，K2連接GND，的初始狀態，並啟
用初始狀態判別。3、由於四線RS-485通訊總線除兩條供電總線外，還有兩條信號總線，信號總線短路同樣影響整個系統的運行，本實用新型採用繼電器2控制信號總線的切換，具體原理是取樣電阻R5連接Vcc，Vcc同樣為5V，繼電器2的初始觸點狀態為K1連接取樣電阻R5，連接點定義為Vin4 ；K2連接GND，取樣點Vin4輸入到單片機的一路ADC輸入端ロ，設通訊總線後級線路短路與非短路的比較閥值電平為Vref4，Vref4同樣設定為2. 5V，當Vin4低於Vref4時，判斷為後級通訊信號總線短路，繼電器2的觸點方向維持初始狀態，切斷後級通訊總線與輸入通訊總線的連接，同時繼電器I需要維持觸點連接取樣Rl、GND的狀態；當Vinl高於Vrefl時，判斷為後級通訊信號總線不短路，啟動繼電器控制模塊，改變繼電器2的觸點方向，Kl連接四線RS-485通訊總線中信號總線的485-A，K2連接通訊信號總線485-B，連通後級通訊信號總線與通訊信號總線；4、四線RS-485通訊總線中的信號總線的短路判別的等級優先與供電總線的短路判別，一旦信號總線短路，將不再連通後級總線。5、在後級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能電容Cl儲存的能量。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式，如單片機的選用不同、ADC取樣順序不同等等，但凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型權利要求的保護範圍內。
權利要求1.ー種RS-485通訊總線的短路保護器，用於RS-485總線通訊系統內的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設備內部短路的故障保護，包括單片機系統、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，其中單片機內置有多路ADC模塊，即模數轉換器模塊、或者同時內置有多路ADC模塊和模擬比較器模塊，總線輸入模塊包含電阻分壓網絡，儲能電容及隔離電路；總線取電電源模塊輸出的電源+定義為Vcc，電源-定義為GND，其特徵為繼 電器採用雙刀雙執型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號總線的A、B線分別獨立使用一個繼電器，其中對應四線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的一組觸點連接供電總線的VDD、GND，另ー組觸點連接取樣RU GND，取樣電阻Rl另一端連接Vcc，Rl連接繼電器I的引腳同時輸入單片機的ー個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之間連接串聯電阻網絡R2、R3，VDD的輸入端連接隔離ニ極管D1，D1的負端與GND之間跨接ー顆儲能電容Cl，R2、R3之間的連接引腳輸入單片機的ー個ADC模塊端ロ Vin2 ;其中對應RS-485總線的繼電器2的連接方法為繼電器2的ー組觸點連接RS-485通訊總線的485-A、485-B，另ー組觸點連接取樣R5、GND，取樣電阻R5另一端連接Vcc，R5連接繼電器的引腳同時輸入單片機的ー個ADC模塊端ロ Vin4。
2.根據權利要求I所述的RS-485通訊總線的短路保護器，其特徵在於繼電器採用自保持繼電器。
專利摘要一種RS-485通訊總線的短路保護器，用於RS-485總線通訊系統內的總線線路短路、通訊總線連接的被管理設備內部短路的故障保護，包括單片機系統、總線輸入模塊，總線取電電源模塊、繼電器、繼電器控制模塊，繼電器採用雙刀雙執型繼電器，四線RS-485通訊總線中的供電總線與RS-485信號總線的A、B線分別獨立使用一個繼電器，系統上電時，RS-485通訊總線的短路保護器保持後級通訊總線與輸入通訊總線隔離的狀態，利用從總線上獲取的能源所提供的採樣點電平與預先設定閾值電平比較，判斷後級總線是否存在短路的情況，如後級總線短路，則直接將短路點旁路，同樣對於上電以後的後級總線短路採用分壓網絡測量，具有響應速度快，穩定的特點。
文檔編號H02H3/08GK202405739SQ20112054062
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者吳明星 申請人:吳明星