引言

　　RS-485總線基于平衡發(fā)送和差分接收，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，在遠(yuǎn)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(diǎn)，如一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障會引起整個(gè)總線癱瘓、不能星型布線等。在總線上加裝一個(gè)RS-485集線器可以彌補(bǔ)這些缺陷，同時(shí)延長通信距離。

        本文介紹了一種四路RS-485集線器的設(shè)計(jì)，這種集線器具有各支路全部隔離、零延時(shí)自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換、故障支路自動(dòng)切除并報(bào)警、故障恢復(fù)后自動(dòng)接入以及防雷擊浪涌保護(hù)等功能。

　　RS-485集線器工作原理

　　RS-485集線器利用主485芯片把上位機(jī)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(jī)，右側(cè)接各分支下位機(jī)。

　　由圖1可以看出，RS-485集線器起到了中繼器延長距離和擴(kuò)充終端數(shù)量的作用。對于四路集線器，它的四個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致總線短路時(shí)，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-485集線器應(yīng)用方案

　　圖2 防雷擊浪涌保護(hù)設(shè)計(jì)原理圖

　　圖3 自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)原理圖

　　圖4 故障自動(dòng)隔離模塊原理框圖

　　RS-485集線器設(shè)計(jì)

　　參照圖1的工作原理，各模塊設(shè)計(jì)重點(diǎn)如下。

　　電源設(shè)計(jì)

　　出于隔離保護(hù)和抗干擾的考慮，5個(gè)485芯片采用5V隔離電源模塊供電，使主、從電路相互隔離。

　　信號隔離設(shè)計(jì)

　　所有分支信號與主站信號之間都采用高速光耦6N137進(jìn)行隔離，實(shí)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(hù)設(shè)計(jì)

　　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(hù)。總線感應(yīng)到雷擊等高壓大能量信號時(shí)，先通過防雷管提供的線線間、線地間防雷保護(hù)功能，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(gè)尖峰電壓，次級保護(hù)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(shí)自動(dòng)收發(fā)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

　　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(bǔ)償DI到DE之間信號傳輸?shù)难訒r(shí)。