专利名称：一种rs-485通讯总线的短路保护器的制作方法
技术领域：
本实用新 型涉及ー种RS-485通讯总线的短路保护器，适用于RS-485总线系统中总线线路短路、通讯总线连接的被管理设备内部短路的故障保护，，尤其是与管理主机通过RS-485总线组成网络的无源数传直读式水表、气表、电表以及其他报警、监控设备的通讯系统。
技术背景近几年，随着技术的发展，无源数传式水表、气表、电表抄表系统、及其他报警、监控设备管理系统得到了广泛的运用，在无源网络系统中，大量使用带电压供给的四线RS-485通讯总线网络，四线RS-485通讯总线指除RS-485已有的A、B两条通讯线外，还带有两条供电线VDD、GND的四线通讯总线，系统内管理设备通过四线RS-485通讯总线连接若干个被管理设备，并通过四线RS-485通讯总线对被管理设备供电，四线RS-485通讯总线网络在使用过程中，经常出现由于通讯总线的某个位置短路或连接若干个被管理设备中的某ー个被管理设备短路，导致整个系统瘫痪，且为了寻找短路点，需对线路一段、一段的排查，工作量非常大，严重影响了技术的推广与使用。实用新型内容本实用新型的设计目的是提供ー种RS-485通讯总线的短路保护器，用于RS-485总线通讯系统内的总线线路短路、通讯总线连接的被管理设备内部短路的故障保护，的故障保护，通过RS-485通讯总线的短路保护器，将RS-485通讯总线的短路保护器之后的短路点从总线系统内旁路掉，使RS-485通讯总线的短路保护器之前的通讯总线线路不受后级短路点的影响。本实用新型所提供的RS-485通讯总线的短路保护器，包括单片机系统、总线输入模块，总线取电电源模块、继电器、继电器控制模块，其中单片机内置有多路ADC模块，SP模数转换器模块、或者同时内置有多路ADC模块和模拟比较器模块，总线输入模块包含电阻分压网络，储能电容及隔离电路；总线取电电源模块输出的电源+定义为Vcc，电源-定义为GND。本实用新型为实现上述目的，采用以下方案继电器采用双刀双执型继电器，四线RS-485通讯总线中的供电总线与RS-485信号总线的A、B线分别独立使用一个继电器，其中对应四线RS-485通讯总线中的供电总线的继电器I的连接方法为继电器I的一组触点连接供电总线的VDD、GND，另ー组触点连接取样R1、GND，取样电阻Rl另一端连接Vcc，Rl连接继电器I的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vinl，四线RS-485通讯总线的供电总线在输出端VDD与GND之间连接串联电阻网络R2、R3，VDD的输入端连接隔离ニ极管Dl，Dl的负端与GND之间跨接ー颗储能电容Cl，R2、R3之间的连接引脚输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vin2 ;其中对应RS-485总线的继电器2的连接方法为继电器2的ー组触点连接RS-485通讯总线的485-A、485-B，另ー组触点连接取样R5、GND，取样电阻R5另一端连接Vcc，R5连接继电器的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vin4 ;其电气工作原理为通讯总线上电时，总线取电电源模块从总线上获取电能，作为RS-485通讯总线短路保护器的系统电源，电源+定义为Vcc，电源-定义为GND，取样电阻Rl连接Vcc，继电器I的初始触点状态为K1连接取样电阻Rl，连接点定义为Vinl ；K2连接GND，取样点Vinl输入到单片机的一路ADC输入端ロ，设通讯总线后级线路短路与非短路的比较阀值电平为Vref 1，当Vinl低于Vrefl时，判断为后级通讯供电总线短路，继电器I的触点方向维持初始状态，切断后级通讯总线与输入通讯总线的连接；当Vinl高于Vrefl时，判断为后级通讯总线不短路，启动继电器控制模块，改变继电器I的触点方向，Kl连接四线RS-485通讯总线中供电总线的VDD，Κ2连接通讯总线GND，连通后级通讯供电总线与输入通讯供电总线；为了判断在通讯过程中的后级通讯供电总线是否短路或供电总线是否掉电，串联电阻 网络R2、R3，R2连接通讯供电总线的输入端，R3连接GND，R2和R3的连接点提供了第二个采样点，定义为Vin2，并设定对应第二个采样点Vin2，判断总线的后级供电线路短路与非短路，或四线RS-485通讯总线中供电总线是否掉电的比较阀值电平为Vref2，当Vin2高于Vref2时，后级通讯供电总线不短路，继电器I的触点方向维持Kl连接通讯供电总线VDD，K2连接通讯供电总线GND的模式；当Vin2低于Vref2时,后级通讯供电总线短路或输入通讯总线掉电，启动继电器I控制模块，使继电器I的触点方向切換到Kl连接取样电阻R1，K2连接GND，的初始状态，并启用初始状态判別。由于四线RS-485通讯总线除两条供电总线外，还有两条信号总线，信号总线短路同样影响整个系统的运行，本实用新型采用继电器2控制信号总线的切換，具体工作原理是取样电阻R5连接Vcc，继电器2的初始触点状态为K1连接取样电阻R5，连接点定义为Vin4 ；K2连接GND，取样点Vin4输入到单片机的一路ADC输入端ロ，设通讯总线后级线路短路与非短路的比较阀值电平为Vref4，当Vin4低于Vref4时，判断为后级通讯信号总线短路，继电器2的触点方向維持初始状态，切断后级通讯总线与输入通讯总线的连接，同时继电器I需要维持触点连接取样R1、GND的状态；当Vin4高于Vref4时，判断为后级通讯信号总线不短路，启动继电器控制模块，改变继电器2的触点方向，Kl连接四线RS-485通讯总线中信号总线的485-A，K2连接通讯信号总线485-B，连通后级通讯信号总线与通讯信号总线；四线RS-485通讯总线中的信号总线的短路判别的等级优先与供电总线的短路判另IJ，一旦信号总线短路，将不再连通后级总线。在后级通讯总线短路与通讯总线掉电的情况下，继电器的控制能源为储能电容Cl储存的能量。为降低依照本实用新型实施的RS-485通讯总线短路保护器自身功耗，继电器采用自保持继电器，该继电器的特点是只有在动作的瞬间需要耗电，动作完成后，不需要消耗电能维持继电器的状态。本实用新型优点在于I、通讯总线上电时，不直接供给后级总线，由本实用新型实施的RS-485通讯总线短路保护器，判断是否合适供给后级总线，对通讯系统无冲击，有效的保护了通讯系统设备。2、依照本实用新型实施的RS-485通讯总线短路保护器，响应速度快，器件少，成本低。
图I :本实用新型实施例电原理示意图具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型做进ー步的说明先假设RS-485总线管理设备的供电总线输出电压VDD = 12V，经线路衰减后RS-485通讯总线的短路保护器的输入电压为10V，RS-485总线管理设备的供电总线输入到RS-485通讯总线的短路保护器的掉电与RS-485通讯总线的短路保护器后级短路的响应电压为6V，Rl、R5取值47K欧，R2取值40K，R3取值IOK欧。结合图1，具体分析本是实用新型的具体实施方式
，本实用新型所提供的RS-485通讯总线的短路保护器，包括单片机系统、总线输入模块，通讯接ロ模块、总线取电电源模块、继电器、继电器控制模块，其中单片机内置有多路ADC模块，即模数转换器模块、或者同时内置有多路ADC模块和模拟比较器模块，总线输入模块包含电阻分压电路，电容储能及隔离电路；总线取电电源模块输出的电源+定义为Vcc，电源-定义为GND ;继电器采用双刀双执型继电器，四线RS-485通讯总线中的供电总线与RS-485信号总线的A、B线分别独立使用一个继电器，其中对应四线RS-485通讯总线中的供电总线的继电器I的连接方法为继电器I的一组触点连接供电总线的VDD、GND，另ー组触点连接取样Rl、GND，取样电阻R5另一端连接Vcc，Rl连接继电器I的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vinl，四线RS-485通讯总线的供电总线在输出端VDD与GND之间连接串联电阻网络R2、R3，VDD的输入端连接隔离ニ极管Dl，Dl的负端与GND之间跨接ー颗储能电容Cl，R2、R3之间的连接引脚输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vin2 ;其中对应RS-485总线的继电器2的连接方法为继电器2的ー组触点连接RS-485通讯总线的485-A、485-B，另ー组触点连接取样R5、GND,取样电阻R5另一端连接Vcc，Rl连接继电器的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロVin40其电气工作原理为通讯总线上电时，总线取电电源模块从总线上获取电能，作为RS-485通讯总线短路保护器的系统电源，电源+定义为Vcc，电源-定义为GND，设Ncc为5V，取样电阻Rl连接Vcc，继电器I的初始触点状态为K1连接取样电阻Rl，连接点定义为Vinl ；K2连接GND,取样点Vinl输入到单片机的一路ADC输入端ロ，设通讯总线后级线路短路与非短路的比较阀值电平为Vrefl，假设Vrefl为2. 5V，当Vinl低于Vrefl时，判断为后级通讯总线短路，继电器I的触点方向維持初始状态，切断后级通讯总线与输入通讯总线的连接；当Vinl高于Vrefl时，判断为后级通讯总线不短路，启动继电器控制模块，改变继电器I的触点方向，KI连接四线RS-485通讯总线中供电总线的VDD，K2连接通讯总线GND，连通后级通讯供电总线与输入通讯供电总线；2、为了判断在通讯过程中的后级通讯总线是否短路或供电总线是否掉电，串联电 阻网络R2、R3，R2连接通讯供电总线的输入端，R3连接GND，R2和R3的连接点提供了第二个采样点，定义为Vin2，并设定对应第二个采样点Vin2，判断总线的后级供电线路短路与非短路，或四线RS-485通讯总线中供电总线是否掉电的比较阀值电平为Vref2，例证中R2取值40K，R3取值10K，对于6V的额定值的Vref2，取值为I. 2V，当Vin2高于Vref2时，后级通讯供电总线不短路，继电器I的触点方向維持Kl连接通讯供电总线VDD，K2连接输入通讯供电总线GND的模式；当Vin2低于Vref2时，后级通讯供电总线短路，启动继电器I控制模块，使继电器I的触点方向切换到Kl连接取样电阻R1，K2连接GND，的初始状态，并启
用初始状态判別。3、由于四线RS-485通讯总线除两条供电总线外，还有两条信号总线，信号总线短路同样影响整个系统的运行，本实用新型采用继电器2控制信号总线的切換，具体原理是取样电阻R5连接Vcc，Vcc同样为5V，继电器2的初始触点状态为K1连接取样电阻R5，连接点定义为Vin4 ；K2连接GND，取样点Vin4输入到单片机的一路ADC输入端ロ，设通讯总线后级线路短路与非短路的比较阀值电平为Vref4，Vref4同样设定为2. 5V，当Vin4低于Vref4时，判断为后级通讯信号总线短路，继电器2的触点方向維持初始状态，切断后级通讯总线与输入通讯总线的连接，同时继电器I需要維持触点连接取样Rl、GND的状态；当Vinl高于Vrefl时，判断为后级通讯信号总线不短路，启动继电器控制模块，改变继电器2的触点方向，Kl连接四线RS-485通讯总线中信号总线的485-A，K2连接通讯信号总线485-B，连通后级通讯信号总线与通讯信号总线；4、四线RS-485通讯总线中的信号总线的短路判别的等级优先与供电总线的短路判别，一旦信号总线短路，将不再连通后级总线。5、在后级通讯总线短路与通讯总线掉电的情况下，继电器的控制能源为储能电容Cl储存的能量。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，如单片机的选用不同、ADC取样顺序不同等等，但凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.ー种RS-485通讯总线的短路保护器，用于RS-485总线通讯系统内的总线线路短路、通讯总线连接的被管理设备内部短路的故障保护，包括单片机系统、总线输入模块，总线取电电源模块、继电器、继电器控制模块，其中单片机内置有多路ADC模块，即模数转换器模块、或者同时内置有多路ADC模块和模拟比较器模块，总线输入模块包含电阻分压网络，储能电容及隔离电路；总线取电电源模块输出的电源+定义为Vcc，电源-定义为GND，其特征为继 电器采用双刀双执型继电器，四线RS-485通讯总线中的供电总线与RS-485信号总线的A、B线分别独立使用一个继电器，其中对应四线RS-485通讯总线中的供电总线的继电器I的连接方法为继电器I的一组触点连接供电总线的VDD、GND，另ー组触点连接取样RU GND，取样电阻Rl另一端连接Vcc，Rl连接继电器I的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vinl，四线RS-485通讯总线的供电总线在输出端VDD与GND之间连接串联电阻网络R2、R3，VDD的输入端连接隔离ニ极管D1，D1的负端与GND之间跨接ー颗储能电容Cl，R2、R3之间的连接引脚输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vin2 ;其中对应RS-485总线的继电器2的连接方法为继电器2的ー组触点连接RS-485通讯总线的485-A、485-B，另ー组触点连接取样R5、GND，取样电阻R5另一端连接Vcc，R5连接继电器的引脚同时输入单片机的ー个ADC模块端ロ Vin4。
2.根据权利要求I所述的RS-485通讯总线的短路保护器，其特征在于继电器采用自保持继电器。
专利摘要一种RS-485通讯总线的短路保护器，用于RS-485总线通讯系统内的总线线路短路、通讯总线连接的被管理设备内部短路的故障保护，包括单片机系统、总线输入模块，总线取电电源模块、继电器、继电器控制模块，继电器采用双刀双执型继电器，四线RS-485通讯总线中的供电总线与RS-485信号总线的A、B线分别独立使用一个继电器，系统上电时，RS-485通讯总线的短路保护器保持后级通讯总线与输入通讯总线隔离的状态，利用从总线上获取的能源所提供的采样点电平与预先设定阈值电平比较，判断后级总线是否存在短路的情况，如后级总线短路，则直接将短路点旁路，同样对于上电以后的后级总线短路采用分压网络测量，具有响应速度快，稳定的特点。
文档编号H02H3/08GK202405739SQ20112054062
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者吴明星 申请人:吴明星