在電能表中的應(yīng)用
由于歷史的原因，我國在制定DL／T614－1997《電子式多功能電能表》及DL／T645－1997《電子式多功能電能表通訊協(xié)議》時將RS－485標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口作為電表的通訊接口，并詳細(xì)地定義了物理層、鏈路層、應(yīng)用層，結(jié)束了以前電表廠家規(guī)約各不兼容、互相不能抄的尷尬局面。各電表廠家遵循相同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對電表進(jìn)行讀寫操作，簡化了電表抄表應(yīng)用及維護(hù)的工作量。使得國內(nèi)的智能電表基本上可以做到互聯(lián)互通。但是目前國內(nèi)的485抄表還存在一些問題，主要是通信成功率低、不能做到即連即通、易損壞等。
RS485通訊接口物理層、鏈路層及數(shù)據(jù)傳輸
1.物理層
A）共模輸入電壓：－7V～＋12V。
B）差模輸入電壓：大于0．2V。
C）三態(tài)方式輸出。
D）半雙工通信方式。
E）驅(qū)動能力不小于32個同類接口。
F）總線是無源的，由費率裝置或數(shù)據(jù)終端提供電源。
G）邏輯“1”以A、B兩線間的電壓差為＋（2～6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為－（2～6）V表示。
2. 鏈路層及數(shù)據(jù)傳輸
通訊鏈路的建立與解除由主站發(fā)出的信息幀來控制，幀的組成如表：
由上表可知，幀由起始符、地址域、控制碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、校驗碼及結(jié)束符等7個域組成，每部分由若干字節(jié)組成。
DL／T645－1997規(guī)定，在發(fā)送幀信息之前，先發(fā)送1～4個字節(jié)FEH，其目的是預(yù)先拉高控制總線，以喚醒接收方，保障幀信息的順利接收。
DL／T645－1997規(guī)定了主—從結(jié)構(gòu)的半雙工通訊方式。每次通訊都是由主站向從站發(fā)出請求命令幀開始，從站根據(jù)要求作出響應(yīng)。收到命令幀后的響應(yīng)延時稱作幀間延時Td：20ms≤Td≤500ms。字節(jié)之間停頓時間稱作字節(jié)間延時Tb：Tb≤500ms。
RS485在電表通訊中的常見問題及解決方案
1.收發(fā)時序不匹配
現(xiàn)象1：485通訊不成功，用邏輯分析儀查看，發(fā)送的碼字正確，電能表返回碼字也符合規(guī)約。再細(xì)看，主站發(fā)送的碼字的zui后一位同電能表應(yīng)答的數(shù)據(jù)幀的*位之間幾乎沒有停頓。
分析：由于485總線是一個半雙工的通訊方式，收和發(fā)不能同時進(jìn)行，從發(fā)送完成到變?yōu)榻邮諣顟B(tài)，無論是軟件的處理抑或是硬件的切換都需要一定的延時，因此DL／T645規(guī)定幀間延時Td：20ms≤Td≤500ms，主要是給發(fā)送方一個由發(fā)轉(zhuǎn)為收的時間，保證接收方返回的數(shù)據(jù)能完整的被接收。而有些電能表，尤其是一些早期的多功能表對此考慮不夠，在接收到主站的請求命令幀后，未進(jìn)行幀響應(yīng)延時，就立刻發(fā)送應(yīng)答幀，而此時主站還處于發(fā)送狀態(tài)，等主站返回到接收狀態(tài)時，電能表前面的碼字已發(fā)送完，主站接收到的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀不完整引起通信失敗。
現(xiàn)象2：當(dāng)主站對某塊表連續(xù)抄幾幀數(shù)據(jù)時，*幀通訊成功，第二幀開始電表不回應(yīng)答幀。
分析：同樣的道理，電表的485由發(fā)轉(zhuǎn)為收也需要延時，而有的主站軟件編程時，沒有考慮，接收完一幀數(shù)據(jù)后沒有延時或延時不夠就又開始抄下一幀，而此時電表還沒有回到接收狀態(tài)，通訊失敗。在這里我們建議通信雙方在編程時都必須嚴(yán)格遵守DL／T645所規(guī)定的幀間延時，并留有余量，具體應(yīng)用時可取一個中間值，如100ms。
2.判斷幀起始符出錯
對于電能表485總線來講，它是一種數(shù)字異步通信方式。異步通信不象同步通信，其沒有專門的同步信號進(jìn)行同步，接收方無法準(zhǔn)確判知哪一個字節(jié)是一幀數(shù)據(jù)通信的開始，因此DL／T645中規(guī)定68H作為幀起始符（幀同步碼），代表一幀數(shù)據(jù)的開始。有些主站和電能表在軟件編程時考慮得比較理想，接收數(shù)據(jù)時未按照DL／T645中規(guī)定68H來判定數(shù)據(jù)幀的開始，而是呆板的以接收到的*個字符作為幀起始標(biāo)志；如果電表在此幀數(shù)據(jù)之前發(fā)了幾個FEH，其接收到的數(shù)據(jù)將會出現(xiàn)同步錯誤。另外，如總線上平時有干擾信號存在，導(dǎo)致485芯片不停地收到諸如FCH、DEH這樣雜亂數(shù)據(jù)；當(dāng)總線上有正常信號產(chǎn)生時，由于干擾信號比較小的原因，其對通信并無太大的影響，但對接收方來講，其接收正確數(shù)據(jù)幀前會混有若干個字節(jié)的雜亂數(shù)據(jù)，由于同步處理不當(dāng)，通訊也會失敗。通常的做法是每接收一個字節(jié)都要判是否是68H，若不是則丟掉該字節(jié)，然后繼續(xù)往下判，直到收到68H才啟動一幀數(shù)據(jù)的接收。
3.幀奇偶校驗位／幀結(jié)束符不合理
目前看來，由于這個原因引起485通信不成功占有很大的比例。我們知道，在485通信時，對于接收到的數(shù)據(jù)一般都會按收、發(fā)雙方事先約定的奇偶校驗方式進(jìn)行數(shù)據(jù)檢錯，并將錯誤的數(shù)據(jù)幀剔除，等待發(fā)送方重發(fā)。這種ARQ的通信方式本身是無可厚非的，但是有的軟件人員在編程時考慮問題不夠全面，在判斷一幀結(jié)束處理時，沒有根據(jù)所收數(shù)據(jù)幀的長度和結(jié)束符“16H”及時地將數(shù)據(jù)接收任務(wù)結(jié)束，而是依據(jù)多長時間內(nèi)收不到新的一個字節(jié)數(shù)據(jù)來認(rèn)為一幀已收完。這種處理方法在下面這種情況下就會導(dǎo)致通信失敗。
*，RS485芯片的接收靈敏度為±200mV，即當(dāng)電壓UA—UB≥200mV時，輸出邏輯“1”；UA—UB≤－200mV時，輸出邏輯“0”。當(dāng)－200mV＜UA—UB＜200mV時，輸出不確定。這樣一來，當(dāng)總線上所有的485芯片均處于接收狀態(tài)時，總線處于高阻狀態(tài)，此時A、B間的壓差為0V，芯片輸出處于不定狀態(tài)，可能輸出“1”，也可能輸出“0”，而且狀態(tài)會隨著時間而變化。如果輸出為“0”，在某些時候則會導(dǎo)致通信失敗。我們知道，電能表在發(fā)送完應(yīng)答幀后，一般會馬上從發(fā)送狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接收狀態(tài)。正常情況應(yīng)該是：主站的485芯片收完zui后一個字節(jié)的停止位后繼續(xù)保持為“1”（波形見圖2），而有的485芯片則可能跳變保持為“0”（波形見圖3），UART（通用異步收發(fā)器）則認(rèn)為又收到一個字節(jié)00H，且很有可能校驗和是錯的，這樣接收軟件可能會判斷到一個字節(jié)校驗位出錯，而將前面接收*正確的一幀丟掉，造成通信失敗。
4.接口電路不合理
由于485在實際使用中存在這樣或那樣的問題，人們對其接口電路采取了各種保護(hù)、濾波措施。如加上保護(hù)二極管、熱保險絲、電容、上拉電阻等（見圖4），這些措施有的有效，但有的無效甚至有害。
485總線的理想介質(zhì)是雙絞線，其等效阻抗約為120Ω，因此為了在長距離、高速通信時做到阻抗匹配，一般在電表的485的A、B線之間加一個120Ω的電阻。此種方式對于一對一的通信是實用的，但一對多時，如果每個電表內(nèi)部均加一個120Ω的電阻，并在一起整個總線上的負(fù)載就很重，這樣掛在總線上的485收發(fā)器就可能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量32個，且距離也會縮短。因此，只應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)的起點和終點各加一個。
有的產(chǎn)品為了濾波而在A、B線對地加上電容，現(xiàn)在看來這樣會帶來問題。電容加小了不起作用；加大了，正常的信號會被濾除或造成波形失真。我們曾經(jīng)做過試驗，以1200bps通信時，0．1μF的電容就會影響通信的成功率。如果通信速率達(dá)到幾百kbps，電容就不能加了。
485總線處于懸浮狀態(tài)時A、B線等電位。為了保證A比B高200mV以上，有的廠家將A、B線分別通過10k電阻上拉到5V、下拉到地，這樣在都處于接收狀態(tài)時，A、B間的電位差約為5V，485芯片的接收端為高，通信不受影響。這個想法是好的，但是實際組網(wǎng)中往往好幾個廠家的表連在一起，如別的表中加了120Ω電阻，則上拉電阻、120Ω、下拉電阻之間構(gòu)成分壓關(guān)系，A、B線間的電壓只有幾十毫伏，接收端的電平還是不定。
目前國內(nèi)應(yīng)用的單片機(jī)大部分只有一個UART串口，而電能表一般均需一個485接口和一個紅外光接口，受成本所限，有的廠家就將這兩個信號通過線與、線或的方式合在一起共用一個UART口。這樣就帶來一個問題，當(dāng)紅外通信時，485就會不通；另外，當(dāng)紅外收到各種可見光的干擾時，紅外口不停地輸出干擾信號，由于線與、線或邏輯的原因，485不能通信或485時通時不通。
儀表網(wǎng)手機(jī)版
儀表網(wǎng)小程序
公眾號.jpg)
公眾號：ybzhan
掃碼關(guān)注視頻號
手機(jī)版
官方微信
采購中心
