專利名稱：RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)，其 技術(shù)領(lǐng)域涉及RS-485或Profibus的信號通信，是一種信號極性自動識別與切換技術(shù)的電 路結(jié)構(gòu)。這種電路可以應(yīng)用在任何RS-485類的差分信號通信上，使差分信號通信免除信號 極性容易接反的困擾。
背景技術(shù)：
RS-485采用差分信號負(fù)邏輯，+2V +6V表示“0”，-6V -2V表示“1”。RS-485標(biāo)準(zhǔn)最初由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)于1983年制訂并發(fā)布，后由TIA通訊工業(yè) 協(xié)會修訂后命名為TIA/EIA-485-A。工程師還是習(xí)慣地稱之為RS-485。RS-485由RS-422發(fā)展而來，后者是為彌補(bǔ) RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平 衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000英尺，即1219米(速率低于 IOOkbps時)，并允許在一條平衡線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī) 接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，隨后又為其增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允 許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展 了總線共模范圍，這就是后來的EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)。RS-485是一個電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅(qū)動器和接收器的電特性，而沒有 規(guī)定接插件、傳輸電纜和通信協(xié)議。RS-485標(biāo)準(zhǔn)定義了一個基于單對平衡線的多點(diǎn)、雙向 (半雙工)通信鏈路，是一種極為經(jīng)濟(jì)、并具有相當(dāng)高噪聲抑制、傳輸速率、傳輸距離和寬共 模范圍的通信平臺。RS-485接口的主要特點(diǎn)如下平衡傳輸多點(diǎn)通信驅(qū)動器輸出電壓(帶載)彡I 1. 5V I接收器輸入門限士 200mV-7V至+12V總線共模范圍最大輸入電流1. 0mA/-0. 8mA (12Vin/-7Vin)最大總線負(fù)載32個單位負(fù)載(UL)最大傳輸速率10Mbps最大電纜長度4000英尺(即1219米)Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)已被列為IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn) 場總線技術(shù)，由 Profibus-FMS、Profibus-PA 和 Profibus-DP 等 3 部分組成。其中Profibus-DP是一種高速(數(shù)據(jù)傳輸速率9. 6kb/s 12Mb/s)、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備級 網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調(diào)速系統(tǒng)快速響應(yīng)的時 間要求。Proftbus-PA用于過程控制，用IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率為31. 25kb/s，提供本質(zhì)安全特性，適用于安全性要求較高以及由總線供電的場合。Profibus-FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速率的循環(huán)或非循環(huán)數(shù)據(jù) 交換任務(wù)?，F(xiàn)有RS-485或Profibus接口電路的弊端由于是差分信號，各個公司對A、B信號 的定義不盡相同，容易導(dǎo)致信號極性接反。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有RS-485或Profibus接口電路的弊端， 這種電路結(jié)構(gòu)，由雙刀雙擲繼電器、RS-485或Profibus接口芯片、長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存 控制電路、繼電器驅(qū)動電路組成，實(shí)現(xiàn)RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換。當(dāng) RS-485或Profibus外部輸入電路的正負(fù)極性接反時，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信 號極性進(jìn)行自動識別，通過繼電器驅(qū)動電路，驅(qū)動雙刀雙擲繼電器切換開關(guān)，把RS-485或 Profibus外部輸入電路的正負(fù)極進(jìn)行反接，實(shí)現(xiàn)正確的極性輸入。當(dāng)RS-485或Profibus 外部輸入電路的正負(fù)極性接法是正確時，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn)行 自動識別，使繼電器不動作，保證正常的通信。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的如圖3所示，長O長1計(jì)數(shù)比較電路，當(dāng)RX信號為O時，長O計(jì)數(shù)器根據(jù)時鐘計(jì)數(shù)， 和RS-485的最低波特率(30bps)的8bit X4倍以上時間比較(定時為ls，這是RS-485最 低波特率不可能出現(xiàn)的邏輯O的情況)，如果出現(xiàn)則表明是信號接反，如果是Prof ibus，最 低 波特率是9600，比較時間為3ms。如果RX信號為1時，長1計(jì)數(shù)器根據(jù)時鐘計(jì)數(shù)，如果達(dá) 到同樣的比較值，表明是信號極性接法正確時的信號空閑。長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路的輸入信號是RS-485或Profibus接口芯片的TTL 信號的RX，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路的時鐘頻率應(yīng)至少應(yīng)大于RS-485或Profibus 最大波特率的4倍，通常選擇8倍，但不限于8倍，普通RS-485的最高波特率為115. 2k，時 鐘頻率可選1M，Profibus的最高波特率為12M，時鐘頻率可選100M。長O長1計(jì)數(shù)比較電路的輸出結(jié)果控制D觸發(fā)器的prn和clrn腳，如果有長0， 使D觸發(fā)器輸出1并鎖存，切換繼電器；如果有長1，使D觸發(fā)器輸出O并鎖存，不切換繼電 器。如果不是空閑信號，而是數(shù)據(jù)信號，則長O長1計(jì)數(shù)比較電路都不會有輸出，所以不會 改變鎖存值，保證RS-485或Profibus信號的正常傳輸。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了 RS-485或Profibus信號極性的自動識別，通過控制電 路自動切換繼電器電路，實(shí)現(xiàn)RS-485或Prof ibus信號自動反轉(zhuǎn)，節(jié)省了線纜連接排查的成 本。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖，由雙刀雙擲繼電器、RS-485或Profibus接口芯 片、長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路、繼電器驅(qū)動電路組成。雙刀雙擲繼電器用于切換信號 極性，RS-485或Profibus接口芯片把RS-485電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，輸出的RX-TTL信號為 TTL電平，用于邏輯判斷。繼電器驅(qū)動電路一般用三極管電路組成，使TTL信號進(jìn)行功率放 大以驅(qū)動繼電器線圈。長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn)行自動識別。[0027]圖2是本實(shí)用新型采用的雙刀雙擲繼電器，常閉開關(guān)是表示RS-485的信號極性連 接正確時的信號通道。當(dāng)信號極性接反時，控制線圈使開關(guān)動作，常開的開關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)了 信號的自動反轉(zhuǎn)。圖3表示長0長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路，當(dāng)RX信號為0時，長0計(jì)數(shù)器根據(jù)時 鐘計(jì)數(shù)，如果達(dá)到比較值，表明信號接反。如果RX信號為1時，長1計(jì)數(shù)器根據(jù)時鐘計(jì)數(shù)， 如果達(dá)到同樣的比較值，表明是信號極性接法正確時的信號空閑。長0長1計(jì)數(shù)比較電路 的輸出結(jié)果控制D觸發(fā)器的prn和clrn腳，如果有長0，使D觸發(fā)器輸出1并鎖存，切換繼 電器；如果有長1，使D觸發(fā)器輸出0并鎖存，不切換繼電器。如果不是空閑信號，而是數(shù)據(jù) 信號，則長0長1計(jì)數(shù)比較電路都不會有輸出。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。參考圖1可知，整個電路的實(shí)現(xiàn)由雙刀雙擲繼電器、RS-485或Profibus接口芯片、 長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路、繼電器驅(qū)動電路組成。常閉開關(guān)是表示RS-485的信號極 性連接正確時的信號通道。常開開關(guān)是表示RS-485的信號極性連接錯誤時的信號反轉(zhuǎn)通 道。 參考圖3可知，長0長1計(jì)數(shù)器，RX-TTL輸入為計(jì)數(shù)器的使能信號，信號跳變則 計(jì)數(shù)器清零，下一個長O長1信號來時重新計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器時鐘頻率應(yīng)至少應(yīng)大于RS-485或 Profibus最大波特率的4倍，通常選擇8倍，但不限于8倍，普通RS-485的最高波特率為 115. 2k，時鐘頻率可選1M，Profibus的最高波特率為12M，時鐘頻率可選100M。比較器，如 果是RS-485信號，計(jì)數(shù)器與1024X1024(約Is)相比較，如果達(dá)到比較值，這計(jì)數(shù)器保持?jǐn)?shù) 據(jù)不再計(jì)數(shù)，輸出一個鎖存脈沖給D觸發(fā)器。長O長1計(jì)數(shù)比較電路的輸出結(jié)果控制D觸 發(fā)器的prn和clrn腳，如果有長0，使D觸發(fā)器輸出1并鎖存，切換繼電器；如果有長1，使 D觸發(fā)器輸出O并鎖存，不切換繼電器。如果不是空閑信號，而是數(shù)據(jù)信號，則長O長1計(jì)數(shù) 比較電路都不會有輸出。
權(quán)利要求1.RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)，其特征在于這種電 路結(jié)構(gòu)，由雙刀雙擲繼電器、RS-485或Profibus接口芯片、長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電 路、繼電器驅(qū)動電路組成，實(shí)現(xiàn)RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換，當(dāng)RS-485或 Profibus外部輸入電路的正負(fù)極性接反時，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn) 行自動識別，通過繼電器驅(qū)動電路，驅(qū)動雙刀雙擲繼電器切換開關(guān)，把RS-485或Profibus 外部輸入電路的正負(fù)極進(jìn)行反接，實(shí)現(xiàn)正確的極性輸入，當(dāng)RS-485或Profibus外部輸入電 路的正負(fù)極性接法是正確時，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn)行自動識別，使 繼電器不動作，保證正常的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路 結(jié)構(gòu)，其特征還在于長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路的輸入信號是RS-485或Profibus接 口芯片的TTL信號的RX，長O長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路的時鐘頻率應(yīng)至少應(yīng)大于RS-485 或Profibus最大波特率的4倍，普通RS-485的最高波特率為115. 2k，時鐘頻率可選1M， Profibus的最高波特率為12M，時鐘頻率可選100M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路 結(jié)構(gòu)，其特征還在于長O長1計(jì)數(shù)比較電路，當(dāng)RX信號為O時，長O計(jì)數(shù)器根據(jù)時鐘計(jì)數(shù)， 和RS-485的最低波特率30bps的8bit X 4倍以上時間比較，定時為ls，如果出現(xiàn)則表明是 信號接反，如果是Prof ibus，最低波特率是9600，比較時間為3ms，如果RX信號為1時，長1 計(jì)數(shù)器根據(jù)時鐘計(jì)數(shù)，如果達(dá)到同樣的比較值，表明是信號極性接法正確時的信號空閑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路結(jié) 構(gòu)，其特征還在于長O長1計(jì)數(shù)比較電路的輸出結(jié)果控制D觸發(fā)器的prn和clrn腳，如果 有長0，使D觸發(fā)器輸出1并鎖存，切換繼電器；如果有長1，使D觸發(fā)器輸出O并鎖存，不切 換繼電器，如果不是空閑信號，而是數(shù)據(jù)信號，則長O長1計(jì)數(shù)比較電路都不會有輸出，所以 不會改變鎖存值，保證RS-485或Profibus信號的正常傳輸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)。這種電路結(jié)構(gòu)，由雙刀雙擲繼電器、RS-485或Profibus接口芯片、長0長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路、繼電器驅(qū)動電路組成，實(shí)現(xiàn)RS-485或Profibus信號極性自動識別與切換。當(dāng)RS-485或Profibus外部輸入電路的正負(fù)極性接反時，長0長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn)行自動識別，通過繼電器驅(qū)動電路，驅(qū)動雙刀雙擲繼電器切換開關(guān)，把RS-485或Profibus外部輸入電路的正負(fù)極進(jìn)行反接，實(shí)現(xiàn)正確的極性輸入。當(dāng)RS-485或Profibus外部輸入電路的正負(fù)極性接法是正確時，長0長1計(jì)數(shù)比較鎖存控制電路對信號極性進(jìn)行自動識別，使繼電器不動作，保證正常的通信。
文檔編號H02H11/00GK201821098SQ20102017951
公開日2011年5月4日 申請日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者周厚明 申請人:武漢邁威光電技術(shù)有限公司