下载文档原格式
在电能表中的应用由于历史的原因，我国在制定DL／T614－1997《电子式多功能电能表》及DL／T645－1997《电子式多功能电能表通讯协议》时将RS－485标准串行通讯接口作为电表的通讯接口，并详细地定义了物理层、链路层、应用层，结束了以前电表厂家规约各不兼容、互相不能抄的尴尬局面。
各电表厂家遵循相同的协议标准对电表进行读写操作，简化了电表抄表应用及维护的工作量。
使得国内的智能电表基本上可以做到互联互通。
但是目前国内的485抄表还存在一些问题，主要是通信成功率低、不能做到即连即通、易损坏等。
RS485通讯接口物理层、链路层及数据传输1.物理层A）共模输入电压：－7V～＋12V。
B）差模输入电压：大于0．2V。
C）三态方式输出。
D）半双工通信方式。
E）驱动能力不小于32个同类接口。
F）总线是无源的，由费率装置或数据终端提供电源。
G）逻辑“1”以A、B两线间的电压差为＋（2～6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为－（2～6）V表示。
2. 链路层及数据传输通讯链路的建立与解除由主站发出的信息帧来控制，帧的组成如表：由上表可知，帧由起始符、地址域、控制码、数据长度、数据域、校验码及结束符等7个域组成，每部分由若干字节组成。
DL／T645－1997规定，在发送帧信息之前，先发送1～4个字节FEH，其目的是预先拉高控制总线，以唤醒接收方，保障帧信息的顺利接收。
DL／T645－1997规定了主—从结构的半双工通讯方式。
每次通讯都是由主站向从站发出请求命令帧开始，从站根据要求作出响应。
收到命令帧后的响应延时称作帧间延时Td：20ms ≤Td≤500ms。
字节之间停顿时间称作字节间延时Tb：Tb≤500ms。
RS485在电表通讯中的常见问题及解决方案1收发时序不匹配现象1：485通讯不成功，用逻辑分析仪查看，发送的码字正确，电能表返回码字也符合规约。
再细看，主站发送的码字的最后一位同电能表应答的数据帧的第一位之间几乎没有停顿。
RS485总线通信技术在实践中的应用RS485总线通讯技术RS485采用主-从结构的半双工方式通讯，即一问一答方式。
对外通讯口一般为RS485-A、RS485-B，可设计为无极性、有极性两种方式。
无极性设计即RS485-A/RS485-B不区分正、负极；有极性是指RS485-A为正极，RS485-B为负极。
通常用RS485-A和RS485-B或者RXD+和FXD-来表示。
逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2~6)V表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2~6)V来表示，因此RS485实际上是一种典型的差分通信技术。
RS485 接口在电能表、采集终端内部电路设计采用光耦器件进行电气隔离，并有失效保护电路，满足 DL/T 645-2007 电气要求，并能耐受交流电压 380V、2 分钟不损坏的试验。
RS485 接口通信速率可设置，标准速率为1200bps、2400bps 、4800bps 、9600bps，缺省值为 2400bps，DL/T698.45协议表计通讯默认9600bps。
为避免通讯干扰产生，RS485总线推荐采用屏蔽双绞线（STP）传输，线质采用铜质材料，线径为KVVP的0.5～0.75mm2，阻抗38～88Ω/km，容抗30～50nF/km，总长不超过1200米，布线尽量远离高压电线，禁止与电源线并行。
使用电脑进行协议调试时，RS485串口调试连接器一般采用DB-9的9芯插头。
可以配合USB/232转接线与笔记本或台式电脑通讯。
RS485通讯网络布线时，必须是手牵手式的总线结构布线方式，坚决杜绝星型连接和分叉连接，否则会导致RS485芯片损坏或光耦损坏，或影响通讯成功率。
采集设备与智能电表RS485通讯时，为保证通讯成功率，每路RS485接口最多不超过32只表计，如果超过这个数量，要提升接口带载能力（128只、256只等），布线距离较远时可以选用RS485信号中继器，一般100米通讯距离内，点对点通讯时速率可达10Mb/S，最远1200米通讯时，速率最高不超过100Kb/S。
485远程水表的原理引言：随着科技的不断发展，远程监测技术在各个领域得到了广泛应用。
在水务行业中，485远程水表作为一种新兴的水表技术，其原理和应用也备受关注。
本文将介绍485远程水表的原理和工作方式，以及其在水务行业中的应用。
一、485远程水表的基本原理485远程水表是基于RS485通信协议的一种智能水表。
其基本原理是通过RS485总线通信，将水表读数等信息传输到远程监测系统中。
1. RS485总线通信RS485是一种串行通信协议，具有传输距离长、传输速率快、抗干扰能力强等特点。
485远程水表通过RS485总线与远程监测系统进行通信，实现数据的传输和交互。
2. 智能水表485远程水表内置了微处理器和通信模块，能够实时采集水表的用水数据，并将其转化为数字信号进行处理。
通过RS485总线与远程监测系统通信，将水表的读数等信息传输到远程监测系统中。
二、485远程水表的工作方式485远程水表的工作方式主要包括数据采集、数据处理和数据传输三个过程。
1. 数据采集485远程水表内置的传感器能够实时监测水表的用水情况，包括水表读数、流量、温度等数据。
传感器会将这些数据转化为电信号，并发送给水表内的微处理器。
2. 数据处理水表内的微处理器会对采集到的数据进行处理，包括数据的校验、压缩和加密等。
处理后的数据会存储在水表内部的存储器中，以备传输使用。
3. 数据传输通过RS485总线，水表将处理后的数据传输到远程监测系统中。
远程监测系统可以实时接收和解析水表的数据，并进行存储和分析。
三、485远程水表的应用485远程水表在水务行业中具有广泛的应用前景。
它可以实现对水表的远程监测和管理，提高了水务行业的运行效率和管理水平。
1. 远程抄表485远程水表可以实现对水表读数的远程抄表。
通过远程监测系统，水务公司可以随时获取水表的用水情况，大大简化了抄表工作，提高了工作效率。
2. 水量监测485远程水表可以实时监测水表的流量变化，对水量进行精确计量。
RS485应用介绍RS485采用差分电平传输信号，将数据信号通过一对正负相对的电信号线传输，有效地提高了抗干扰能力。
通过对正负线进行差分测量，可以在信号传输过程中减小电磁干扰对数据的影响，从而保证数据传输的稳定性。
除了差分信号传输，RS485还采用了半双工的通信方式，即允许发送和接收数据的节点交替使用同一根电信号线，提高了通信效率。
RS485的应用广泛而多样。
在工业自动化领域，RS485常被用于PLC （可编程逻辑控制器）之间的通信，实现设备之间的数据交互。
基于RS485的工业总线，如Modbus和Profibus，也得到了广泛应用，用于连接多个设备，实现远程监控和控制。
在建筑物自动化领域，RS485常被用于智能楼宇的控制和管理。
通过RS485总线，可以将各个设备（如照明系统、空调系统、安防系统等）连接到一个集中的管理系统中，实现对各个设备的远程监控、调节和管理。
此外，RS485还广泛应用于数据采集和监控系统。
通过RS485接口，可以连接多个传感器和执行器，将实时的环境数据通过总线传输到中央处理器或监控系统中，实现对环境参数的实时监测和控制。
RS485的优点不仅在于其强大的抗干扰能力，还在于其传输距离较长。
RS485的传输距离一般可以达到1200米，在特殊情况下，甚至可以达到数千米。
这使得RS485非常适用于需要长距离数据传输的应用场景，如大型工厂、仓库、机场等。
另外，RS485支持多点通信，可以连接多个设备到同一条总线上，从而减少了布线的复杂度。
这使得RS485更具成本效益，尤其是在大规模应用时。
虽然RS485在工业自动化等领域有着广泛应用，但也存在一些局限性。
首先，RS485采用串行通信方式，传输速率相对较慢，一般在几十kbps到几百kbps之间，不适合高速数据传输。
其次，RS485通过不同的物理层实现，如电缆、光纤等，因此在布线和接口选型方面需要进行一定的考虑。
综上所述，RS485是一种可靠且灵活的串行通信协议，广泛应用于工业自动化、建筑物自动化和数据采集等领域。
几种电能表远程抄表系统的分析与比较摘要：社会经济的发展给国家电网带来了更高的要求，国家电网以发展智能电网作为战略目标，通过改变原有人工抄表的方式来实现对电网运行的自动化控制管理。
随着智能电网的不断年发展，数字通信技术与电子技术等先进的科学技术被应用到抄表系统中，用于采集电网运行数据，智能电网的工作方式开始向着远程抄表的方向转变。
本文选择几种常用的电能表远程抄表系统，试对其进行分析与比较。
关键词：电能表；远程抄表系统；性能；比较我国幅员辽阔，虽然用电者数量众多，但是在地理分布上较为分散，人工抄表方式需要投入大量的物力与人力，且耗时较长，容易出现错抄或漏抄等结果[1]。
好在电子技术与数字通信技术的引入使得抄表系统实现了“远程”的目标，现阶段国家电网已经可以利用电能表远程抄表系统来自动采集用电者的用电数据，RS-485总线方式自动抄表系统、载波抄表系统以及GPRS电能表远程自动抄表系统等作为几种常见的电能表远程抄表系统，在现实中的应用大大提高了电网运行的工作效率。
一、RS-485总线方式自动抄表系统这种抄表系统有单、双两种分型，单型抄表系统是由集中器、信道、站、采集器、电能表组成，而双型抄表系统除了由上述几部分组成，还多了一个RS-485模块。
就适用范围而言，单型抄表系统适用于城市居民小区与密集商业楼内部，其通过电能表与采集器收集集中式表象中每一个用电户电能表的脉冲，但是这种抄表系统对距离有较大的限制，若是距离大于100米则要单独安装采集器，并且每一个集中器只能承载不到50个采集器，但同时其网线的长度却需要控制在1.2km以下；而双型抄表系统适用于分散在城市中的商业用户与居民居住区，在电能表中内置的RS-485模块具有转化数据的作用，可以经由RS-485接口将转化后的数据传输至采集器中[2]。
对比单型和双型抄表系统，双型系统可靠性更高，但是因为施工布线量大，所以网线容易遭到人为破坏，而单型系统虽然可靠性稍低，但是因为施工布线量相对较少，反而网线不容易遭到人为破坏。
下载，PDF格式(78kB)应用笔记3776电表应用中RS-485收发器的设计考虑自动抄表技术为电表提供一个通信端口，以电子方式远程读取数值。
本应用笔记讨论Maxim RS-485收发器的不同特性，这些特性使RS-485收发器非常适合用于电表通信端口。
自动抄表技术在电表应用中越来越流行，该技术为电表提供通信端口读取数据，而且大部分情况下采用远程读数方式。
对于电表应用来说既安全又节省了时间和金钱。
实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠，RS-485是一种简单、廉价而且可靠的通信规范，可理想用于自动抄表系统。
本文讨论Maxim RS-485收发器的各种特性，这些特性使RS-485收发器成为电子式电能表的理想选择。
图1. 采用RS-485端口的电表结构图图1所示为采用RS-485端口的电表结构图，通过光耦合器和变压器，端口与MCU和模拟前端之间实现了电气隔离。
隔离功能可有效保护电路不受RS-485传输线上浪涌电流的损害。
电缆断开时，A、B线的上拉和下拉电阻决定接收器的状态。
使用这些电阻能够在电缆断开时使接收器输出一直保持高电平，由此带来很多益处。
图1系统中，IrDA电路有一个开漏输出，电缆断开时，如果RS-485收发器错误的将线路拉低，光耦合器输出晶体管将会接通，使总线保持低电平，禁止开漏IrDA模块和MCU之间的任何通信连接。
电缆断开时产生一个高电平输出，系统可以在同一UART 总线上使用其它开漏输出器件。
当RS-485总线与电力线(例如，220VAC)短路时，PTC和TVS可提供差模过压保护。
反激变压器的附加绕组为隔离电路供电，图1中，反激转换器有两路输出：第一路为MCU和模拟前端供电；第二路进行电气隔离，为RS-485端口供电。
如果上述反激电源配合后备电池使用，MCU的供电电源(图中的V CC)实际经过了“二极管或操作”。
这意味着电池供电时，不存在隔离的isolated_V CC。
因此，RS-485电路没有“接通”，所以电表在断电期间不能进行通信，也无法通知已经停电。
RS-485在多功能电能表中的防雷设计智能电表系统已经广泛地应用到工业和生活的领域。
在电表中使用自动抄表技术通过通信端口读取数据，而且大部分情况采用远程读数方式。
对于电表应用来说既安全又节省了时间和金钱。
实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠。
由于RS-485标准具有长距离传输(1200米以上)，最大传输数率可以达到10Mbps，且高信号噪声印制。
同时，RS-485电路具有控制方便，成本低等优点，使多点连接成为可能。
因此，RS-485成为智能电表的标准通信接口。
但RS-485口传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。
而RS-485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。
在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。
因此防雷击保护成为RS-485接口设计必须要考虑的。
通常，如图1所画，使用PPTC和TVS作为RS-485的防雷击保护图1：电表RS-485接口保护当雷击发生时，感应过电压由A/B线引入，经过PPTC，然后GDT作为初级共模防护，通常GDT可以承受10KA(8x20us)浪涌冲击。
之后残压已经大大降低到1KV以下，然后TVS作为二级保护进行共模/差模保护，到收发器的电压被钳制在12V以下，同时，通过A/B线上的上拉电压可以保证A/B线上的电压保持在高电平。
而实现对收发器的浪涌保护。
通常，对于4KV以下过电压，可以省去初级保护—--GDT。
单用TVS就能实现浪涌保护的要求。
当RS-485总线与电力线（例如220VAC）搭接短路时。
A/B线上的PPTC可以提供短路保护。
但这种传统方式有问题需要考虑1：GDT浪涌击穿电压较高，这就意味着后面的电阻值比较大。
这可能会影响传输距离减少2：TVS的漏电流较高，以SMBJ6.0CA来讲大致在800uA左右。
这样会影响点对点通讯的可靠性3：PPTC的响应速度较慢，因此在电力塔接时，可能会造成TVS被交流击穿因此综上所述，是否有更好的RS-485防雷保护方案呢？ 这里，我们提出了自己的一种方案来满足更高可靠性的要求众所周知，TVS 是半导体保护器件，具有响应速度快，可靠性高的优点。
RS-485通讯方式抄表系统的布线规范RS－485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，具有抑制共模干扰的能力，又因价格低廉、能进行长距离通信的优点，在要求通信距离为几十米到上千米的场所得到了广泛的应用。
本系统中的主干网、中继网以及扩展网均采用RS-485通讯方式，以下是RS-485总线现场布线的一些基本原则：（一）终端匹配的总线型结构：RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，采用一条总线将各个设备串接起来。
从总线到每个设备的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。
RS-485总线本身的特点决定其不能在线上直接分支，但借助QBT-AMR-A的链路单元可有效解决RS-485总线现场需要树型分支布线的需要。
通过链路设备可扩展出若干路RS-485网，利于现场分支布线。
但扩展后的每段RS-485总线本身并不能直接在线上分支，应保证每段总线均符合RS-485总线本身的特点、要求。
（二）通讯距离及负载能力：现场布线时要求使用不小于0.5mm2的4芯屏蔽电缆。
在现场布线时要综合考虑通讯距离与负载能力之间的关系：通讯距离越远，负载能力越低。
考虑线路供电、线路压降等因素，规定实际可接的设备和可延长的距离为：每条主干总线总长不得超过1200米，即集中器到中继器的有效距离不得超过1200米，下接中继器的每一通道的个数不得超过128台；每条中继总线总长不得超过300米，即中继器到采集器的有效距离不得超过300米，下接采集器的个数每一通道不得超过10台；每条扩展总线总长不得超过300米，即采集器到表的有效距离不得超过300米，下接表单元的个数每一通道不得超过64台。
布线方式485总线布线时不得使用星型布线方式，只能使用串行方式布线，俗称手拉手方式。
如下图a、b和c是错误接法，d、e和f是正确接法注1：红色小圈代表系统设备，黑色小圈代表了表设备，绿色小圈代表最末端的表设备。
注2：当线路存在干扰时，可在末端设备A线和B线之间并联一个匹配电阻，阻值在500-2000欧姆之间。
RS485总线在智能抄表系统中的应用
引言
智能抄表系统由主站通过传输媒体将多个用户仪表的数据集中抄读的系统。
它是用现代化的通讯手段去抄读这些仪表的数据，而不用到现场。
智能抄表系统一般是集中抄表系统与数据远程通讯的组合。
网络远程集中抄表是工业和民用中新兴的一项实用技术，结合了计算机、网络、信和工业自动化等现代化技术，并随着技术的不断发展而出现许多不同的实现手段。
本文详细介绍了RS485总线在这种智能抄表系统中的应用。
一智能抄表系统硬件设计
1.1 RS485通讯网络设计
RS485总线是工业应用中非常成熟的技术，是现代通讯技术的工业标准之一，采用RS485总线设计网络也是基于这些原因。
RS485总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，由于采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抗共模干扰的能力。
根据RS-485标准，传送数据速率达100kbit/s时通讯距离可达1200m。
本文中RS485总线包括数据采集器和数据集中器两个独立的子系统。
在这种主从式的一点对多点的连接中，数据集中器是主机（即所谓的上位机），数据采集器为从机（即下位机）。
网络结构图如图1所示。
网络拓扑结构为总线型。
网络中只能有一个主设备（Master），从设备从不进行主动通讯。
数据集中器作为主设备，主动开始一个通讯过程，即发送指令和数据。
而数据采集器作为从设备监听总线，随时准备响应总线指令，回应数据集中器。
图1 基于RS485总线网络的集中器与采集器结构图
1.2 数据集中器通讯设计
数据集中器硬件原理框图见图2，主要由以下几部分组成:单片机系统、调制解调器、与计算机间的通讯接口电路、摘机电路、隔离驱动电路、与数据采集器间的通讯接口电路、LED显示单元、收发控制电路。
数据集中器设有小键盘输入和LED显示模块，在系统中有承上启下的作用，即可作为上位机与数据采集器进行通讯（主动模式），也可作为下位机与管理计算机进行通讯（被动模式）。
工作模式如下:
1、主动模式:在没有上层管理计算机联机控制下，数据集中器作为主控设备，可通过小键盘设置下位机从节点（数据采集器，下同）地址进行主动通讯，然后通过LED显示模块循环显示接收到的该下位机从节点发送来的组数据。
2、被动模式:在有上层管理计算机的联机控制下，数据集中器成为一个通讯中转站，一方面与上层计算机通讯，一方面与RS48网内从节点通讯。
通过这种方式，计算机的指令和数据可传达到RS48｝网内的任何节点，网内的任何节点的数据也可回送到计算机。
图2 数据集中器原理框图
1.3 数据采集器通讯设计
数据采集器是一种通用的多路数据采集处理装置，可以采集脉冲式水农、电能表、气表、热表等工作脉冲，或者采集温度、电压、电流等信号。
为了正确采集有效脉冲，防止外界的电磁干扰，外接信号先经过滤波和整形等硬件抗干扰电路进入下一级。
然后进行软件抗干扰过程，软件以极高的速度进行采样，判断丢弃干扰脉冲，对符合条件的脉冲输入计数并处理。
对于温度、电压、电流等模拟信号，先通过A/D电路的转换后再处理。
数据采集器设有LED显示器循环显示每一路的数据。
为保证数据的可靠，采集器设计了两级数据存储器，并确保数据为一个一个写入X5045的串行EEPROM。
由于X5045需要一系列的复杂的SPI总线操作才能正确写入，因此X5045的EEPROM的数据是可靠和可信的。
系统配备后备可充电池，正常使用中由交流220V供电，并对电池进行涓流充电。
一旦交流供电出现问题，后备电池立刻切换为系统供电，在一定时间内确保系统正常工作。
系统设计有串行实时钟为CPU提供日期和时间，为各个用户仪表的数据处理与故障检测提供时间参数。
二数据集中器与计算机的远程通讯设计
2.1 数据集中器远程通讯部分设计
管理计算机或数据集中器与Modem的接口为RS232接口。
PC机一般将RS232口做为标准配置设备，单片机设备则一般是通过RS232接口芯片得到RS232电平。
MAX232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。
该器件包含两路接收器和驱动器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F 电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
MAX232芯片只需采用单一的+5V电源，可提供RS232电平，这在使用中非常方便。
图3为PC机与MCS51系列单片机通过MAX232接口连接的通讯电路。
图3 RS232与单片机连接电路图
2.2 数据集中器的振铃检测电路
数据集中器振铃检测电路如图4。
该电路在检测到电话线上有振铃信号后，产生外部中断请求，外中断响应后进入中断服务程序。
首先关闭中断，然后接通MODEM电源，初始化串行口及MODEM，发送AT指令，与上位PC机MODEM建立连接，允许中断后返回。
图4 振铃检测电路
三系统可靠性设计介绍
在系统设计中，无论是数据集中器还是数据采集器，都采用了Xicor公司的X6045芯片作为看门狗及电源监控电路，其EEPROM作为一个二级数据存储保护装置可以使系统更加可靠。
采用X6045使线路板简化设计，省去了很多的繁琐电路。
当然，由于普通AT89系列单片机没有SPI接口，所以必须用通用I/O 口在软件设计中模拟其工作时序，进行读、写等各种操作。
X5045可设定看门狗超时时间，典型时间200ms、600ms、1.4s或禁止，一旦设定好该时间，则软件在该时间内必须喂狗一次，以不引起看门狗复位。
当程序跑飞或者死机，则看门狗电路能及时检测到并复位以确保程序正常运行。
系统设计中，为保证系统免受外界干扰，确保系统的可靠运行。
内系统与外系统的隔离基本上采用了光电隔离器件。
器件用光进行信号的传递，以使两个系统在电气上不再有连接，防止了相互之间的影响。
四智能抄表系统软件设计
通过与硬件的配合，完成计算机软件的编程，实现整个系统的功能。
主要是人机界面的设计、通讯模块的设计、数据库技术的应用及管理应用的具体实现。
遵循从顶向下，逐步细化的软件设计思想，对以上功能描述进行分析。
整体而言，远程抄表管理软件应有如下几个模块:硬件信息模块、抄表控制模块、查询打印模块、系统设置模块、数据库操作模块等几大模块。
图5 软件模块结构图
硬件信息模块:包含整个系统的硬件信息，包括集中器、计量表信心及由此而得到的用户初始化信息。
抄表控制模块:完成通讯功能，即指令的发送和数据接收。
通讯包括各种硬件条件下的通讯，如:485直接方式、电话拨号方式、TCP/IP方式及电力线载波方式。
查询打印模块:完成原始数据的处理，得到对管理员和用户有用的数据。
包括各种查询打印方式，如:单元查询打印、单户查询打印、所有用户查询打印。
系统设置模块:系统中管理员管理接口，主要有通讯设置、密码管理、价格设置、报警设置。
数据库模块:数据库应是软件系统的核心，各种数据处理实际是对数据库的操作，原始数据的存储、处理等都在数据库的支持下进行。
