一种RS485通讯电路的制作方法

本实用新型涉及一种通讯电路，更具体地说，它涉及一种RS485通讯电路。

背景技术：

采集器在远程抄表系统中作为计量表和集中器的通讯中转站，是不可缺少的重要设备，而通讯处理模块是电能表系统进行外界通讯的重要模块。RS-485采用平衡发送和差分接收，具有抑制共模干扰的能力，加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复，是智能仪器仪表行业在用最常规的通信方式，而且使用范围也是非常广泛的。

公开号为CN203747788U的中国实用新型专利公开了一种具有极性检测的RS485电路，包括具有极性的RS485芯片，所述的RS485 芯片包括数据发送端口、数据接收端口以及时序控制端口，RS485芯片还包括正极性输出端子和负极性输出端子，所述数据接收端口串联第一电阻R1，所述的第一电阻R1并联一极性检测电阻R2，所述的第一电阻R1和极性检测电阻R2的连接点连接一上拉电阻R3，由第一直流电源供电，所述在数据发送端口S1、数据接收端口S2以及时序控制端口S3分别连接有一光耦隔离电路。虽然上述的电路能够有效判断电路的极性，但是该电路存在一下缺点：没有设置阻抗匹配，将引起传输信号的反射，使数字波形产生振荡，造成逻辑混乱；输入端会形成浪涌电压影响信号的传输。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种RS485通讯电路，能够达到特性匹配，并限制浪涌电压，起到过压保护作用。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种RS485通讯电路，包括与控制器连接的隔离电路、与所述隔离电路连接的转换电路、以及与所述转换电路连接的保护电路，所述保护电路连接于双绞线的A、B端，还包括：

阻抗匹配电路，与所述转换电路和所述保护电路连接，用于使信号线的负载与信号线的特性阻抗相匹配；所述保护电路包括：

一级保护电路，与双绞线的A、B端连接，用于限制浪涌电压；

二级保护电路，与所述一级保护电路电连接，用于过流保护；

三级保护电路，与所述二级保护电路电连接，用于限制瞬时电压。

通过采用上述技术方案，一级保护电路、二级保护电路和三级保护电路分别起到限制浪涌电压、过流保护、防护电快速瞬变脉冲群的作用，防止雷击产生的浪涌电流和接线错接到220V高压上引发的过压；另外，阻抗匹配电路的设置能够减弱传输信号的反射，减小使数字波形产生振荡，造成逻辑混乱的概率，从而提高信号传输的可靠性。

进一步的，所述一级保护电路包括依次串联的第一气体放电管、第二气体放电管、第三气体放电管，其中，第一气体放电管和第三气体放电管的另一端均接地，第一气体放电管和第二气体放电管的连接点连接于双绞线的A端，第二气体放电管和第三气体放电管的连接点连接于双绞线的B端。

通过采用上述技术方案，限制浪涌电压，起到过压保护作用。

进一步的，所述二级保护电路包括：

第一热敏电阻，其一端连接于第一气体放电管和第二气体放电管的连接点，另一端连接于三级保护电路；

第二热敏电阻，其一端连接于第二气体放电管和第三气体放电管的连接点，另一端连接于三级保护电路；

其中，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻均采用PTC热敏电阻。

通过采用上述技术方案，起到过流保护作用。

进一步的，所述三级保护电路包括依次串联的第一瞬态抑制二极管、第二瞬态抑制二极管、第三瞬态抑制二极管，其中，第一瞬态抑制二极管和第三瞬态抑制二极管的另一端均接地，第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管的连接点连接于第一热敏电阻的另一端，第二瞬态抑制二极管和第三瞬态抑制二极管的连接点连接于第二热敏电阻的另一端。

通过采用上述技术方案，用于电快速瞬变脉冲群的防护同时将电压不会高于转换芯片的保护电压。

进一步的，所述转换电路包括：

转换芯片；

退偶电容，连接于所述转换芯片的电源端，用于滤除电源高频成分。

通过采用上述技术方案，用退偶电容滤除电源高频成分对芯片的影响。

进一步的，所述阻抗匹配电路包括连接于所述转换芯片的A端和B端的匹配电阻，所述匹配电阻采用120欧姆。

通过采用上述技术方案，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120 Ω左右，匹配电阻的阻值选取120欧姆。

进一步的，所述转换电路还包括：

上拉电阻，其一端连接于转换芯片的电源端，另一端连接于匹配电阻的一端；

下拉电阻，其一端连接于匹配电阻的另一端，另一端接地。

通过采用上述技术方案，能够在电路驱动器关闭时给线路一个固定的电平，防止通信异常。

进一步的，所述转换电路还包括：

第一电阻，其一端连接于上拉电阻和匹配电阻的连接点，另一端连接于第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管的连接点；

第二电阻，其一端连接于下拉电阻和匹配电阻的连接点，另一端连接于第二瞬态抑制二极管和第三瞬态抑制二极管的连接点。

通过采用上述技术方案，使得上拉电阻和下拉电阻的阻值可取得再大些，防止发送方驱动器的负载太重。

进一步的，所述隔离电路包括：

第一光电耦合器，其发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于转换芯片的接收器输出端，其光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和控制器的串口接收端；

第二光电耦合器，其光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和转换芯片的驱动器输入端，其发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于控制器的串口发送端；

第三光电耦合器，其光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和转换芯片的接收器输出使能端和驱动器输出使能端，其发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于控制器的一端口。

通过采用上述技术方案，隔离电路的设置实现了电气隔离，可有效保护电路不受RS-485传输线上浪涌电流的损害。

进一步的，所述转换芯片的驱动器输入端与转换芯片的接收器输出使能端或驱动器输出使能端之间设置有反相电路。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1、三级保护电路的设置可有效防止浪涌电压对电路的影响，并起到过压保护作用；

2、控制器与转换芯片利用光耦隔离，可有效保护电路不受RS-485传输线上浪涌电流的损害；

3、匹配电阻的设置能够减小传输信号的反射，提高信号传输的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的保护电路和转换电路的电路原理图；

图2为隔离电路的电路原理图。

附图标记：2、转换电路；3、保护电路；4、阻抗匹配电路；5、一级保护电路；6、二级保护电路；7、三级保护电路；8、退偶电容；9、第一光电耦合器；10、第二光电耦合器；11、第三光电耦合器；12、反相电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

一种RS485通讯电路，参照图1，包括双绞线的A、B端连接的保护电路3、以及与保护电路3电连接的转换电路2和阻抗匹配电路4。

其中，保护电路3包括与双绞线的A、B端连接的用于限制浪涌电压一级保护电路5、与一级保护电路5电连接的用于过流保护的二级保护电路6、与二级保护电路6电连接的用于限制瞬时电压的三级保护电路7，一级保护电路5包括依次串联的第一气体放电管GAS1、第二气体放电管GAS2、第三气体放电管GAS3，其中，第一气体放电管GAS1和第三气体放电管GAS3的另一端均接地，第一气体放电管GAS1和第二气体放电管GAS2的连接点连接于双绞线的A端，第二气体放电管GAS2和第三气体放电管GAS3的连接点连接于双绞线的B端。二级保护电路6包括第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2，其中，第一热敏电阻PTC1的一端连接于第一气体放电管GAS1和第二气体放电管GAS2的连接点；第二热敏电阻PTC2的一端连接于第二气体放电管GAS2和第三气体放电管GAS3的连接点。三级保护电路7包括依次串联的第一瞬态抑制二极管TVS1、第二瞬态抑制二极管TVS2、第三瞬态抑制二极管TVS3，其中，第一瞬态抑制二极管TVS1和第三瞬态抑制二极管TVS3的另一端均接地，第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2的连接点连接于第一热敏电阻PTC1的另一端，第二瞬态抑制二极管TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3的连接点连接于第二热敏电阻PTC2的另一端。当RS-485总线与电力线(例如，220VAC)短路时，二级保护电路6和三级保护电路7可提供差模过压保护。正常情况下，第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2相当于串接在回路中的限流电阻，是一个固定阻值，当外部线路发生过压时，瞬态抑制二极管被击穿，将电压篏位在6V8，使RS485芯片得到可靠保护，此时，大电流通过第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2，使其阻值发生阶跃性变化，其数量级在4-5之间，这样，串接在回路中的第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2呈现高阻态，达到保护目的。过压消失后，系统将恢复正常。恢复正常需要一个时间间隔，这个间隔取决于第一热敏电阻PTC1和第二热敏电阻PTC2的散热情况。另外，瞬态抑制二极管的过压保护的限值为6V8。

转换电路2包括型号为ADM487EARZ的转换芯片，该转换芯片的电源端连接有用于滤除电源高频成分的退偶电容8。并且，转换芯片的电源端还连接有上拉电阻RS9，上拉电阻RS9的另一端连接于匹配电阻的一端；匹配电阻的另一端连接于下拉电阻RS11，该下拉电阻RS11另一端接地。上拉电阻RS9和下拉电阻RS11的主要作用是在电路驱动器关闭时给线路以一个固定的电平。由于转换芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，即所有转换芯片都处于接收态时，接收器输出状态不定，如果为1的话没有问题，如果为0的话，会使接收器认为是新的通信开始，从而导致通讯异常。所以我们会在A、B线上面设上拉电阻RS9和下拉电阻RS11，以尽量避免这种不确定状态。

另外，为了使上拉电阻RS9和下拉电阻RS11的阻值可取得再大些，防止发送方驱动器的负载太重，转换电路2中还包括第一电阻RS12和第二电阻RS13，第一电阻的一端连接于上拉电阻RS9和匹配电阻RS10的连接点，另一端连接于第一瞬态抑制二极管TVS1和第二瞬态抑制二极管TVS2的连接点；第二电阻的一端连接于下拉电阻RS11和匹配电阻RS10的连接点，另一端连接于第二瞬态抑制二极管TVS2和第三瞬态抑制二极管TVS3的连接点。

阻抗匹配电路4包括如上所提的连接于转换芯片的A端和B端的匹配电阻RS10，匹配电阻采用120欧姆。这是因为通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120 Ω左右。

另外，参照图2，为了提高抗干扰能力，有效保护电路3不受RS-485传输线上浪涌电流的损害，在控制器和转换电路2之间连接了隔离电路，隔离电路包括第一光电耦合器9、第二光电耦合器10、第三光电耦合器11，其中，第一光电耦合器9的发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于转换芯片的接收器输出端，其光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和控制器的串口接收端；第二光电耦合器10的光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和转换芯片的驱动器输入端，其发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于控制器的串口发送端；第三光电耦合器11的光电三极管的发射极接地，集电极连接于电源电压和转换芯片的接收器输出使能端和驱动器输出使能端，其发光二极管的阳极连接于电源电压，阴极连接于控制器的一端口。转换芯片ADM487EARZ的Pin1引脚通过光耦隔离接到对用控制器的串口接收端。Pin4引脚通过光耦隔离接到对用控制器的串口发射端。控制器的串口发射端通过第三光电耦合器11隔离后，再将信号经过一个反相电路12，本实施例中，相电路采用NPN三极管，NPN三极管反相后再去控制Pin2和Pin3。当系统不处于发射状态时控制器的串口发射端处于高电平，第三光电耦合器11的发光二极管没有导通，后端的光电三极管没有接受到任何信号，所以也处于截止状态（高阻状态），即转换芯片的驱动器输入端为高电平，转换芯片的驱动器输入端信号经过NPN三极管反相后变为低电平即485CTL，即芯片的Pin2和Pin3都为低电平，对比该芯片的引脚功能描述该芯片处于接收状态（信号方向由ADM487EARZ指向控制器）；同理当控制器往发送数据时，控制器的串口发射端为低电平，经转换后Pin2和Pin3为高电平，对比该芯片的引脚功能描述，该芯片处于发射状态（信号方向由控制器指向ADM487EARZ）。其中，Pin1对应转换芯片的接收器输出端，Pin2对应转换芯片的接收器输出使能端，Pin3对应转换芯片的驱动器输出使能端，Pin4对应转换芯片的驱动器输入端。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。