基于特定码元识别技术的RS485通信接口在线自诊断系统的制作方法

基于特定码元识别技术的rs485通信接口在线自诊断系统
技术领域
1.本发明涉及配电自动化，具体公开基于特定码元识别技术的rs485通信接口的在线自诊断系统，用于配电终端设备通信中断的自检，属于基本电子电路的技术领域。


背景技术：

2.传统的配电终端设备需要通过多个rs485通信接口接不同类型、不同厂家、品质各异的设备，同时现场环境比较复杂，易出现通信中断的可能。然而，配电终端设备往往无人值守，如何自动判断通信中断的原因尤其是确定配电终端设备是否工作正常进而减少维护工作量，是亟待解决的问题，这也是配电终端设备状态监测的现实需要。
3.传统的rs485通信接口在线自诊断方法需要占用处理器的i/o资源，通过i/o控制来启动在线自诊断过程，这种通过增加处理器的i/o实现rs485通信接口自诊断功能的方法，不仅涉及原通信电路的改造还涉及处理器电路的改造，不利于配电终端设备的改造。本发明旨在仅改造各个rs485通信接口电路以实现无需占用处理器i/o资源即可实现rs485通信接口的在线自诊断。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对上述背景技术的不足，提供基于特定码元识别技术的rs485通信接口在线自诊断系统，实现无需占用处理器i/o资源即可在线自动判断rs485通信中断原因的发明目的，方案简单且成本低，解决传统rs485通信接口在线自诊断方法需要对通信电路及处理器电路都进行改造不利于配电终端改造升级的技术问题。
5.本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：一种基于特定码元识别技术的rs485通信接口在线自诊断系统，它采用了在原rs485通信口电路中增加一个特定码元识别与自环启动电路、一个启动延时退出电路和一个自环控制电路，并配合cpu系统在线自诊断程序控制实现其功能。
6.本端处理器向rs485通信接口发送实时数据，特定码元识别与自环启动电路检测到本端处理器发送数据中的特定码元后发送自环启动信号，自环延时退出电路接收到自环启动信号后检测自诊断程序时长，自环延时退出电路在接收到自环启动信号后即向自环控制电路发出进入自环状态指令，自环控制电路接收到进入自环状态指令后断开rs485外部接线并使能rs485通信接口收发自环以使rs485通信接口进入在线自诊断状态，随后本端处理器向rs485通信接口发出自诊断数据并接收rs485通信接口自环后反馈的自检数据，本端处理器比对自诊断数据和自检数据后得出评估结果，自环延时退出电路检测到自诊断程序结束后经延时后向自环控制电路发送退出自环状态指令，自环控制电路在收到退出自环状态指令后恢复rs485通信接口与外线的连接。
7.异步通信的帧结构是一位起始位、8~9位数据位、1位或多位停止位，其起始位为“0”，停止位为“1”。利用一帧的0码连续时间小于一帧码长时间的特点，并考虑到配网终端的实际应用，rs485串口的波特率一般在600以上，本发明选择300波特率下的0x00作为特定
码元，此特定码元在正常通信中是不会出现的。据此特定码元时间的表达式：大于等于9*1000/300=30ms。
8.当cpu设定300波特率并发出0x00，特定码元识别与自环启动电路通过由第一放电电阻、放电二极管、第一放电电容组成的放电电路持续放电并被第一电压比较器检测出，发出自环启动信号，即，第一电压比较器的输出由低电平翻转为高电平。放电电路持续放电并被检出的时间表达式：t1=-r1*c1*ln((vfb1-vd2)/(v1max-vd2))，取t1为特定码元时间的70%，其中，vfb1为第一电压比较器u4同相输入端的比较基准电压，v1max为起始放电电压，vd2为放电二极管d2的导通电压。第一放电电阻r1、第一放电电容c1的参数根据t1的表达式确定。
9.自环延时退出电路接收到自环启动信号后即输出高电平，向自环控制电路发出进入自环状态指令，通过第二放电电容、第二放电电阻组成的放电电路放电直至被第二电压比较器检测出，第二电压比较器输出翻转为低电平，经t2向自环控制电路发出退出在线自诊断（自环）状态指令，自环延时退出时间应大于本端处理器发出特定码元与自诊断数据时间之和，且小于本端处理器发出特定码元与自诊断数据时间与2个帧码长时间之和。特定码元和自诊断数据分别为1和3个帧码，即自环延时退出时间应在4至6个帧码时长之间，放电并被检出的时间表达式：t2=-r2*c2*ln(vfb2/v2max)，考虑到特定码元和自诊断数据分别为1和3个帧码，取t2为5个帧码长时间，其中，vfb2为第二电压比较器u5反相输入端的比较基准电压，v2max为起始放电电压，第二放电电容c2、第二放电电阻r2的参数根据t2的表达式确定。
10.自环控制电路接收到进入自环状态指令，通过常闭继电器u2开关断开rs485出线，同时通过或非门u3强制rs485通信接口的接收器，使rs485通信通过rs485通信接口u1的接收器使能端收发自环，进而进入在线自诊断状态。随后本端处理器发出自诊断数据，通过与rs485通信接口收发自环状态下返回的自检数据进行比对得出评估结果，并经延时至少2个帧码长时间退出。自诊断数据为0xff、0x55、0xaa（发的顺序为从左至右），接收的后两个数据正常为0x55、0xaa，即表明本设备rs485通信电路正常，反之判断故障，需要注意的是在自环控制电路切换时首个自诊断数据对应的自检数据会发生改变。
11.本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明提出一种无需占用配电终端处理器i/o资源即可在线诊断rs485通信状态的系统，通过特定码元识别与自环启动电路检测“0”码连续时间，在检测到“0”码时慢放电，在检测到“1”码时快速充电，当“0”码连续时间超出定值时生成自环启动信号，通过自环延时退出电路在接收到自环启动信号后检测“0”码连续时间，自环延时退出电路在检测到“1”码时即生成进入自环状态指令，通过“0”码时慢放电、“1”码快充电计时自诊断程序并在合理延时后生成退出自环状态指令，自环控制电路则通过常闭继电器实现rs485外线的断开和接入，并通过或非门的简单逻辑运算强制rs485通信接口进入自环收发状态，整个方案简单且成本低，无需对通信电路及处理器电路都进行改造即可实现rs485通信接口的在线自诊断，有利于配电终端设备的升级改造且能够降低改造的成本。
附图说明
12.图1为本发明rs485通信接口在线自诊断系统的电路图。
13.图2为本发明rs485通信接口在线自诊断程序的流程图。
14.图中标号说明：u1为rs485通信接口，u2为常闭继电器，u3为或非门，u4为第一电压比较器，u5为第二电压比较器，r1为第一放电电阻，r2为第二放电电阻，c1为第一放电电容，c2为第二放电电容，d1为第一快速充电二极管，d2为放电二极管，d3为第二快速充电二极管。
具体实施方式
15.下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
16.本发明公开的基于特定码元识别技术的rs485通信接口在线自诊断系统如图1所示，包括：第一快速充电二极管d1、放电二极管d2、第一放电电阻r1、第一放电电容c1、第一电压比较器u4组成的特定码元识别与自环启动电路；第二快速充电二极管d3、第二放电电阻r2、第二放电电容c3、第二电压比较器u5组成的自环延时退出电路；常闭继电器u2、或非接门u3组成的自环控制电路；向rs485通信接口发送数据及发射使能信号并接收rs485通信接口自环后反馈的自检数据的本端处理器，rs485通信接口u1的d端（即发射器输入端）接收本端处理器发送的txd，rs485通信接口u1的r端（即接收器输出端）输出rxd至本端处理器，本端处理器输出txe（即发射使能信号）至rs485通信接口u1的de端（即驱动器输出使能端）。特定码元识别与自环启动电路在接收到本端处理器发出的特定码元后发出自环启动信号，自环延时退出电路在接收到自环启动信号后即向自环控制电路发送进入自环状态指令，本端处理器随后进入发送自诊断数据、接收自检数据、得出诊断结果的在线自诊断流程，本端处理器通过判断是否接收到rs485通信接口反馈的自检数据来诊断本端rs485通信设备是否正常，自环延时退出电路在检测到本端处理器自诊断程序结束后发送退出自环状态指令至自环控制电路，自环控制电路在收到进入自环状态指令时将rs485外线断开以使rs485通信接口收发自环，自环控制电路在在接收到退出自环状态指令时闭合rs485外线。
17.特定码元识别与自环启动电路中，第一快速充电二极管d1的阳极以及第一放电电阻r1的一端接收本端处理器发送的txd，第一放电电阻r1的另一端接放电二极管d2的阴极，第一快速充电二极管d1的阴极与放电二极管d2的阳极、第一放电电容c1的一极、第一电压比较器u4的反相输入端连接，第一放电电容c1的另一极接地，第一电压比较器u4的同相输入端接比较基准电压vfb1，第一电压比较器u4的输出端接自环延时退出电路的输入端。
18.自环延时退出电路中，第二快速充电二极管d3的阳极作为自环延时退出电路的输入端与特定码元识别与自环启动电路的输出端即第一电压比较器u4的输出端连接，第二快速充电二极管d3的阴极与第二放电电容c2的一极、第二放电电阻r2的一端、第二电压比较器u5的同相输入端连接，第二放电电容c2的另一极和第二放电电阻r2的另一端均接地，第二电压比较器u5的反相输入端接比较基准电压vfb2。
19.自环控制电路中，第二电压比较器u5的输出端接或非门u3的一输入端，或非门u3的另一输入端接收本地处理器发送的txe（即发射使能信号），或非门u3的输出端接rs485通信接口的u1的nre端（即接收使能端），常闭继电器u2的触点j1-2和j2-2分别接rs485外线xoa、xob，常闭继电器u2的一个触点j1-1接rs485通信接口u1的oa端（即驱动器同相输出端或接收器同相输入端），常闭继电器u2的一个触点j1-2接rs485通信接口u1的ob端（即驱动器反相输出端或接收器反相输入端），常闭继电器u2的j-ct端（即，常闭继电器的控制端）接
第二电压比较器u5的输出端。
20.基于特定码元识别技术的rs485通信在线自诊断电路的参数设计方法包括以下步骤：步骤1，确定特定码元的码值与时间：特定码元的码值为0x00，在300波特率下的特定码元时间表达式：大于等于9*1000/300=30ms；步骤2，结合步骤1，特定码元时间不小于30ms的结论，特定码元识别与自环启动电路的放电并被检出的时间取特定码元时间的70%（21ms），表达式：t1=-r1*c1*ln((vfb1-vd2)/(v1max-vd2))=21 ms，其中v1max表达式：vdd-vd1, vdd为信号txd信号的电源电压，vd1和vd2为第一快速充电二极管和放电二极管的正向电压，vfb1取2*vd，vd为在线自诊断系统的二极管正向电压，t1的表达式可简化为t1=-r1*c1*ln(vd/(vdd-2*vd))=21 ms；步骤3，确定本端处理器发出的自诊断数据码值、自诊断判断依据和延时退出的时间参数：本端处理器发出的自诊断数据码值为0xff、0x55、0xaa（发的顺序为从左至右），自诊断判断依据为接收的三个码值的后两个数据正常为0x55、0xaa，即表明本设备rs485通信电路正常，反之判断故障，其中需要注意的是第一个收到的码值不作判断。
21.步骤4，结合步骤3，要求启动延时退出电路的延时退出时间应大于cpu发出特定码元与自诊断数据时间之和，且小于特定码元与自诊断数据和延时2个帧码长退出的时间之和，考虑到特定码元和自诊断数据分别为1和3个帧码，即启动延时退出电流的延时退出时间应在4至6个帧码长时间之间，取5个帧码长时间。其放电并被检出的时间表达式：t2=-r2*c2*ln(vfb2/v2max)=150 ms（5*30 ms） ，其中，v2max表达式：vdd2-vd3, vdd2为第一电压比较器u4的电源电压，vd3为第二快速充电二极管d3的正向电压，vfb2取2*vd，t2的表达式可简化为t2=-r2*c2*ln(2vd/(vdd2-vd))= 150 ms。
22.本发明公开的基于特定码元识别的rs485通信接口在线自诊断流程如图2所示，包括如下步骤：设定串口波特率为300，初始化特定码元时间；本端处理器发出300波特率下的0x00作为特定码元；经特定码元时间后，本端处理器发出自诊断数据并接收rs485反馈的自检数据；通过比对自诊断数据与接收的自检数据给出rs485通信是否正常的结论；恢复原串口配置并延时2个300波特率的帧长时间。