CN104237839A - 一种标准电能高频脉冲高保真传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，包括标准电能表、脉冲处理电路和若干个误差计算单元，标准电能表连接脉冲处理电路，所述脉冲处理电路包括标准表高频脉冲发送单元和电能表高频脉冲接收转换电路，将高频脉冲信号通过标准表高频脉冲发送单元传送给脉冲处理电路，电能表高频脉冲接收转换电路将高频脉冲信号转换成差分信号，差分信号通过RS485接口芯片分别传输给各个误差计算单元，每个误差计算单元连接各校验台的电能表。本发明不仅能保证标准电能高频脉冲信号远距离传输的高、保、真特性，而且终端适用性强、成本低、集成能力强、抗干扰与驱动能力强。

Description

一种标准电能高频脉冲高保真传输系统

技术领域

本发明涉及电能计量行业，尤其涉及一种标准电能高频脉冲高保真传输系统。 

背景技术

随着电子技术、微机技术/自动化技术在计量检定系统中的普遍应用，高等级的电能标准越来越多，电能表集中检定规模化效益明显，电能计量标准的等级要求越来越高，电能表检定系统的表位数越来越多，对标准电能脉冲的频率及失真度提出了更高的要求，即：频率越来越高，驱动单元越来越多，波形失真要求越来越小，标准电能脉冲信号在长线传输以及一对多的传输中的问题越来越突出。标准电能脉冲的频率越高，标准电能脉冲的波长就越小，线路的等效阻抗就越大，标准电能脉冲进行长距离传输的过程中，会因为外界信号干扰产生噪音、衰减、使标准电能脉冲失真，影响标准电能脉冲的保真度，进而影响计量的准确度。标准电能脉冲长距离传输中的干扰主要有反射干扰、电场干扰和电磁干扰三种类型，每种干扰都对信号失真度的影响起着至关重要的作用。 

现有的保真传输系统无法解决电能高频脉冲信号在高保真、一对多传输过程中被外界随机信号干扰引起功耗、噪音、衰减等，造成信号传输失真、变形和不能驱动多数量接收电路等问题。 

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，本系统将标准电能高频信号采用驱动电路处理，由RS485接口电路发出，把标准电能高频脉冲信号转成差分信号，经屏蔽总线形式传输，进行信号的远距离、多路传送。 

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，包括标准电能表、脉冲处理电路和若干个误差计算单元，标准电能表连接脉冲处理电路，所述脉冲处理电路包括标准表高频脉冲发送单元和电能表高频脉冲接收转换电路，将高频脉冲信号通过标准表高频脉冲发送单元传送给脉冲处理电路，电能表高频脉冲接收转换电路将高频脉冲信号转换成差分信号，差分信号通过RS485接口芯片分别传输给各个误差计算单元，每个误差计算单元连接各校验台的电能表。 

所述误差计算单元包括电平转换单元、单片机和显示单元，电平转换单元接收脉冲处理 电路的电能表高频脉冲接收转换电路，电平转换单元将差分信号转换成TTL信号，单片机比较该TTL信号与各个校验台的电能表脉冲信号，将误差传送给显示单元进行显示。 

所述标准表高频脉冲发送单元包括RS485接口芯片，RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在+5V直流电压上，这样接口芯片的接收引脚禁止，发送引脚使能，标准电能高频脉冲信号通过发送引脚传入RS485接口芯片，最终转换为差分信号从接口芯片的A、B端输出。 

所述电能表高频脉冲接收转换电路包括标准表驱动电路和RS485接口芯片SN65HVD3088ED，通过5V电压供电，RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在直流地上，接口芯片的发送引脚禁止，接收引脚使能，差分信号由接口芯片的A、B引脚输入，通过RS485接口芯片转换，变成标准电能高频脉冲信号由接收引脚送出。 

所述高频脉冲信号为高频方波信号。 

本发明的有益效果为： 

(1)抗干扰能力强，干扰噪声一般会等值、同时的被加载到两根信号线上，而其差值为0，即共模噪声对RS485差模电平信号的逻辑意义不产生影响； 

(2)能有效抑制电磁干扰，由于两根线靠得很近且信号幅值相等，这两根线与地线之间的耦合电磁场的幅值也相等，同时他们的信号极性相反，其电磁场将相互抵消，因此对外界的电磁干扰也小； 

(3)高频信号的衰减不再影响标准电能脉冲接收端的波形还原，差分信号的接受端是两根线上的信号幅值之差发生正负跳变的点，作为判断逻辑0/1跳变的点的，而普通单端信号以阈值电压作为信号逻辑0/1的跳变点，受阈值电压与信号幅值电压之比的影响较大，不适合低幅度的信号； 

(4)选用驱动能力强的RS485芯片，可以驱动200个左右的节点单元，经在电能表的多表位自动化检定系统上验证，标准电能表的高频电能脉冲经处理后，抗干扰性能力增强，还原后的波形失真度更小，误差跳变等现象消失；同时，由于标准电能脉冲可以驱动的误差计算单元更多，使得电能表检定装置的表位数量由原来的几个表位增加到100以上表位，在多表位装置中高频线路的处理更为简单，调试更加容易，效益明显。 

附图说明

图1是本发明标准电能高频脉冲高保真传输的技术方案示意图； 

图2是本发明标准电能高频脉冲信号发送转换电路示意图； 

图3是本发明标准电能高频脉冲信号接收转换电路示意图。 

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。 

如图1所示，本发明是一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，标准电能高频信号采用驱动电路处理，由RS485接口电路发出，把标准电能高频脉冲信号转成差分信号，经屏蔽总线形式传输，进行信号的远距离、多路传送，差分信号再经RS485接口芯片接收并还原成标准电能高频脉冲信号输送至单片机处理单元；标准电能高频脉冲信号为高频方波信号(TTL电平)，而RS485总线是差分信号，能够有效的抑制共模干扰，只要在两点之间存在微小的电压差，经过模块转换解析后差值是正值就可以认为是高电平，差值是负值就可认为是低电平；所选用的RS485芯片是驱动能力强，可以驱动200个左右的节点单元，经在电能表的多表位自动化检定系统上验证，标准电能表的高频电能脉冲经处理后，抗干扰性能力增强，还原后的波形失真度更小，误差跳变等现象消失；同时，由于标准电能脉冲可以驱动的误差计算单元更多，使得电能表检定装置的表位数量由原来的几个表位增加到100以上表位，该技术起到了关键作用；在多表位装置中高频线路的处理更为简单，调试更加容易，效益明显。 

一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，用于实现标准电能高频脉冲信号的高保真、一对多传输。由高频脉冲驱动电路、接收单元电路组成。 

系统采用脉冲驱动电路对标准表脉冲时行功率放大、RS485接口芯片对TTL高频信号调制成差分信号，经总线式传输，传输到各电能表校验台的误差处理单元，差分信号再经RS485接口芯片接收并还原成标准电能高频脉冲信号输送至单片机单元。 

1.标准电能高频脉冲高保真传输的技术方案 

在标准电能高频脉冲信号远距离传输的过程中，为了保证信号长距离的高、保、真信号传输，所述技术采用RS485接口芯片对脉冲源的标准电能高频脉冲信号进行发出，把标准电能高频脉冲信号转成差分信号，进行信号的远距离传输。标准电能高频脉冲信号为一数字信号，而差分信号则是一个模拟量，只要在两点之间存在微小的电压差，经过模块转换解析后差值是正值就可以认为是高电平，差值是负值就可认为是低电平，因此在远距离传输的过程中，抗干扰性能力比较强。 

系统采用RS485接收单元进行信号的接收和转换，把差分信号还原成标准电能高频脉冲信号，因为差分信号是模拟量不能被一些控制设备和一些芯片识别，必须转成TTL信号后才能被识别,被还原后标准电能高频脉冲信号可被误差计算单元的单片机识别。总体方案示意图见图1所示。 

2.标准电能高频脉冲信号转成差分信号的原理 

标准电能高频脉冲信号远距离传输是能够保证脉冲源发出的标准电能高频脉冲信号不失真的远距离传递，本系统采用1个RS485接口芯片完成信号的接收和转换，多个RS485接口芯片在各误差计算单元接收。从差分信号传输线路上可以看出，若是理想状况，线路没有干扰时，在发送侧，可以形象理解为： 

IN＝IN+-IN- 

在接收侧，可以理解为： 

IN+-IN-＝OUT 

所以：OUT＝IN，在实际线路传输中，线路存在干扰，并且同时出现在差分线对上，在发送侧，仍然是： 

IN＝IN+-IN- 

线路传输干扰同时存在于差分对上，假设干扰为q，则接收则： 

(IN++q)-(IN--q)＝IN+-IN-＝OUT 

所以：OUT＝IN，噪声被抑止掉。 

3.标准表高频脉冲发送单元电路 

标准表高频脉冲发送单元主要是由RS485接口芯片SN75LBC184P组成，通过5V电压供电。RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在+5V直流电压上，这样接口芯片的接收引脚禁止，发送引脚使能。标准电能高频脉冲信号通过发送引脚传入RS485接口芯片，最终转换为差分信号从接口芯片的A、B端输出。标准电能高频脉冲信号发送转换电路如图2所示。 

4.电能表高频脉冲接收转换电路 

电能表高频脉冲接收转换电路主要是由标准表驱动电路和RS485接口芯片SN65HVD3088ED组成，通过5V电压供电。RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在直流地上，这样接口芯片的发送引脚禁止，接收引脚使能。差分信号由接口芯片的A、B引脚输入，通过RS485接口芯片转换，变成标准电能高频脉冲信号由接收引脚送出。标准电能高频脉冲信号接收转换电路如图3所示。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (5)

1.一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，其特征是：包括标准电能表、脉冲处理电路和若干个误差计算单元，标准电能表连接脉冲处理电路，所述脉冲处理电路包括标准表高频脉冲发送单元和电能表高频脉冲接收转换电路，将高频脉冲信号通过标准表高频脉冲发送单元传送给脉冲处理电路，电能表高频脉冲接收转换电路将高频脉冲信号转换成差分信号，差分信号通过RS485接口芯片分别传输给各个误差计算单元，每个误差计算单元连接各校验台的电能表。

2.如权利要求1所述的一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，其特征是：所述误差计算单元包括电平转换单元、单片机和显示单元，电平转换单元接收脉冲处理电路的电能表高频脉冲接收转换电路，电平转换单元将差分信号转换成TTL信号，单片机比较该TTL信号与各个校验台的电能表脉冲信号，将误差传送给显示单元进行显示。

3.如权利要求1所述的一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，其特征是：所述标准表高频脉冲发送单元包括RS485接口芯片，RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在+5V直流电压上，这样接口芯片的接收引脚禁止，发送引脚使能，标准电能高频脉冲信号通过发送引脚传入RS485接口芯片，最终转换为差分信号从接口芯片的A、B端输出。

4.如权利要求1所述的一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，其特征是：所述电能表高频脉冲接收转换电路包括标准表驱动电路和RS485接口芯片SN65HVD3088ED，通过5V电压供电，RS485接口芯片的接收发送使能引脚固定接在直流地上，接口芯片的发送引脚禁止，接收引脚使能，差分信号由接口芯片的A、B引脚输入，通过RS485接口芯片转换，变成标准电能高频脉冲信号由接收引脚送出。

5.如权利要求1所述的一种标准电能高频脉冲高保真传输系统，其特征是：所述高频脉冲信号为高频方波信号。