專利名稱：Rs-485總線集線器的制作方法
技術領域：
RSH85總線集線器
本實用新型涉及串口通信數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其涉及一種RS-485總 線集線器。適合于數(shù)據(jù)采集，自動化控制等領域的RS-485接口設備工 程運用。
RS-485接口是一種能夠實現(xiàn)點對多點通信的低成本總線接口 ，在 數(shù)據(jù)采集，自動化控制等領域得到廣泛運用。然而RS-485總線必須用 類似于菊花鏈形式的布線方式進行設備互連，這對于分支較多的多點 采集系統(tǒng)工程而言不僅實施困難，而且提高了安裝維護的成本。
傳統(tǒng)的布線結構主要存在以下缺點
1. RS-485總線受差分信號傳輸特點的限制總線長度一般在1200 米左右，可布線覆蓋面積十分有P艮，有時為了拓寬傳輸距離不得不采 用中繼器，也加大了布線過程中出現(xiàn)問題的可能性。
2. 所有設備共享同一根RS-485總線。任一設備RS-485端口短路， 都會影響整個系統(tǒng)的正常工作。
3. 由于RS-485總線布線比較復雜，在系統(tǒng)中絕大部分工程費用和 時間都浪費在布線環(huán)節(jié)。而RS-485總線布線的復雜程度與總線的長 短和設備的掛接數(shù)目有4艮大關系，特別在大型系統(tǒng)中顯得由為突出。 釆用傳統(tǒng)的布線結構無疑加大了布線的難度。4. 由于地理環(huán)境的原因，在相距一定距離的設備之間總是存在地 電位不平衡的問題。這種因環(huán)境造成的因素，在傳統(tǒng)布線結構中很難 綜合解決，甚至造成整個系統(tǒng)無法啟動，使得眾多的RS-485接口設 備無法可靠地在一個RS-485網(wǎng)絡中正常工作。即^:工作正常，其設 備數(shù)量一般也須被限制在32臺以內。
本實用新型要解決的技術問題是提供一種RS-485總線集線器，通 過RS-485總線集線器實現(xiàn)RS-485總線星型連接和菊花鏈連接相結合 的方式，提高布線的覆蓋面積和系統(tǒng)的可靠性，同時還能簡化系統(tǒng)的 布線過程，減小工程費用。
為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是， 一種 RS-485總線集線器，包括電源管理單元、信號匯集分發(fā)單元、主設備 接口支路和至少2條從設備接口支路；所述的主設備接口支路和每條 從設備接口支路分別包括設備接口和總線隔離單元；在主設備接口支 路中，主設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元連接；在從 設備接口支路中，從設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元 連接；所述的總線隔離單元負責各接口之間的地電位和電源隔離；所 述的信號匯集分發(fā)單元負責主從設備接口支路之間的信號轉發(fā)，實現(xiàn) 集線功能；所述的電源管理單元負責RS-485總線集線器各模塊的電源 供電和上電時序。
以上所述的RS-485總線集線器，所述主設備接口支路和從設備接 口支路中最好分別設置有短路開路保護電路，所述的短路開路保護電路在短路或開路狀態(tài)下的信號保護，避免影響其它接口設備的正常通信。
以上所述的RS-485總線集線器，所述主設備接口支路和從設備接 口支路中最好分別設置有端口自動關閉電路，所述的端口自動關閉電 路在本接口支路故障的情況下自動關閉故障的接口 ，確保其它接口的 正常使用。
本實用新型將一條主設備接口支路與多條從設備接口支路通過信 號匯集分發(fā)單元連接，由信號匯集分發(fā)單元實現(xiàn)主從設備接口支路之 間的信號轉發(fā)，實現(xiàn)集線功能，改變了傳統(tǒng)的RS-485總線必須用菊花 鏈形式進行設備互連的布線方式，可以通過星型連接和菊花鏈連接相 結合的方式，提高布線的覆蓋面積和互連的設備數(shù)量，并簡化系統(tǒng)的 布線過程，減小工程費用。本實用新型在主設備接口支路和從設備接 口支路中都設置了負責各接口之間的地電位和電源隔離的總線隔離單 元，解決了設備之間地電位不平衡的問題，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。
本實用新型如在主設備接口支路和從設備接口支路中分別設置短 路開路保護電路和端口自動關閉電路，將進一步提高系統(tǒng)的可靠性。 [附圖i兌明]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。


圖1是本實用新型RS-485總線集線器實施例1的原理框圖。
圖2是本實用新型RS-485總線集線器實施例2大型考勤門禁系統(tǒng)布線方案的示意圖。
圖3是本實用新型RS-485總線集線器實施例3多業(yè)務RS-485控 制系統(tǒng)布線方案示意圖。 [具體實施方式
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如圖1所示，本實用新型RS-485總線集線器實施例包括電源管理 單元、信號匯集分發(fā)單元、主設備接口支路和多條從設備接口支路。 主設備接口支路和每條從設備接口支路都分別包括設備接口 、總線隔 離單元、短路開路保護電路和端口自動關閉電路。在主設備接口支路 中，主設備接口通過總線隔離單元、短路開路保護電路、端口自動關 閉電路同信號匯集分發(fā)單元連接。在每條從設備接口支路中，從設備 接口通過總線隔離單元、短路開路保護電路、端口自動關閉電路同信 號匯集分發(fā)單元連接。
電源管理單元負責各個模塊的電源供電和上電時序，電源部分接 收交流110V、 220V，直流220V， IIOV， 48V， 24V, 12V, 5V電源輸入， 輸出+5V電源，采用隔離技術供給各個模塊。同時控制各芯片的上電時 序確保穩(wěn)定工作。
主設備接口和從設備接口分別負責連接RS-485總線主控設備和 從設備。采用標準RS-485驅動芯片，根據(jù)所選芯片廠家和型號的不同， 可實現(xiàn)32、 128、 256點設備驅動能力。
總線隔離單元負責實現(xiàn)各端口之間的地電位和電源隔離。采用 DC/DC電源隔離和光藕信號隔離技術，實現(xiàn)信號和電源雙重隔離。
短路開路保護電路負責實現(xiàn)對各接口在短路開路狀態(tài)下的信號保護，避免影響其它接口設備的正常通信。由于RS-485驅動芯片最小判 別門限為200mV，當接口處于短路和開路狀態(tài)時，RS-485驅動芯片的 輸入將小于200mV,此時RS-485驅動芯片的輸出將不穩(wěn)定。短路開路 保護電路采用高輸入阻抗的運算放大器實現(xiàn)電壓信號跟隨電路，通過 對RS-485兩個差分信號的分別采集，判斷對應接口是否存在短路或開 路情況。當出現(xiàn)短路或開路情況時立刻把接口輸入信號強置為l信號， 以避免由短路和開路所帶來的不穩(wěn)定狀態(tài)。
端口自動關閉電路采用定時器對各接口接收的信號進行長0信號 檢測，當接口出現(xiàn)長時間O信號時說明接口故障(長1信號本身不影 響其它接口通信)，同時端口自動關閉電路采用短脈沖計數(shù)器對各接口 接收的信號進行計數(shù)，當接口在較短時間內出現(xiàn)脈沖信號很頻繁說明 接口干擾嚴重。此時端口自動關閉電路主動端開該路接口的數(shù)據(jù)收發(fā) 通道，確保其它通道的正常工作，并發(fā)出對應端口告警指示，方便用 戶維護。當故障和干擾消失之后端口自動關閉電路又自動恢復該接口 數(shù)據(jù)收發(fā)通道。
信號匯集分發(fā)單元負責主從接口之間的信號轉發(fā)，實現(xiàn)集線功能。 整個系統(tǒng)工作流程為，主控RS-485設備發(fā)出命令請求，信號進入 集線器的主設備接口 ，信號匯集分發(fā)單元負責把該命令請求分發(fā)給每 一個從設備接口。當相應的從設備發(fā)出回應信息之后，該回應信息經(jīng) 過RS-485從設備接口進入集線器，信號匯集分發(fā)單元負責把該回應信 息通過RS-485主設備接口轉發(fā)個主設備。
圖2所示的大型考勤門禁系統(tǒng)布線方案解決了現(xiàn)有技術存在的缺陷
1. 采用星型結構連接RS-485總線，在有效利用接口的情況下布線覆 蓋面積大大提高(一般為幾平方千米)。
2. 每個端口都具有短路保護功能，并能工作在關斷模式。對大型考勤 門禁系統(tǒng)，通過分攤門禁控制器到八個端口不僅可以減少單個RS-485 總線的負荷，同時有效的提高了整個系統(tǒng)的可靠性。當任一控制器 RS-485端口短路，只會影響其所在RS-485總線系統(tǒng)，不會影響其他 接口連接的RS-485系統(tǒng)的正常工作。
3. RS-485系統(tǒng)布線過程變的簡單和快潔，從而有效的減少了工程的費 用和時間。
各端口間存在3000V隔離。對于由環(huán)境問題帶來的布線問題，只 需把問題顯著的區(qū)域用單獨端口進行連接集中處理，有效地解決地電 位帶來的布線問題。
圖3所示的多業(yè)務RS-485控制系統(tǒng)布線方案還具有以下優(yōu)點 把考勤門禁系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)和食堂售^1系統(tǒng)分別布線，并分 別裝接在不同的RS-485總線集線器下位機接口 ，共享同一個上位機 控制系統(tǒng)主機。對系統(tǒng)主機而言，所有系統(tǒng)就像掛接在一根RS-485 總線上，有利于對所有設備進行集中控制和節(jié)省工程成本。同時由 于RS-485總線集線器各端口間采用了光電隔離技術和總線分割技 術，使得用戶可以像單獨設計各系統(tǒng)一樣對待各端口系統(tǒng)。當某一 端口設備出現(xiàn)問題時，其它端口連接的系統(tǒng)將不會受到影響。有效 的解決了不同系統(tǒng)集中控制問題。如上所述，本實用新型具有以下有益效果
1)電路實現(xiàn)簡單，成本低廉。2)每個RS-485接口可驅動設備 255 (與所選芯片有關)臺，隨著設備接口的增多，單系統(tǒng)可承載設 備數(shù)量將不斷增大。3)布線采用菊花鏈和星型連接相結合方式，工 程實施靈活方便。4)在不加中繼的情況下布線范圍擴展到以1200 米為半徑的圓形范圍。5 )所有接口都具有短路開路保護和隔離單元， 有效避免地電位，信號干擾等不確定因數(shù)對總線的影響，大大提高 工程成功率。6 )端口自動關閉電路使得任何一個接口出現(xiàn)故障不會 影響其它端口的正常工作，大大加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng) 維護成本。
權利要求1.一種RS-485總線集線器，其特征在于，包括電源管理單元、信號匯集分發(fā)單元、主設備接口支路和至少2條從設備接口支路；所述的主設備接口支路和每條從設備接口支路分別包括設備接口和總線隔離單元；在主設備接口支路中，主設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元連接；在從設備接口支路中，從設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元連接；所述的總線隔離單元負責各接口之間的地電位和電源隔離；所述的信號匯集分發(fā)單元負責主從設備接口支路之間的信號轉發(fā)，實現(xiàn)集線功能；所述的電源管理單元負責RS-485總線集線器各模塊的電源供電和上電時序。
2. 根據(jù)權利要求1所述的RS-485總線集線器，其特征在于，所述主 設備接口支路和從設備接口支路中分別設置有短路開路保護電路， 所述的短路開路保護電路在短路或開路狀態(tài)下的信號保護，避免影 響其它接口設備的正常通信。
3. 根據(jù)權利要求1所述的RS-485總線集線器，其特征在于，所述主 設備接口支路和從設備接口支路中分別設置有端口自動關閉電路， 所述的端口自動關閉電路在本接口支路故障的情況下自動關閉故 障的接口，確保其它接口的正常使用。
專利摘要本實用新型公開了一種RS-485總線集線器，包括電源管理單元、信號匯集分發(fā)單元、主設備接口支路和至少2條從設備接口支路；主設備接口支路和每條從設備接口支路分別包括設備接口和總線隔離單元；在主設備接口支路中，主設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元連接；在從設備接口支路中，從設備接口通過總線隔離單元同信號匯集分發(fā)單元連接；總線隔離單元負責各接口之間的地電位和電源隔離；信號匯集分發(fā)單元負責主從設備接口支路之間的信號轉發(fā)，實現(xiàn)集線功能；電源管理單元負責各模塊的電源供電和上電時序。利用本實用新型可以實現(xiàn)RS-485總線星型連接和菊花鏈連接相結合的方式，提高布線的覆蓋面積和互連的設備數(shù)量，簡化系統(tǒng)的布線過程，減小工程費用，改善系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H04L12/40GK201146521SQ200720196189
公開日2008年11月5日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者偉 熊 申請人:深圳市三旺通信技術有限公司