新型从机模式RS485通信电路及其计量仪表论文和设计-曹彦双

全文摘要

本实用新型公开了一种新型从机模式RS485通信电路，包括RS485通信芯片、芯片使能模块、串口快速接收模块和串口快速发送模块，RS485通信芯片的RS485总线端输出RS485通信信号，RS485通信芯片的串口接收端通过串接的串口快速接收模块连接串口信号的接收端，串口发送端通过串接的串口快速发送模块连接串口信号的发送端，使能端通过串接的芯片使能模块连接使能信号。本实用新型还公开了包括所述新型从机模式RS485通信电路的计量仪表。本实用新型通过串口快速发送模块和串口快速接收模块的设计，采用普通光耦就能够达到较高的RS485通信速率，而且电路成本低廉，可靠性高。

主设计要求

1.一种新型从机模式RS485通信电路，其特征在于包括RS485通信芯片、芯片使能模块、串口快速接收模块和串口快速发送模块，RS485通信芯片的RS485总线端输出RS485通信信号，RS485通信芯片的串口接收端通过串接的串口快速接收模块连接串口信号的接收端；RS485通信芯片的串口发送端通过串接的串口快速发送模块连接串口信号的发送端；RS485通信芯片的使能端通过串接的芯片使能模块连接使能信号。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于还包括RS485保护模块；RS485保护模块串接在RS485通信芯片的RS485总线输出端，用于对RS485总线进行保护。

3.根据权利要求2所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于所述的RS485保护模块包括保护下拉电阻、保护上拉电阻、保险和保护TVS管；RS485总线输出端的一端通过保护上拉电阻连接电源信号从而保证静默状态下该路信号为高电平，RS485总线输出端的另一端通过保护下拉电阻连接地信号从而保证静默状态下该路信号为低电平，保险串接在RS485总线输出端的一端上从而保证RS485总线电路的可靠性，保护TVS管并接在RS485总线输出端的两端之间用于保证RS485总线电路的可靠性。

4.根据权利要求1所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于所述的芯片使能模块包括使能隔离光耦、使能隔离光耦原边限流电阻和使能隔离光耦输出上拉电阻；使能信号通过串接的使能隔离光耦原边限流电阻连接使能隔离光耦的原边负极，使能隔离光耦的原边正极连接电源信号；使能隔离光耦的副边负极直接接地，使能隔离光耦的副边正极通过使能隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时使能隔离光耦的副边正极直接连接RS485通信芯片的使能端。

5.根据权利要求1所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于所述的串口快速接收模块包括接收隔离光耦输入限流电阻、接收隔离光耦、接收隔离光耦输出下拉电阻、接收隔离光耦输出限流电阻、接收隔离光耦加速电容、接收隔离光耦开关管和接收隔离光耦输出上拉电阻；RS485通信芯片的串口接收端通过串接的接收隔离光耦输入限流电阻连接接收隔离光耦的原边负极，接收隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；接收隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，接收隔离光耦的副边负极通过接收隔离光耦输出下拉电阻直接接地，接收隔离光耦的副边负极还通过串接的接收隔离光耦输出限流电阻连接接收隔离光耦开关管的控制端，接收隔离光耦加速电容与接收隔离光耦输出限流电阻并联；接收隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过接收隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时接收隔离光耦开关管的活动端另一端连接串口信号的接收端。

6.根据权利要求1所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于所述的串口快速发送模块包括发送隔离光耦输入限流电阻、发送隔离光耦、发送隔离光耦输出下拉电阻、发送隔离光耦输出限流电阻、发送隔离光耦加速电容、发送隔离光耦开关管和发送隔离光耦输出上拉电阻；串口信号的发送端通过串接的发送隔离光耦输入限流电阻连接发送隔离光耦的原边负极，发送隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；发送隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，发送隔离光耦的副边负极通过发送隔离光耦输出下拉电阻直接接地，发送隔离光耦的副边负极还通过串接的发送隔离光耦输出限流电阻连接发送隔离光耦开关管的控制端，发送隔离光耦加速电容与发送隔离光耦输出限流电阻并联；发送隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过发送隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时发送隔离光耦开关管的活动端另一端连接RS485通信芯片的串口发送端。

7.根据权利要求1～6之一所述的新型从机模式RS485通信电路，其特征在于所述的RS485通信芯片的型号为MAX13085。

8.一种计量仪表，其特征在于包括了权利要求1～7之一所述的新型从机模式RS485通信电路。

设计说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型从机模式RS485通信电路及其计量仪表。

背景技术

随着经济技术的发展，电子设备已经广泛应用于人们的生产和生活中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。RS485通信电路是性能较好的通信电路，其通信速度稳定，而且抗干扰能力强，广泛应用于各类型的电子设备，承担着数据通信的任务。

在传统的RS485通信电路中，由于电气隔离特性的要求，在RS485通信电路中增加了隔离光耦。虽然隔离光耦的增加解决了电气隔离的问题，但也将带有隔离光耦的RS485通信电路的通信速率限制在了9600bps或者19200bps。然而，随着现今技术的发展，通信数据量在急剧增大，传统的带有隔离光耦的RS485通信电路的通信速率已经无法满足现在的通信需求。

将传统的低速光耦替换为高速光耦，能够较好的解决通信速率的问题，使得RS485通信电路的通信速度得到明显提升。但是高速光耦的成本极高，而且可靠性相对较低，从而严重影响了RS485通信电路的性能。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种成本低廉、通信速率快且可靠性高的新型从机模式RS485通信电路。

本实用新型的目的之二在于提供一种计量仪表，该计量仪表包括了所述的新型从机模式RS485通信电路。

本实用新型提供的这种新型从机模式RS485通信电路，包括RS485通信芯片、芯片使能模块、串口快速接收模块和串口快速发送模块，RS485通信芯片的RS485总线端输出RS485通信信号，RS485通信芯片的串口接收端通过串接的串口快速接收模块连接串口信号的接收端；RS485通信芯片的串口发送端通过串接的串口快速发送模块连接串口信号的发送端；RS485通信芯片的使能端通过串接的芯片使能模块连接使能信号。

所述的新型从机模式RS485通信电路还包括RS485保护模块；RS485保护模块串接在RS485通信芯片的RS485总线输出端，用于对RS485总线进行保护。

所述的RS485保护模块包括保护下拉电阻、保护上拉电阻、保险和保护TVS管；RS485总线输出端的一端通过保护上拉电阻连接电源信号从而保证静默状态下该路信号为高电平，RS485总线输出端的另一端通过保护下拉电阻连接地信号从而保证静默状态下该路信号为低电平，保险串接在RS485总线输出端的一端上从而保证RS485总线电路的可靠性，保护TVS管并接在RS485总线输出端的两端之间用于保证RS485总线电路的可靠性。

所述的芯片使能模块包括使能隔离光耦、使能隔离光耦原边限流电阻和使能隔离光耦输出上拉电阻；使能信号通过串接的使能隔离光耦原边限流电阻连接使能隔离光耦的原边负极，使能隔离光耦的原边正极连接电源信号；使能隔离光耦的副边负极直接接地，使能隔离光耦的副边正极通过使能隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时使能隔离光耦的副边正极直接连接RS485通信芯片的使能端。

所述的串口快速接收模块包括接收隔离光耦输入限流电阻、接收隔离光耦、接收隔离光耦输出下拉电阻、接收隔离光耦输出限流电阻、接收隔离光耦加速电容、接收隔离光耦开关管和接收隔离光耦输出上拉电阻；RS485通信芯片的串口接收端通过串接的接收隔离光耦输入限流电阻连接接收隔离光耦的原边负极，接收隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；接收隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，接收隔离光耦的副边负极通过接收隔离光耦输出下拉电阻直接接地，接收隔离光耦的副边负极还通过串接的接收隔离光耦输出限流电阻连接接收隔离光耦开关管的控制端，接收隔离光耦加速电容与接收隔离光耦输出限流电阻并联；接收隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过接收隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时接收隔离光耦开关管的活动端另一端连接串口信号的接收端。

所述的串口快速发送模块包括发送隔离光耦输入限流电阻、发送隔离光耦、发送隔离光耦输出下拉电阻、发送隔离光耦输出限流电阻、发送隔离光耦加速电容、发送隔离光耦开关管和发送隔离光耦输出上拉电阻；串口信号的发送端通过串接的发送隔离光耦输入限流电阻连接发送隔离光耦的原边负极，发送隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；发送隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，发送隔离光耦的副边负极通过发送隔离光耦输出下拉电阻直接接地，发送隔离光耦的副边负极还通过串接的发送隔离光耦输出限流电阻连接发送隔离光耦开关管的控制端，发送隔离光耦加速电容与发送隔离光耦输出限流电阻并联；发送隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过发送隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时发送隔离光耦开关管的活动端另一端连接RS485通信芯片的串口发送端。

所述的RS485通信芯片的型号为MAX13085。

本实用新型还提供了一种计量仪表，所述计量仪表包括了所述的新型从机模式RS485通信电路。

本实用新型提供的这种新型从机模式RS485通信电路及其计量仪表，通过串口快速发送模块和串口快速接收模块的设计，采用普通光耦就能够达到较高的RS485通信速率，而且本实用新型的电路成本低廉，可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的实施例一的电路原理示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种新型从机模式RS485通信电路，包括RS485通信芯片、芯片使能模块、串口快速接收模块、串口快速发送模块和RS485保护模块；RS485通信芯片的RS485总线端输出RS485通信信号，RS485通信芯片的串口接收端通过串接的串口快速接收模块连接串口信号的接收端；RS485通信芯片的串口发送端通过串接的串口快速发送模块连接串口信号的发送端；RS485通信芯片的使能端通过串接的芯片使能模块连接使能信号；RS485保护模块串接在RS485通信芯片的RS485总线输出端，用于对RS485总线进行保护。

如图2所示为本实用新型的实施例一的电路原理示意图：

RS485通信芯片的型号为MAX13085；芯片的8脚为电源引脚并直接连接电源信号，芯片的5脚直接接地；芯片的6脚和7脚为RS485总线的输出端，芯片的1脚为串口接收端，芯片的2脚和3脚为使能端，芯片的4脚为串口发送端。

RS485保护模块包括保护下拉电阻R1、保护上拉电阻R2、保险F1和保护TVS管D1；RS485总线输出端的6脚通过保护上拉电阻连接电源信号从而保证静默状态下该路信号为高电平，RS485总线输出端的7脚通过保护下拉电阻连接地信号从而保证静默状态下该路信号为低电平，保险串接在RS485总线输出端的6脚上从而保证RS485总线电路的可靠性(大能量的干扰信号不会损坏芯片)，保护TVS管并接在RS485总线输出端的6脚和7脚两端之间用于保证RS485总线电路的可靠性(大能量的干扰信号不会损坏芯片)。

芯片使能模块包括使能隔离光耦U3、使能隔离光耦原边限流电阻R7和使能隔离光耦输出上拉电阻R8；使能信号通过串接的使能隔离光耦原边限流电阻连接使能隔离光耦的原边负极，使能隔离光耦的原边正极连接电源信号；使能隔离光耦的副边负极直接接地，使能隔离光耦的副边正极通过使能隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时使能隔离光耦的副边正极直接连接RS485通信芯片的使能端。485_RD\/DE信号为低电平时，使能隔离光耦原边导通，此时使能光耦的副边导通，RS485通信芯片的2脚和3脚为拉低为低电平，此时芯片使能有效。

串口快速接收模块包括接收隔离光耦输入限流电阻R6、接收隔离光耦U2、接收隔离光耦输出下拉电阻R5、接收隔离光耦输出限流电阻R4、接收隔离光耦加速电容C1、接收隔离光耦开关管Q3(采用三极管)和接收隔离光耦输出上拉电阻R3；RS485通信芯片的串口接收端通过串接的接收隔离光耦输入限流电阻连接接收隔离光耦的原边负极，接收隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；接收隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，接收隔离光耦的副边负极通过接收隔离光耦输出下拉电阻直接接地，接收隔离光耦的副边负极还通过串接的接收隔离光耦输出限流电阻连接接收隔离光耦开关管的控制端，接收隔离光耦加速电容与接收隔离光耦输出限流电阻并联；接收隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过接收隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时接收隔离光耦开关管的活动端另一端连接串口信号的接收端。

当RS485通信芯片接收的信号为低电平时，此时芯片的1脚为低电平，光耦U2的原边导通，此时光耦U2的副边导通，此时光耦U2的3脚为高电平，此时，Q3的基级为高电平，发射极为低电平，此时Q3导通，将485_RXD信号拉低为低电平，实现低电平数据的传输；类似的，当芯片的1脚为高电平时，此时光耦U2的副边截止，Q3截止，485_RXD信号被拉高至高电平，实现高电平数据的传输。

当输入信号(即RS485通信芯片的1脚信号)从高电平变成低电平时，光耦U2内部的光敏三极管由截止状态进入饱和状态存在一定的时间，此时，电容C1迅速充电，电流从右向左，电左右端的电压比右端低，从而加快了三极管的导通时间；当输入信号(即RS485通信芯片的1脚信号)从低电平变成高电平时，光耦U2内部的光敏三极管由饱和状态进入截止状态存在一定的时间，此时，电容C1迅速放电，电流从左向右，电容左端电压较右端低，从而加快了三极管Q1的截止时间。因此，加速电容C1的存在，使通信信号的上升沿与下降沿更陡峭，从而实现信号的快速传递和通信。

串口快速发送模块包括发送隔离光耦输入限流电阻R9、发送隔离光耦U4、发送隔离光耦输出下拉电阻R10、发送隔离光耦输出限流电阻R11、发送隔离光耦加速电容C2、发送隔离光耦开关管Q4和发送隔离光耦输出上拉电阻R12；串口信号的发送端通过串接的发送隔离光耦输入限流电阻连接发送隔离光耦的原边负极，发送隔离光耦的原边正极直接连接电源信号；发送隔离光耦的副边正极直接连接电源信号，发送隔离光耦的副边负极通过发送隔离光耦输出下拉电阻直接接地，发送隔离光耦的副边负极还通过串接的发送隔离光耦输出限流电阻连接发送隔离光耦开关管的控制端，发送隔离光耦加速电容与发送隔离光耦输出限流电阻并联；发送隔离光耦开关管的活动端一端接地，活动端另一端通过发送隔离光耦输出上拉电阻连接电源正极，同时发送隔离光耦开关管的活动端另一端连接RS485通信芯片的串口发送端。

当485_TXD信号为低电平时，光耦U4的原边导通，此时光耦U4的副边导通，此时光耦U4的3脚为高电平，此时，Q4的基级为高电平，发射极为低电平，因此Q4导通，将RS485通信芯片的4脚信号拉低为低电平，实现低电平数据的传输；类似的，当485_TXD信号为高电平时，此时光耦U4的副边截止，Q4截止，RS485通信芯片的4脚信号被拉高至高电平，实现高电平数据的传输。

当输入信号485_TXD从高电平变成低电平时，光耦内部的光敏三极管由截止状态进入饱和状态存在一定的时间，此时，电容C2迅速充电，电流从左向右，电容右端的电压比左端低，从而加快了三极管的导通时间；当输入信号485_TXD从低电平变成高电平时，光耦内部的光敏三极管由饱和状态进入截止状态存在一定的时间，此时，电容C2迅速放电，电流从右向左，电容右端电压较左端低，从而加快了三极管Q4的截止时间。因此，加速电容C2的存在，使通信信号的上升沿与下降沿更陡峭，从而实现信号的快速传递和通信。

经过测试，本实用新型的实施例一的电路，其重要性能指标如下：

表1电路性能指标

同时，经过测试，如图2所示的电路，其RS485总线的通信速率可以达到38400bps。因此，本实用新型提供的这种新型从机模式RS485通信电路，在保证成本低廉和可靠性高的基础上，极大地提高了RS485总线的通信速率。

本申请提供的这种新型从机模式RS485通信电路，可用于其他任何需要进行新型从机模式RS485通信电路的电子设备，包括各类型的计量仪表(比如电能表、水表、燃气表、热量表等)、电能管理终端、配电终端、电能质量监控设备、电网自动化终端、采集终端、集中器、数据采集器、计量仪表、手抄器、故障指示器等。

设计图

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