一種RS485數據路由器的研制

羅可楊

摘? ?要：通過對RS485數據路由器的特征、技術方案及原理進行論述后得出，該表電路簡單、控制方便，實現了單相電、三相電兩用，一表多用，能同時監測3路單相電用電設備的電壓、電流、功率、用電量及其電纜溫度，提高了監測路數，滿足了用戶想獲取多條支路用電設備狀態的需求。

關鍵詞：RS485? 電表? 數據路由器

中圖分類號：TJ760.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0142-02

隨著計量自動化抄表要求越來越高，為了保證現貨交易用戶可靠抄表，凡參與市場直購電用戶必須進行雙終端、雙通道改造[1];交易用戶用電量普遍比較大，為了防范電費回收風險，需要對該類用戶采取預付費控制。由于負荷管理終端和電能計量表之間的通訊、電能表與售電控制器之間的通訊通過RS485通訊，且RS485總線輸入端能識別的靈敏度在±200mV，現場計費表只有2個RS485口，如果將備用終端與售電控制器并接到同一個RS485口，備用終端與售電控制器同時取數，會導致RS485總線電壓無法達到-200mV的標準要求，可能會通訊失敗或獲取數據有誤[2]，有誤跳預付費開關的風險，使現場RS485接口無法同時滿足接入雙終端與預付費控制器的問題。

1? 工作方式及特點

在控制網絡中，RS485通信路由器和扇出器將數據交換網絡和數據采集網絡分隔開來。

路由器根據事先劃分的不同信道將收到的指令完整地輸送到各個設備端，如數據采集、控制模塊等。如果需要拓展使用空間，可利用兩臺或多臺路由器實現級聯，每臺路由器最多可級聯12臺相同設備，而級聯的設備總數沒有限制。在控制系統以太網上連接的多臺RS485通信路由器將控制網絡按要求有條理地劃分開來，可以在網絡交換機上進行設置將各個通信路由器靈活劃分成區、成片，方便管理和控制。485網絡內各節點間相互獨立，一臺設備出現問題不會影響到其它設備的正常通信。因為在實際使用中路由器工作組多處在網絡層，相對應用層而言是“透明”的，即終端和數據庫與前端模塊間通信時可視其為一段導線，因此不會增加上層通信軟件的設計難度。

同步事例觸發系統中，路由器作為扇出器使用，連接同步事例服務器和同步觸發設備。多臺扇出器可實現級聯，由于每臺扇出器的規格相同，所以信號進出延時也相同，而且在每一級扇出器至同步觸發設備間的電纜（光纖）的長度在工程中均有嚴格要求，因此可以保證統一時延，這一點在控制同步觸發時至關重要。在工程中使用的扇出器有RS485型和光纖型兩種，以應對現場不同環境和設備的要求。實際使用中為了最大限度地降低通信誤碼率同時保證設備通用性，一般采用點對點通信方式，即每個RJ11插座對應唯一的一個485設備，每臺路由器與各個與之連接的模塊組成一個星型網絡，相當于每個設備和服務器間獨享一個網絡。因此編寫模塊程序時不用再考慮因總線爭用引起的通信問題，同時也避免了端接電阻匹配不當影響通信質量。表面上看來，星型網絡的成本高于總線型網絡，但在實際使用過程中反而節約了成本。

（1）節約開發成本：為了保證施工設計工作的順利開展，首先要加大對通信系統的檢測力度，確保通信電路的標準化，由此進一步消除施工中存在的安全隱患，其次要盡量縮短設計周期，從而使開發成本得到降低。

（2）節約維護成本：加大對系統的檢測力度可以在一定程度上減少現場故障率的發生，因此不僅縮短了維護時間，而且也起到了節約維護成本的作用。

（3）標準化設備的使用是保證整體施工質量的前提，在整體工程建設過程中發揮重要作用。不僅可以使施工成本得到降低，而且還能避免設備間出現兼容性現象。

RS485通信路由器的加入，不僅使總線型網絡得到優化，而且還更方便于對通信網絡進行管理，在通信網絡運作過程中擔任重要角色。經過具體實踐可知，RS485通信路由器完全能滿足系統對通信的要求，因此可以在工程控制系統中廣泛應用。

2? 具體實施方式

如圖1所示，一種基于RS485數據路由共享的電表，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、雙向驅動電路;RS485通信電路，溫度采集模塊，電量采集模塊，磁保持繼電器、雙向驅動電路分別與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成串聯分壓電路;采樣電阻的阻值為5～10kΩ;熱敏電阻溫度探頭的電阻會隨著線纜溫度升高而減小。

ARM處理器單元包括ARM芯片、ID識別單元、時間管理單元;ID識別單元、時間管理單元分別與ARM芯片連接;ID識別單元設有專屬于每臺智能電表的ID號碼，所述ID號碼用于與外部智能主機實現數據交互時的識別，防止外部智能主機對智能電表設備的數據識別錯誤。

電量采集模塊設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據端，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、電壓信號進行處理，并換為數字信號在內部做運算，運算的結果以脈沖信號通SPI接口傳輸給ARM處理器單元，ARM處理器單元對電量采集模塊傳輸過來的脈沖信號進行處理，并根據RS485通信電路傳送至外部終端。在電表運行的過程中，ARM處理器單元實時監測電流、電壓、功率與線纜溫度，時間管理單元記錄設備的用電安全狀態（電流/電壓/功率/線纜溫度是否超額），并將這些數據處理后通過RS485通信電路傳輸到外部智能主機。

溫度采集模塊熱敏電阻溫度探頭采集線纜溫度，并將電壓模擬信號形式傳輸給ARM處理器單元，ARM處理器單元對電壓模擬信號進行A/D轉換成數字信號，判斷線纜溫度是否超過額定值。若超過額定值，控制繼電器保護電路執行斷電保護。同時，相同或相似的標號對應相同或相似的部件。

4? 結語

本文通過對RS485數據路由器的特征、方案、原理進行論述表明，新型智能電表電路簡單、控制方便，實現了單相電、三相電兩用，一表多用，還能同時監測3路單相電用電設備的電壓、電流、功率、用電量及其電纜溫度，極大地提高了監測路數，滿足用戶想獲取多條支路用電設備狀態的需求;該表采用采集模塊，模塊引線與主板對應電子連接，減少了空間，節約了成本，與抄表智能終端通訊，可實現電量集中抄取，性能可靠，傳輸快且準確，程序穩定，而且外觀美觀易安裝。

參考文獻

[1] 計超豪，邱殿聰，王即墨，等.智能路由器數據取證方法[J].刑事技術，2019（5）：447-450.

[2] 郭抒然，謝超.地區電力調度數據網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.