一種RS485數(shù)據(jù)路由器的研制

羅可楊

摘? ?要：通過(guò)對(duì)RS485數(shù)據(jù)路由器的特征、技術(shù)方案及原理進(jìn)行論述后得出，該表電路簡(jiǎn)單、控制方便，實(shí)現(xiàn)了單相電、三相電兩用，一表多用，能同時(shí)監(jiān)測(cè)3路單相電用電設(shè)備的電壓、電流、功率、用電量及其電纜溫度，提高了監(jiān)測(cè)路數(shù)，滿足了用戶想獲取多條支路用電設(shè)備狀態(tài)的需求。

關(guān)鍵詞：RS485? 電表? 數(shù)據(jù)路由器

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ760.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（a）-0142-02

隨著計(jì)量自動(dòng)化抄表要求越來(lái)越高，為了保證現(xiàn)貨交易用戶可靠抄表，凡參與市場(chǎng)直購(gòu)電用戶必須進(jìn)行雙終端、雙通道改造[1];交易用戶用電量普遍比較大，為了防范電費(fèi)回收風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)該類(lèi)用戶采取預(yù)付費(fèi)控制。由于負(fù)荷管理終端和電能計(jì)量表之間的通訊、電能表與售電控制器之間的通訊通過(guò)RS485通訊，且RS485總線輸入端能識(shí)別的靈敏度在±200mV，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)費(fèi)表只有2個(gè)RS485口，如果將備用終端與售電控制器并接到同一個(gè)RS485口，備用終端與售電控制器同時(shí)取數(shù)，會(huì)導(dǎo)致RS485總線電壓無(wú)法達(dá)到-200mV的標(biāo)準(zhǔn)要求，可能會(huì)通訊失敗或獲取數(shù)據(jù)有誤[2]，有誤跳預(yù)付費(fèi)開(kāi)關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，使現(xiàn)場(chǎng)RS485接口無(wú)法同時(shí)滿足接入雙終端與預(yù)付費(fèi)控制器的問(wèn)題。

1? 工作方式及特點(diǎn)

在控制網(wǎng)絡(luò)中，RS485通信路由器和扇出器將數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)分隔開(kāi)來(lái)。

路由器根據(jù)事先劃分的不同信道將收到的指令完整地輸送到各個(gè)設(shè)備端，如數(shù)據(jù)采集、控制模塊等。如果需要拓展使用空間，可利用兩臺(tái)或多臺(tái)路由器實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，每臺(tái)路由器最多可級(jí)聯(lián)12臺(tái)相同設(shè)備，而級(jí)聯(lián)的設(shè)備總數(shù)沒(méi)有限制。在控制系統(tǒng)以太網(wǎng)上連接的多臺(tái)RS485通信路由器將控制網(wǎng)絡(luò)按要求有條理地劃分開(kāi)來(lái)，可以在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上進(jìn)行設(shè)置將各個(gè)通信路由器靈活劃分成區(qū)、成片，方便管理和控制。485網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間相互獨(dú)立，一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題不會(huì)影響到其它設(shè)備的正常通信。因?yàn)樵趯?shí)際使用中路由器工作組多處在網(wǎng)絡(luò)層，相對(duì)應(yīng)用層而言是“透明”的，即終端和數(shù)據(jù)庫(kù)與前端模塊間通信時(shí)可視其為一段導(dǎo)線，因此不會(huì)增加上層通信軟件的設(shè)計(jì)難度。

同步事例觸發(fā)系統(tǒng)中，路由器作為扇出器使用，連接同步事例服務(wù)器和同步觸發(fā)設(shè)備。多臺(tái)扇出器可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，由于每臺(tái)扇出器的規(guī)格相同，所以信號(hào)進(jìn)出延時(shí)也相同，而且在每一級(jí)扇出器至同步觸發(fā)設(shè)備間的電纜（光纖）的長(zhǎng)度在工程中均有嚴(yán)格要求，因此可以保證統(tǒng)一時(shí)延，這一點(diǎn)在控制同步觸發(fā)時(shí)至關(guān)重要。在工程中使用的扇出器有RS485型和光纖型兩種，以應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同環(huán)境和設(shè)備的要求。實(shí)際使用中為了最大限度地降低通信誤碼率同時(shí)保證設(shè)備通用性，一般采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，即每個(gè)RJ11插座對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)485設(shè)備，每臺(tái)路由器與各個(gè)與之連接的模塊組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于每個(gè)設(shè)備和服務(wù)器間獨(dú)享一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。因此編寫(xiě)模塊程序時(shí)不用再考慮因總線爭(zhēng)用引起的通信問(wèn)題，同時(shí)也避免了端接電阻匹配不當(dāng)影響通信質(zhì)量。表面上看來(lái)，星型網(wǎng)絡(luò)的成本高于總線型網(wǎng)絡(luò)，但在實(shí)際使用過(guò)程中反而節(jié)約了成本。

（1）節(jié)約開(kāi)發(fā)成本：為了保證施工設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展，首先要加大對(duì)通信系統(tǒng)的檢測(cè)力度，確保通信電路的標(biāo)準(zhǔn)化，由此進(jìn)一步消除施工中存在的安全隱患，其次要盡量縮短設(shè)計(jì)周期，從而使開(kāi)發(fā)成本得到降低。

（2）節(jié)約維護(hù)成本：加大對(duì)系統(tǒng)的檢測(cè)力度可以在一定程度上減少現(xiàn)場(chǎng)故障率的發(fā)生，因此不僅縮短了維護(hù)時(shí)間，而且也起到了節(jié)約維護(hù)成本的作用。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的使用是保證整體施工質(zhì)量的前提，在整體工程建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。不僅可以使施工成本得到降低，而且還能避免設(shè)備間出現(xiàn)兼容性現(xiàn)象。

RS485通信路由器的加入，不僅使總線型網(wǎng)絡(luò)得到優(yōu)化，而且還更方便于對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，在通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作過(guò)程中擔(dān)任重要角色。經(jīng)過(guò)具體實(shí)踐可知，RS485通信路由器完全能滿足系統(tǒng)對(duì)通信的要求，因此可以在工程控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

2? 具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于RS485數(shù)據(jù)路由共享的電表，包括RS485通信電路，溫度采集模塊，電量采集模塊，ARM處理器單元、磁保持繼電器、雙向驅(qū)動(dòng)電路;RS485通信電路，溫度采集模塊，電量采集模塊，磁保持繼電器、雙向驅(qū)動(dòng)電路分別與ARM處理器單元連接。

電量采集模塊包括交流電壓采樣子電路，交流電壓采樣子電路包括依次連接的三相計(jì)量芯片、電壓互感器;電量采集模塊還包括交流電流采樣子電路，交流電流采樣子電路包括依次連接的三相計(jì)量芯片、電流互感器。

溫度采集模塊包含采樣電阻、熱敏電阻溫度探頭，采樣電阻與熱敏電阻溫度探頭構(gòu)成串聯(lián)分壓電路;采樣電阻的阻值為5～10kΩ;熱敏電阻溫度探頭的電阻會(huì)隨著線纜溫度升高而減小。

ARM處理器單元包括ARM芯片、ID識(shí)別單元、時(shí)間管理單元;ID識(shí)別單元、時(shí)間管理單元分別與ARM芯片連接;ID識(shí)別單元設(shè)有專屬于每臺(tái)智能電表的ID號(hào)碼，所述ID號(hào)碼用于與外部智能主機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互時(shí)的識(shí)別，防止外部智能主機(jī)對(duì)智能電表設(shè)備的數(shù)據(jù)識(shí)別錯(cuò)誤。

電量采集模塊設(shè)置脈沖指示燈和校表端子，脈沖指示燈連接電量采集模塊的數(shù)據(jù)端，校表端子連接電量采集模塊的脈沖輸出端。

RS485通信電路采用BC184型的RS485芯片;ARM芯片是ARM9芯片。

3? 工作原理

電量采集模塊將采集到的交流電流、電壓信號(hào)進(jìn)行處理，并換為數(shù)字信號(hào)在內(nèi)部做運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果以脈沖信號(hào)通SPI接口傳輸給ARM處理器單元，ARM處理器單元對(duì)電量采集模塊傳輸過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，并根據(jù)RS485通信電路傳送至外部終端。在電表運(yùn)行的過(guò)程中，ARM處理器單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓、功率與線纜溫度，時(shí)間管理單元記錄設(shè)備的用電安全狀態(tài)（電流/電壓/功率/線纜溫度是否超額），并將這些數(shù)據(jù)處理后通過(guò)RS485通信電路傳輸?shù)酵獠恐悄苤鳈C(jī)。

溫度采集模塊熱敏電阻溫度探頭采集線纜溫度，并將電壓模擬信號(hào)形式傳輸給ARM處理器單元，ARM處理器單元對(duì)電壓模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，判斷線纜溫度是否超過(guò)額定值。若超過(guò)額定值，控制繼電器保護(hù)電路執(zhí)行斷電保護(hù)。同時(shí)，相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)RS485數(shù)據(jù)路由器的特征、方案、原理進(jìn)行論述表明，新型智能電表電路簡(jiǎn)單、控制方便，實(shí)現(xiàn)了單相電、三相電兩用，一表多用，還能同時(shí)監(jiān)測(cè)3路單相電用電設(shè)備的電壓、電流、功率、用電量及其電纜溫度，極大地提高了監(jiān)測(cè)路數(shù)，滿足用戶想獲取多條支路用電設(shè)備狀態(tài)的需求;該表采用采集模塊，模塊引線與主板對(duì)應(yīng)電子連接，減少了空間，節(jié)約了成本，與抄表智能終端通訊，可實(shí)現(xiàn)電量集中抄取，性能可靠，傳輸快且準(zhǔn)確，程序穩(wěn)定，而且外觀美觀易安裝。

參考文獻(xiàn)

[1] 計(jì)超豪，邱殿聰，王即墨，等.智能路由器數(shù)據(jù)取證方法[J].刑事技術(shù)，2019（5）：447-450.

[2] 郭抒然，謝超.地區(qū)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中路由器的路由策略及安全策略配置研究[J].電子世界，2019（19）：29-30.