專利名稱：Rs485分支器及其構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RS485通訊系統(tǒng)，特別是涉及RS485通訊系統(tǒng)中的點(diǎn)到點(diǎn)通訊設(shè)備。
背景技術(shù)：
RS485總線系統(tǒng)是較常見的一種串行通訊的總線系統(tǒng)，由于其抗干擾能力較強(qiáng)、通訊距離較遠(yuǎn)而在系統(tǒng)構(gòu)建中得到較多的應(yīng)用。然而，實際應(yīng)用中，往往會由于出現(xiàn)單點(diǎn)的故障而是整個通訊系統(tǒng)癱瘓，并且在系統(tǒng)癱瘓時，難以對故障點(diǎn)進(jìn)行定位，而必須采取一定的策略進(jìn)行逐點(diǎn)排查，使得系統(tǒng)的維護(hù)成本很高。另外，施工布線也受限較多，并且通訊節(jié)點(diǎn)數(shù)目受限，使得系統(tǒng)的構(gòu)建的復(fù)雜程度較高?？梢?，由于受限于其通訊原理的制約，現(xiàn)有RS485的現(xiàn)場應(yīng)用能力較差，實有必要進(jìn)行改進(jìn)，以增強(qiáng)基于差分信號傳輸原理的總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種RS485通訊系統(tǒng)中的點(diǎn)到點(diǎn)通訊設(shè)備，以實現(xiàn)三路及三路以上的分支，從而增強(qiáng)基于差分信號傳輸原理的總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用能力。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案包括，提出一種RS485分支器，包括一分支控制電路和與該分支控制電路相連的多個端口，各端口能夠連接一路RS485通訊線， 該分支控制電路能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線的通訊信號傳送到該路RS485通訊線上。該分支控制電路包括多個單元，每一單元對應(yīng)一個所述的端口。每一單元包括一接口電路，用以實現(xiàn)RS485電平與數(shù)字邏輯電平的相互轉(zhuǎn)換；一控制電路，用以根據(jù)與該接口電路相對應(yīng)的RS485通訊線上的接收信號產(chǎn)生一控制信號；以及一邏輯與電路，用以根據(jù)其他各個單元的控制信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算而控制該接口電路自動處于發(fā)送或接收狀態(tài)以及將通訊信號在各接口電路之間進(jìn)行傳遞。每一單元還包括兩路或兩路以上的光耦隔離，設(shè)置在各接口電路之間以實現(xiàn)通訊信號的隔離傳遞。該控制電路包括一時鐘產(chǎn)生電路部分，用以產(chǎn)生一第一設(shè)定頻率的方波；一分頻電路部分，用以對該第一設(shè)定頻率的方波進(jìn)行分頻而得到一第二設(shè)定頻率的方波；以及一計時部分，用以在輸入信號處于一第一設(shè)定電平時使輸出信號處于一第二設(shè)定電平，并在該輸入信號轉(zhuǎn)換為一第三設(shè)定電平時，開啟對該第二設(shè)定頻率的方波的減計數(shù)， 并檢測該輸入信號是否維持在該第三設(shè)定電平，是的話，在計數(shù)到零的時候，使輸出信號轉(zhuǎn)換為一第四設(shè)定電平，否的話，使計數(shù)初始化。該第一設(shè)定電平為低電平，第二設(shè)定電平為高電平，第三設(shè)定電平為高電平，第四設(shè)定電平為低電平。該分頻電路部分是16分頻的。該第一設(shè)定頻率為16KHz，第二設(shè)定頻率為IKHz。該邏輯與電路包括一通訊信號處理部分，用以將其他單元獲取的接收信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算以得到本單元的發(fā)送信號；以及一收發(fā)控制信號處理部分，用以將其他單元生成的控制信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算以得到本單元的收發(fā)控制信號。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案還包括，提出一種RS485分支器的構(gòu)成方法，包括設(shè)置一分支控制電路；設(shè)置與該分支控制電路相連的多個端口，各端口能夠連接一路RS485通訊線；使該分支控制電路能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線上、并將來自其他各個端口所連接的RS485 通訊線的通訊信號傳送到該路RS485通訊線上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的RS485分支器及其構(gòu)成方法，通過純硬件電路設(shè)計，可實現(xiàn)三路及三路以上的分支，由此將RS485總線系統(tǒng)變?yōu)辄c(diǎn)到點(diǎn)通訊，從而可大大增強(qiáng)基于差分信號傳輸原理的總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用能力。


圖1為本發(fā)明的RS485分支器實施例的結(jié)構(gòu)示意。圖2為本發(fā)明的RS485分支器實施例中所述分支控制電路的電原理框圖。圖3為本發(fā)明的分支控制電路中控制電路的電原理圖。圖4至圖7為本發(fā)明的控制電路的仿真結(jié)果示意，其中上方為檢測到的RS485信號，中間為時鐘信號，下方為控制信號。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖所示之最佳實施例作進(jìn)一步詳述。如圖1所示，本發(fā)明的RS485分支器，包括一分支控制電路1和與該分支控制電路 1相連的三個端口 11、12和13，各端口能夠連接一路RS485通訊線RS485-BUS1、RS485_BUS2 或RS485-BUS3。該分支控制電路1能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線RS485-BUS1的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線RS485-BUS2和RS485-BUS3上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線RS485-BUS2和RS485-BUS3的通訊信號傳送到該路RS485通訊線RS485-BUS1上，或者，將來自該路RS485通訊線RS485-BUS2的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線RS485-BUS1和RS485-BUS3上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線RS485-BUS1和RS485-BUS3的通訊信號傳送到該路 RS485通訊線RS485-BUS2上，或者，將來自該路RS485通訊線RS485-BUS3的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線RS485-BUS1和RS485-BUS2上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線RS485-BUS1和RS485-BUS2的通訊信號傳送到該路 RS485 通訊線上 RS485-BUS3 上。如圖2所示，本發(fā)明的RS485分支器實施例中所述分支控制電路1的電原理框圖。 分支控制電路1具體包括三個結(jié)構(gòu)相同的單元，其中，第一單元由第一接口電路111，第一控制電路112，第一邏輯與113，第一 a光耦隔離114和第一 b光耦隔離115構(gòu)成；第二單元由第二接口電路121，第二控制電路122，第二邏輯與123，第二 a光耦隔離IM和第二 b光耦隔離125構(gòu)成；第三單元由第三接口電路131，第三控制電路132，第三邏輯與133，第三a 光耦隔離Π4和第三b光耦隔離135構(gòu)成。其中，該接口電路111、121或131，用以實現(xiàn)RS485電平與數(shù)字邏輯電平的相互轉(zhuǎn)換；該控制電路112、122或132，用以根據(jù)與該接口電路相對應(yīng)的RS485通訊線上的接
收信號產(chǎn)生一控制信號；該邏輯與電路113、123或133，用以根據(jù)其他各個單元的控制信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算而控制該接口電路自動處于發(fā)送或接收狀態(tài)以及將通訊信號在各接口電路之間進(jìn)行傳遞。兩路光耦隔離[114、115]、[124、125]或[134、135]，設(shè)置在各接口電路之間以實現(xiàn)通訊信號的隔離傳遞。其中，CTR控制信號的是由RS485電路的接收信號RXD經(jīng)過處理后產(chǎn)生的。參見如圖3所示的本發(fā)明的分支控制電路1中控制電路112、122或132的電原理圖。其工作原理為電路檢測RS485線上信號，VIN常態(tài)為高電平，電路輸出VOUT保持為低電平；一旦出現(xiàn)傳輸信號，即VIN變?yōu)榈碗娖?，電路輸出VOUT變?yōu)楦唠娖剑辉趥鬏斝盘柪锖懈唠娖綍r，電路輸出保持固定延時，在延時過程中如果又出現(xiàn)低電平，那么電路輸出高電平，如果在延時結(jié)束時VIN沒有出現(xiàn)低電平，那么VOUT輸出變?yōu)榈碗娖健Ｆ潆娐方Y(jié)構(gòu)分為時鐘產(chǎn)生電路部分，分頻電路部分和計時電路部分。其中，時鐘產(chǎn)生電路部分采用555計時電路實現(xiàn)，輸出為16kHz的方波，作為電路的時鐘；分頻電路部分采用74HC161四位二進(jìn)制計數(shù)器實現(xiàn)對時鐘的16分頻，輸出為IkHz的時鐘；計時電路部分采用74HC193加減法計數(shù)器實現(xiàn)延時計算，即當(dāng)VIN為低電平時，VOUT保持為高電平，若在數(shù)據(jù)出現(xiàn)高電平時，開啟計時電路，此時在檢測VIN是否一直為高，若高即在計時結(jié)束后輸出VOUT變?yōu)榈碗娖?，若為低即對計時電路初始化，即輸出VOUT為高電平一旦又出現(xiàn)高電平便又開始計時。其仿真結(jié)果圖4至圖7顯示出來，其中上方為檢測到的RS485信號，中間為時鐘信號，下方為控制信號。可見，RS485控制信號在最后一個高電平后延時了 10個波特率，此時間可以修改時鐘參數(shù)來更改。并且該控制信號完好的實現(xiàn)了控制信號“包住”數(shù)據(jù)的要求。其他部分的電路原理說明接口電路111、121或131，采用SN65LBC184實現(xiàn)485電平和TTL電平的相互轉(zhuǎn)換， 并且在RS485端口上增加三級保護(hù)電路防雷保護(hù)，過流保護(hù)和過壓保護(hù)。光耦隔離[114,115],[124,125]或[134、135]，采用 6附37 實現(xiàn)電路三個 RS485 端口的相互獨(dú)立，需要隔離的信號有，RS485控制信號CTR1，CTR2，CTR3和數(shù)據(jù)信號T)(D1，TXD2, TXD3。邏輯與113、123或133 采用了邏輯與門電路把三個RS485電路的控制信號和數(shù)據(jù)信號兩兩相與輸入至第三個485控制端口上，實現(xiàn)三路485端口獨(dú)立工作。邏輯關(guān)系如下TXD3 = RXD1&RXD2 ；TXD2 = RXD1&RXD3 ；TXDl = RXD2&RXD3 ；DE/RE 3 = CTR 1&CTR 2 ；DE/RE 2 = CTR 1&CTR 3 ；DE/RE 1 = CTR 2&CTR 3。需要說明的是，參見圖7，在上電時三路RS485電路控制端，都同時出現(xiàn)16ms的高電平，產(chǎn)生的原因是上電時電路未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，需要經(jīng)過16個計數(shù)時間后才能讓電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，控制信號就穩(wěn)定輸出低電平。但此缺陷并對整體的功能和性能上并未造成影響，原因是即使在上電的16ms內(nèi)控制信號為高電平，即三路RS485芯片都處于發(fā)送狀態(tài)， 但此時發(fā)送的數(shù)據(jù)端口皆為高電平，因此并為對RS485總線造成影響。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的RS485分支器及其構(gòu)成方法，通過純硬件電路設(shè)計，可實現(xiàn)三路及三路以上的分支，由此將RS485總線系統(tǒng)變?yōu)辄c(diǎn)到點(diǎn)通訊，從而可大大增強(qiáng)基于差分信號傳輸原理的總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用能力。并且，經(jīng)過不斷完善，可以在此發(fā)明基礎(chǔ)上進(jìn)行集成流片設(shè)計，設(shè)計專門的芯片取代現(xiàn)有的RS485通訊芯片。以上，僅為本發(fā)明之較佳實施例，意在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非對其進(jìn)行限定。凡根據(jù)上述之文字和附圖所公開的內(nèi)容進(jìn)行的簡單的替換，比如將上述的三分支變換為四分支、五分支或者更多的分支，又比如將上述的時鐘的設(shè)定頻率由16kHz變換為32kHz，再比如將上述的16分頻變換為8分頻、4分頻甚至完全省卻，也就是不進(jìn)行分頻，都在本專利的權(quán)利保護(hù)范圍之列。
權(quán)利要求
1.一種RS485分支器，其特征在于，包括一分支控制電路和與該分支控制電路相連的多個端口，各端口能夠連接一路RS485通訊線，該分支控制電路能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線的通訊信號傳送到該路RS485通訊線上。
2.如權(quán)利要求1所述的RS485分支器，其特征在于，該分支控制電路包括多個單元，每一單元對應(yīng)一個所述的端口。
3.如權(quán)利要求2所述的RS485分支器，其特征在于，每一單元包括一接口電路，用以實現(xiàn)RS485電平與數(shù)字邏輯電平的相互轉(zhuǎn)換；一控制電路，用以根據(jù)與該接口電路相對應(yīng)的RS485通訊線上的接收信號產(chǎn)生一控制信號；以及一邏輯與電路，用以根據(jù)其他各個單元的控制信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算而控制該接口電路自動處于發(fā)送或接收狀態(tài)以及將通訊信號在各接口電路之間進(jìn)行傳遞。
4.如權(quán)利要求3所述的RS485分支器，其特征在于，每一單元還包括兩路或兩路以上的光耦隔離，設(shè)置在各接口電路之間以實現(xiàn)通訊信號的隔離傳遞。
5.如權(quán)利要求3所述的RS485分支器，其特征在于，該控制電路包括一時鐘產(chǎn)生電路部分，用以產(chǎn)生一第一設(shè)定頻率的方波；一分頻電路部分，用以對該第一設(shè)定頻率的方波進(jìn)行分頻而得到一第二設(shè)定頻率的方波；以及一計時部分，用以在輸入信號處于一第一設(shè)定電平時使輸出信號處于一第二設(shè)定電平，并在該輸入信號轉(zhuǎn)換為一第三設(shè)定電平時，開啟對該第二設(shè)定頻率的方波的減計數(shù)，并檢測該輸入信號是否維持在該第三設(shè)定電平，是的話，在計數(shù)到零的時候，使輸出信號轉(zhuǎn)換為一第四設(shè)定電平，否的話，使計數(shù)初始化。
6.如權(quán)利要求5所述的RS485分支器，其特征在于，該第一設(shè)定電平為低電平，第二設(shè)定電平為高電平，第三設(shè)定電平為高電平，第四設(shè)定電平為低電平。
7.如權(quán)利要求5所述的RS485分支器，其特征在于，該分頻電路部分是16分頻的。
8.如權(quán)利要求7所述的RS485分支器，其特征在于，該第一設(shè)定頻率為16KHz，第二設(shè)定頻率為IKHz。
9.如權(quán)利要求3所述的RS485分支器，其特征在于，該邏輯與電路包括一通訊信號處理部分，用以將其他單元獲取的接收信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算以得到本單元的發(fā)送信號；以及一收發(fā)控制信號處理部分，用以將其他單元生成的控制信號進(jìn)行邏輯與運(yùn)算以得到本單元的收發(fā)控制信號。
10.一種RS485分支器的構(gòu)成方法，其特征在于，包括設(shè)置一分支控制電路；設(shè)置與該分支控制電路相連的多個端口，各端口能夠連接一路RS485通訊線；使該分支控制電路能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線的通訊信號傳送到該路RS485通訊線上。
全文摘要
一種RS485分支器及其構(gòu)成方法，該RS485分支器包括一分支控制電路和與該分支控制電路相連的多個端口，各端口能夠連接一路RS485通訊線，該分支控制電路能夠?qū)碜栽撀稲S485通訊線的通訊信號自動傳送到其他各個端口各自所連接的RS485通訊線上、并將來自其他各個端口所連接的RS485通訊線的通訊信號傳送到該路RS485通訊線上。本發(fā)明通過純硬件電路設(shè)計，可實現(xiàn)三路及三路以上的分支，由此將RS485總線系統(tǒng)變?yōu)辄c(diǎn)到點(diǎn)通訊，從而可大大增強(qiáng)基于差分信號傳輸原理的總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用能力。
文檔編號H04L12/40GK102291287SQ20111021460
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者楊澤清 申請人:楊澤清