一种RS485数据路由器的研制
来源:用户上传
作者:罗可杨
摘 要：通过对RS485数据路由器的特征、技术方案及原理进行论述后得出，该表电路简单、控制方便，实现了单相电、三相电两用，一表多用，能同时监测3路单相电用电设备的电压、电流、功率、用电量及其电缆温度，提高了监测路数，满足了用户想获取多条支路用电设备状态的需求。
关键词：RS485 电表 数据路由器
中图分类号：TJ760.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0142-02
随着计量自动化抄表要求越来越高，为了保证现货交易用户可靠抄表，凡参与市场直购电用户必须进行双终端、双通道改造[1];交易用户用电量普遍比较大，为了防范电费回收风险，需要对该类用户采取预付费控制。由于负荷管理终端和电能计量表之间的通讯、电能表与售电控制器之间的通讯通过RS485通讯，且RS485总线输入端能识别的灵敏度在±200mV，现场计费表只有2个RS485口，如果将备用终端与售电控制器并接到同一个RS485口，备用终端与售电控制器同时取数，会导致RS485总线电压无法达到-200mV的标准要求，可能会通讯失败或获取数据有误[2]，有误跳预付费开关的风险，使现场RS485接口无法同时满足接入双终端与预付费控制器的问题。
1 工作方式及特点
在控制网络中，RS485通信路由器和扇出器将数据交换网络和数据采集网络分隔开来。
路由器根据事先划分的不同信道将收到的指令完整地输送到各个设备端，如数据采集、控制模块等。如果需要拓展使用空间，可利用两台或多台路由器实现级联，每台路由器最多可级联12台相同设备，而级联的设备总数没有限制。在控制系统以太网上连接的多台RS485通信路由器将控制网络按要求有条理地划分开来，可以在网络交换机上进行设置将各个通信路由器灵活划分成区、成片，方便管理和控制。485网络内各节点间相互独立，一台设备出现问题不会影响到其它设备的正常通信。因为在实际使用中路由器工作组多处在网络层，相对应用层而言是“透明”的，即终端和数据库与前端模块间通信时可视其为一段导线，因此不会增加上层通信软件的设计难度。
同步事例触发系统中，路由器作为扇出器使用，连接同步事例服务器和同步触发设备。多台扇出器可实现级联，由于每台扇出器的规格相同，所以信号进出延时也相同，而且在每一级扇出器至同步触发设备间的电缆（光纤）的长度在工程中均有严格要求，因此可以保证统一时延，这一点在控制同步触发时至关重要。在工程中使用的扇出器有RS485型和光纤型两种，以应对现场不同环境和设备的要求。实际使用中为了最大限度地降低通信误码率同时保证设备通用性，一般采用点对点通信方式，即每个RJ11插座对应唯一的一个485设备，每台路由器与各个与之连接的模块组成一个星型网络，相当于每个设备和服务器间独享一个网络。因此编写模块程序时不用再考虑因总线争用引起的通信问题，同时也避免了端接电阻匹配不当影响通信质量。表面上看来，星型网络的成本高于總线型网络，但在实际使用过程中反而节约了成本。
（1）节约开发成本：为了保证施工设计工作的顺利开展，首先要加大对通信系统的检测力度，确保通信电路的标准化，由此进一步消除施工中存在的安全隐患，其次要尽量缩短设计周期，从而使开发成本得到降低。
（2）节约维护成本：加大对系统的检测力度可以在一定程度上减少现场故障率的发生，因此不仅缩短了维护时间，而且也起到了节约维护成本的作用。
（3）标准化设备的使用是保证整体施工质量的前提，在整体工程建设过程中发挥重要作用。不仅可以使施工成本得到降低，而且还能避免设备间出现兼容性现象。
RS485通信路由器的加入，不仅使总线型网络得到优化，而且还更方便于对通信网络进行管理，在通信网络运作过程中担任重要角色。经过具体实践可知，RS485通信路由器完全能满足系统对通信的要求，因此可以在工程控制系统中广泛应用。
2 具体实施方式
如图1所示，一种基于RS485数据路由共享的电表，包括RS485通信电路，温度采集模块，电量采集模块，ARM处理器单元、磁保持继电器、双向驱动电路;RS485通信电路，温度采集模块，电量采集模块，磁保持继电器、双向驱动电路分别与ARM处理器单元连接。
电量采集模块包括交流电压采样子电路，交流电压采样子电路包括依次连接的三相计量芯片、电压互感器;电量采集模块还包括交流电流采样子电路，交流电流采样子电路包括依次连接的三相计量芯片、电流互感器。
温度采集模块包含采样电阻、热敏电阻温度探头，采样电阻与热敏电阻温度探头构成串联分压电路;采样电阻的阻值为5～10kΩ;热敏电阻温度探头的电阻会随着线缆温度升高而减小。
ARM处理器单元包括ARM芯片、ID识别单元、时间管理单元;ID识别单元、时间管理单元分别与ARM芯片连接;ID识别单元设有专属于每台智能电表的ID号码，所述ID号码用于与外部智能主机实现数据交互时的识别，防止外部智能主机对智能电表设备的数据识别错误。
电量采集模块设置脉冲指示灯和校表端子，脉冲指示灯连接电量采集模块的数据端，校表端子连接电量采集模块的脉冲输出端。
RS485通信电路采用BC184型的RS485芯片;ARM芯片是ARM9芯片。
3 工作原理
电量采集模块将采集到的交流电流、电压信号进行处理，并换为数字信号在内部做运算，运算的结果以脉冲信号通SPI接口传输给ARM处理器单元，ARM处理器单元对电量采集模块传输过来的脉冲信号进行处理，并根据RS485通信电路传送至外部终端。在电表运行的过程中，ARM处理器单元实时监测电流、电压、功率与线缆温度，时间管理单元记录设备的用电安全状态（电流/电压/功率/线缆温度是否超额），并将这些数据处理后通过RS485通信电路传输到外部智能主机。
温度采集模块热敏电阻温度探头采集线缆温度，并将电压模拟信号形式传输给ARM处理器单元，ARM处理器单元对电压模拟信号进行A/D转换成数字信号，判断线缆温度是否超过额定值。若超过额定值，控制继电器保护电路执行断电保护。同时，相同或相似的标号对应相同或相似的部件。
4 结语
本文通过对RS485数据路由器的特征、方案、原理进行论述表明，新型智能电表电路简单、控制方便，实现了单相电、三相电两用，一表多用，还能同时监测3路单相电用电设备的电压、电流、功率、用电量及其电缆温度，极大地提高了监测路数，满足用户想获取多条支路用电设备状态的需求;该表采用采集模块，模块引线与主板对应电子连接，减少了空间，节约了成本，与抄表智能终端通讯，可实现电量集中抄取，性能可靠，传输快且准确，程序稳定，而且外观美观易安装。
参考文献
[1] 计超豪，邱殿聪，王即墨，等.智能路由器数据取证方法[J].刑事技术，2019（5）：447-450.
[2] 郭抒然，谢超.地区电力调度数据网中路由器的路由策略及安全策略配置研究[J].电子世界，2019（19）：29-30.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15215565.htm
