RS-485集線器的設(shè)計

1、精品文檔作者：鄭州威科姆公司張曉健河南海華來源 : 電子設(shè)計應(yīng)用2009 年第 5 期摘要：本文介紹了一種四路RS-485 集線器的設(shè)計，這種集線器具有各支路全部隔離、零延時自動收發(fā)轉(zhuǎn)換、故障支路自動切除并報警、故障恢復(fù)后自動接入以及防雷擊浪涌保護等功能，可以彌補RS-485 總線在實際應(yīng)用中的不足。關(guān)鍵詞： RS-485；集線器；故障自動隔離引言RS-485 總線基于平衡發(fā)送和差分接收，具有很強的抗共模干擾能力，在遠程有線數(shù)字通信領(lǐng)域使用非常廣泛。但它也存在一些缺點，如一個節(jié)點故障會引起整個總線癱瘓、不能星型布線等。在總線上加裝一個RS-485 集線器可以彌補這些缺陷，同時延長通信距離。RS

2、-485 集線器工作原理RS-485集線器利用主 485 芯片把上位機總線上的差分信號轉(zhuǎn)換成TTL 電平，然后以廣播方式分配給其它各支路的從 485 芯片，由從芯片再轉(zhuǎn)換為差分信號發(fā)送到各分支總線上。圖1 是四路集線器的應(yīng)用方案，圖的左側(cè)接RS-485總線上位機，右側(cè)接各分支下位機。由圖 1 可以看出， RS-485 集線器起到了中繼器延長距離和擴充終端數(shù)量的作用。對于四路集線器，它的四個分支總線可以分別按串行方式布線，相當(dāng)于把原來的一組總線按星型方式分成了四組，解決了布線的局限性。另外，當(dāng)其中一個節(jié)點故障導(dǎo)致總線短路時，只會影響到它所在的一組分支總線，而不會影響到其它三組。圖 1 RS-48

3、5 集線器應(yīng)用方案。1歡迎下載精品文檔圖 2防雷擊浪涌保護設(shè)計原理圖圖 3 自動收發(fā)轉(zhuǎn)換設(shè)計原理圖圖 4 故障自動隔離模塊原理框圖RS-485 集線器設(shè)計參照圖 1 的工作原理，各模塊設(shè)計重點如下。電源設(shè)計出于隔離保護和抗干擾的考慮，5 個 485 芯片采用5V 隔離電源模塊供電，使主、從電路相互隔離。2歡迎下載精品文檔信號隔離設(shè)計所有分支信號與主站信號之間都采用高速光耦6N137 進行隔離，實現(xiàn)各分支之間、各分支與主站之間全部隔離。防雷擊浪涌保護設(shè)計如圖 2 所示，所有總線出口都采用防雷管和 TVS管構(gòu)成兩級保護。總線感應(yīng)到雷擊等高壓大能量信號時，先通過防雷管提供的線線間、線地間防雷保護功能

4、，使雷擊過電壓被迅速泄放，泄放過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)大電流會在電路中感應(yīng)出一個尖峰電壓，次級保護使用的 TVS管可以將上述尖峰電壓吸收。如果有較大的電流，可以通過熱敏電阻的高阻值來降壓。零延時自動收發(fā)轉(zhuǎn)換設(shè)計如圖 3 所示，利用485 芯片的數(shù)據(jù)輸入端DI 通過非門來控制收發(fā)控制端DE/RE。電阻、電容的作用是為了補償DI 到 DE之間信號傳輸?shù)难訒r。故障自動隔離設(shè)計該模塊的設(shè)計原理是用模擬開關(guān)串接在各分支路的接收數(shù)據(jù)線上，通過單片機監(jiān)測這些接收數(shù)據(jù)，判斷是否出現(xiàn)故障，當(dāng)出現(xiàn)故障時使能端斷開該路模擬開關(guān)，同時發(fā)出報警，待故障恢復(fù)后再使其自動接入，原理框圖如圖4所示。單片機程序設(shè)計485 從芯片的RO

5、取反后接485 主芯片的 RE/DE。若 RO為高，主芯片處于接收上位機數(shù)據(jù)狀態(tài)；若RO一直為低，則主芯片一直對上位機發(fā)送，算是故障狀態(tài)。單片機內(nèi)部設(shè)2 秒為一個循環(huán)判斷周期。在這2 秒內(nèi)，如果有持續(xù)10ms的高電平，則視為正常無故障，導(dǎo)通模擬開關(guān)；若沒有，則視為故障，斷開模擬開關(guān)。單片機的主程序流程如圖5 所示。單片機的定時中斷程序流程如圖6 所示。整個四路 RS-485 集線器的電路如圖7 所示 ( 篇幅有限，其中不包含電源) 。3歡迎下載精品文檔圖 5 單片機主程序流程圖圖 6 單片機定時中斷程序流程圖。4歡迎下載精品文檔圖 7 四路 RS-485 集線器設(shè)計原理圖結(jié)語本設(shè)計在工程中運行正常，可以實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)的零延時自動轉(zhuǎn)換、故障支路自動排除以及故障恢復(fù)后自動接入，最高波特率可達到115200bps 。同時可以星型布線，延長RS-485 通信距離，增加帶負載能力，使得復(fù)雜電磁場環(huán)境下組建大規(guī)模RS-485 網(wǎng)絡(luò)的很多問題迎刃而解，極大地提高了系統(tǒng)可靠性。參考文獻1. B&B Electronics. RS-422 and RS-485 Application，Note, 19972.尹征琦 . 具有隔離性能的RS-485 中繼器及其設(shè)計J. 自動化儀表 ,2003(11):62-653.張紅兵，黃石生，周漪清. 自動轉(zhuǎn)換收發(fā)狀態(tài)的RS-485 信號分配器