专利名称：一种rs485接口电路及使用该电路的电能表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种RS485接口电路及使用该电路的电能表，属于电学领域。
背景技术：
RS485通讯是采用差分平衡信号进行数据信息传输的一种方式，具有传输 距离远、抗干扰能力强、通讯速率高等特点，因此RS485通讯模式在电能表通 讯电路中得到了广泛的应用。RS485通信电路核心是一个集成芯片，其中TTL 电平接口共有4个，分别是信号接收、信号接收使能、信号发送、信号发送使 能，因为两个使能信号有效电平相反并且RS485通讯为半双工模式，所以在实 际应用中是将两个使能信号接在一起用一个信号来控制，因此实际上RS485接 口芯片与主机MCU的接口只有3个即接收、发送、使能;应用在电能表上的RS485 通讯接口与主机MCU的接口要求必须电气隔离，因此RS485接口芯片与主机MCU 的接口通过光电耦合器来连接；在电能表上因成本、MCU资源、线路布局等方 面的限制，很多情况下会采用图l所示的电路连接方式，即接收、发送模式的 使能端连接有一个由三极管Ql、电阻R3和电阻R9构成的反相电路，使MCU 与RS485芯片之间只有接收、发送信号两个接口， RS485芯片的使能端控制靠 发送信号本身来实现；在现场电能表应用中，当采用图l所示的电路模式利用 发送信号本身控制RS485芯片使能端时，存在以下问题例如主机MCU在向总 线发送一个字节的数据，当发送信号"0"时，RS485芯片工作于发送模式，信 号"0"可以正常发送到总线上，当发送信号"1"时，RS485芯片则切换为接 收模式，总线被释放，此时如果总线上无匹配电阻或其它低阻抗负载的情况下， 总线因受电路上的A线上拉电阻和B线下拉电阻的影响而处于A正B负的状态 从而等效于发送了信号"1"，也就是说在RS485通讯总线上负载很轻时，能采 用此种电路模式实现通讯功能，如果RS485通讯总线上接有匹配电阻，其典型
3应用为两个120欧姆电阻并接于RS485总线远距离的两端，由于上拉电阻、下 拉电阻和匹配负载电阻串接分压后在总线上得到的电压值很小，例如在上拉电 阻、下拉电阻取值10千欧时总线上得到的电压值约20mV，远小于RS485总线 正逻辑电平200mV的要求，导致通讯不能正常进行。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能保证正常通讯并且利用发送信号控制数 据发送、接收的RS485控制器及使用该控制器的电能表，用来解决现有利用发 送信号本身控制数据发送、接收的RS485控制器及使用该控制器的电能表存在 的由于在数据发送过程中RS485通信芯片没有一直维持在发送模式导致不能正 常通讯的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案 一种RS485接口电路， 该电路包括一个RS485通信接口芯片和一个反相电路，所述的RS485通信接口 芯片的发送器输入接反相电路输入，该RS485通信接口芯片的发送器使能端和 接收器使能端一起接反相电路的输出，它的发送器输出和接收器输入对应接有 一个上拉电阻和一个下拉电阻，其特征在于所述的RS485通信接口芯片的发 送器使能端到地之间接有一个延时电路。
所述的延时电路由一个电阻和一个电容串联构成。
一种电能表，它包括一个单片机和一个RS485接口电路，该RS485接口电 路的接收器输出和发送器输入分别通过一个光耦与所述单片机的其中两个I/O 口连接，所述的RS485接口电路包括一个RS485通信接口芯片和一个反相电路， 所述的RS485通信接口芯片的发送器输入接反相电路输入，该RS485通信接口 芯片的发送器使能端和接收器使能端一起接反相电路的输出，它的发送器输出 和接收器输入对应接有一个上拉电阻和一个下拉电阻，所述的RS485通信接口 芯片的发送器使能端到地之间接有一个延时电路。
所述的延时电路由一个电阻和一个电容串联构成。本实用新型的有益效果是由于无法正常通信的原因是在发送信号为"1"
时RS485通信芯片的使能端为0，接收器使能，RS485通信芯片没有继续维持 在发送模式造成的，因此本发明所述的RS485控制器在RS485通信芯片的使能 端到地增加了一个由电阻和电容串联构成的延时电路来对数据传输前必须先 发送的"0"电平起始位进行延时(因为通讯是按字节进行的，在正式传输数 据前必须先发送一个"0"电平起始位并且在"0"电平时发送器使能)，即在 发送起始位"0"电平的同时延时电路中的电容开始充电，到起始位发送结束 电容充电充满；开始发送数据后，由于电容放电使得在发送一个字节的时间内， RS485芯片的发送器使能端一直处在使能状态，也就是说RS485通信芯片一直 保持在发送模式，这样就可有效保证正常通讯；同时使用本实用新型所述的 RS485控制器的电能表不仅能保证通讯数据的可靠传输并且成本相对增加很少 同时还不需要对MCU的控制程序做任何改变。
图1是一种现有的电能表的电路原理图； 图2是本实用新型所述电能表的电路原理图； 图3是一种现有的电能表发送数据55H时485总线上的波形图； 图4是本实用新型所述电能表发送数据55H时485总线上的波形图。
具体实施方式
图1所示了一种现有的RS485接口电路及使用该电路的电能表，所述的电 能表包括主机MCU，主机MCU的接收器输入RXD和发送器输出TXD对应连接一 个RS485接口电路的发送器输入D和接收器输出R，所述RS485接口电路包括 一个RS485通信接口芯片U3，所述RS485通信接口芯片U3的发送器输入D接 光耦U2中三极管的集电极，发送器输入D还接有一个上拉电阻R2，光耦Ul 中三极管的发射极接地GND485，它的二极管的正极接另一个上拉电阻R5，它的 负极连接到主机MCU的一个发送器输出端，RS485通信接口芯片U3的接收器输 出R接光耦U2中二极管的负极，光耦U2中二极管的正极接第三个上拉电阻R4，它的三极管集电极与主机MCU的接收器输入端以及第四个上拉电阻Rl连接， 它的三极管发射极接地GND，所述的RS485通信接口芯片U3的发送器使能DE 和接收器使能^一起接下拉电阻R9，它们的使能端还一起接三极管Ql的集电 极，三极管Ql的发射极接一个供电电源VCC485,三极管Ql的基极通过电阻 R3接RS485通信接口芯片U3的发送器输入D，其中三极管Ql、电阻R3和电阻 R9构成一个反相电路，所述RS485通信接口芯片U3的发送器输出A和接收器 输入B对应接有第五个上拉电阻R6和第二个下拉电阻R7，发送器输出A和接收 器输入B之间连接有瞬态抑制二极管TVS1 。
图3所示了图1所代表的电能表在其MCU发送数据"55H"时，@1、 @2和 @3处的波形图，根据测试得到的波形图可知，图1中RS485总线上@2对@3处 的正电平值远小于RS485总线逻辑电平最小200mV的要求，因此造成无法正常 通讯。
结合图2来说明本实用新型改进后的RS485接口电路及使用该电路的电能 表，所述的电能表包括主机MCU，主机MCU的接收器输入RXD和发送器输出TXD 对应连接一个RS485控制器的发送器输入D和接收器输出R，所述RS485接口 电路包括一个RS485通信接口芯片U3，所述RS485通信接口芯片U3的发送器 输入D接光耦Ul中三极管的集电极，发送器输入D还接有一个上拉电阻R2， 光耦U1中三极管的发射极接地GND485，它的二极管的正极接另一个上拉电阻 R5，它的负极连接到主机MCU的一个发送器输出端TXD， RS485通信接口芯片U3 的接收器输出R接光耦U1中二极管的负极，光耦U1中二极管的正极接第三个 上拉电阻R4，它的三极管集电极与主机MCU的接收器输入端RXD以及第四个上 拉电阻R1连接，它的三极管发射极接地GND，所述的RS485通信接口芯片U3 的发送器使能DE和接收器使能^一起接一个下拉电阻R9，它们的使能端还一 起接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接供电电源VCC485，三极管Q1 的基极通过电阻R3接RS485通信接口芯片U3的发送器输入D，发送器输入D 到地GND485之间接有R8和Cl串联构成的延时电路，其中三极管Ql、电阻R3和电阻R9构成一个反相电路，所述RS485芯片的发送器输出A和接收器输入B 对应接有第五个上拉电阻R6和第二个下拉电阻R7，发送器输出A和接收器输入 B之间连接有瞬态抑制二极管TVS1。
图2所示电能表电路的工作原理为参考DL/T645-1997多功能电能表通 信规约5. 1节串行通讯字节发送格式规范可知，当电能表MCU发送数据时，第 一个数据位是"0"电平的起始位，此输入电平使图2中TXD1由高电平"1" 变为低电平"0"，这时三极管Ql导通，高电平直接控制RS485通讯芯片U3的 使能端，RS485通讯芯片U3由接收状态转换为发送状态，TXD1处的"0"电 平发送到RS485总线上，在RS485通讯芯片U3使能端电平变高后同时通过电 阻R8给电容C1充电，充电常数设计为100uS，这是根据在电能表中最高标准 通讯速率为9600bps，发送一个数据位的时间为104"S，因此，不管起始位之 后的数据是"0"还是"1"，在起始位持续时间，电容C1就能够完成充电。当 数据起始位结束后，若后续数据是"O"， RS485通讯芯片U3仍为高电平，RS485 通讯芯片U3继续保持在发送状态，将数据"0"发送到RS485总线上；若后续 数据是"1"，则三极管Q1截止，这时电容C1通过电阻R8和电阻R9形成的回 路放电，使RS485通讯芯片U3的使能端保持一定时间的高电平，这个时间由 电容C1、电阻R8、 R9、 RS485芯片的输入阻抗等决定，高电平保持时间设计为 10mS，这是因为标准默认的最常用的通讯速率为1200bps，发送一个数据位的 时间为833 u S， 8个数据位的时间约6. 7mS，因此10mS的时间可以保证一个字 节的数据的有效发送，也就是说在"0"电平的数据起始位结束后的10 mS时 间里，不管后续发送的数据是"1"还是"0"， RS485芯片会一直保持发送的状 态，直到一个字节的数据发送完成。
图4所示了本实用新型所述的电能表在通过MCU发送数据"55H"时，@1、 @2和@3处的波形图，根据测试得到的波形图可知，RS485总线上@2和@3处的 正负电平均能满足RS485总线逻辑电平最小200mV的要求，从而保证了可靠的 通信。
权利要求1.一种RS485接口电路，该电路包括一个RS485通信接口芯片和一个反相电路，所述的RS485通信接口芯片的发送器输入接反相电路输入，该RS485通信接口芯片的发送器使能端和接收器使能端一起接反相电路的输出，它的发送器输出和接收器输入对应接有一个上拉电阻和一个下拉电阻，其特征在于所述的RS485通信接口芯片的发送器使能端到地之间接有一个延时电路。
2. 根据权利要求1所述的RS485接口电路，其特征在于所述的延时 电路由 一个电阻和一个电容串联构成。
3. —种电能表，它包括一个单片机和一个RS485接口电路，该RS485 接口电路的接收器输出和发送器输入分别通过一个光耦与所述单片机的其中 两个I/O 口连接，其特征在于所述的RS485接口电路包括一个RS485通信接 口芯片和一个反相电路，所述的RS485通信接口芯片的发送器输入接反相电路 输入，该RS485通信接口芯片的发送器使能端和接收器使能端一起接反相电路 的输出，它的发送器输出和接收器输入对应接有一个上拉电阻和一个下拉电 阻，所述的RS485通信接口芯片的发送器使能端到地之间接有一个延时电路。
4. 根据权利要求3所述的一种电能表，其特征在于所述的延时电路 由一个电阻和一个电容串联构成。
专利摘要本实用新型涉及一种RS485接口电路及使用该电路的电能表，所述的RS485接口电路包括RS485通信接口芯片和反相电路，所述的RS485通信接口芯片的发送器输入接反相电路输入，它的发送器使能和接收器使能一起接反相电路的输出，它的发送器输出和接收器输入对应接一个上拉电阻和一个下拉电阻，它的发送器使能端到地之间接有一个延时电路，所述电能表包括一个单片机和一个RS485接口电路，该RS485接口电路的接收器输出和发送器输入分别通过一个光耦接单片机的两个I/O口，本实用新型用来解决现有RS485接口电路及使用该电路的电能表存在当发送数据时RS485通信芯片不能一直维持在发送模式导致不能通讯的问题。
文档编号G01R22/00GK201434881SQ20092009178
公开日2010年3月31日 申请日期2009年6月10日 优先权日2009年6月10日
发明者刘志宏, 都正周 申请人:许继集团有限公司;河南许继仪表有限公司