RS-485接口在多功能電能表中的應(yīng)用

　　隨著電能表向多功能、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，RS-485接口已經(jīng)成為電子式多功能電能表必備的通信接口。其主要應(yīng)用有兩點(diǎn)；1、適應(yīng)不斷增強(qiáng)的功能要求，通過編程軟件對(duì)電能表進(jìn)行功能設(shè)置；2、與遠(yuǎn)方監(jiān)控終端配合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表及負(fù)荷的在線監(jiān)控。本文就RS-485接口在多功能電能表中的應(yīng)用作了初步探討。

　　RS-485接口是一種串行通信總線接口，采用平衡差分的傳輸技術(shù)，即每路信號(hào)使用一對(duì)以地為參考的正負(fù)信號(hào)線，利用信號(hào)線之間的電平差值表示邏輯“1”或“0”，因此對(duì)共模信號(hào)有較強(qiáng)的抑制能力。相對(duì)于基于單端對(duì)地的非對(duì)稱電路（一根信號(hào)線與一根地線）的RS-232接口，其傳輸速率及距離有了明顯的提高。在實(shí)際應(yīng)用中，只需要一對(duì)雙絞線即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的通信，所以它在工業(yè)領(lǐng)域使用非常廣泛。

　　RS-485接口實(shí)際上為使用單一+5V電源的小功率收發(fā)器，內(nèi)含一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器D及一個(gè)接收器R，其中比較典型的如美信公司的MAX系列芯片。圖1是某多功能電能表中RS-485通信回路的應(yīng)用連接圖。

　　485接口采用MAX1487，該芯片有8個(gè)引腳，其中6為接收器的同相輸入端與驅(qū)動(dòng)器的同相輸出端，7的作用相反，這兩個(gè)引腳引出與其它的接口通過傳輸線連接（有時(shí)也稱為A、B端），兩者之間的并接電阻為阻抗匹配電阻。RO為接收器的輸出端，當(dāng)A比B大于200mv時(shí)，RO為高電平，A比B小于-200mv時(shí)，RO為低電平；RE為接收器的輸出使能端，低電平有效；DI為驅(qū)動(dòng)器的輸入端，DE為驅(qū)動(dòng)器的輸出使能端，高電平有效。圖中，RE與DE并接在一起，而兩者的有效工作電平相反，所以此時(shí)RS485工作于半雙工方式。單片機(jī)采用ATMEGA161，其引腳PB0為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入端，接MAX1487 的RE及DE；PB2（串行口輸入端RXD）接RO；PB3（串行口輸出端TXD）接DI。單片機(jī)信號(hào)與485接口信號(hào)之間使用光電隔離，是為了避免接口傳輸線的故障影響電能計(jì)量的內(nèi)部電路。

　　T0發(fā)出的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)光電隔離，控制RTS。當(dāng)RTS為高電平時(shí)，MAX1487作發(fā)送器，單片機(jī)輸出信號(hào)TXD經(jīng)光電隔離，產(chǎn)生信號(hào)DO輸入MAX1487的DI端，即A、B輸出信號(hào)受TXD控制，單片機(jī)按照通信規(guī)約將信號(hào)發(fā)送到接收方；而RTS為低電平時(shí)，MAX1487作接收器，DO的信號(hào)不影響傳輸線，外部信號(hào)通過MAX1487的RO端，經(jīng)光電隔離，進(jìn)入單片機(jī)的RXD端，完成數(shù)據(jù)的接收。

　　RS-485采用串行異步通信，沒有準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步信號(hào)來實(shí)現(xiàn)發(fā)送與接收之間的同步，而是由軟件通過對(duì)信號(hào)標(biāo)識(shí)的辨別來進(jìn)行，因此通信時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位是相當(dāng)重要的，即要求準(zhǔn)確地判斷數(shù)據(jù)的起始、終止，傳輸?shù)姆较颍坝行У臄?shù)據(jù)項(xiàng)，如果是要求電能表執(zhí)行特定的操作，如讀取電度底碼，還需有特定的功能標(biāo)志等等。所以有必要對(duì)電能表的通信方式及傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式做出統(tǒng)一的規(guī)定，以避免不同類型的電能表通信規(guī)約不兼容，相互之間不能通信的局面。《DL/T645 多功能電能表通信規(guī)約》就是這種背景下的產(chǎn)物。

　　DL/T645為基于主從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。在電能計(jì)量系統(tǒng)中，手持單元或數(shù)據(jù)終端為主站，費(fèi)率裝置（主要指多功能電能表）為從站。無論實(shí)行單點(diǎn)或多點(diǎn)通信，從站都有獨(dú)立的唯一地址編碼，通信鏈路的建立與解除由主站發(fā)出的信息幀來控制。且總線是無源的，電源通常由從站提供。

2.1 信息幀結(jié)構(gòu)

　　幀是信息傳送的基本單位，RS-485的每個(gè)信息幀由起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度域、信息縱向校驗(yàn)碼、結(jié)束符7部分組成，每部分又包括若干字節(jié)。具體格式見表1。