RS485總線集線器設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、開題報(bào)告電子信息工程RS485總線集線器設(shè)計(jì)1選題的背景、意義1. 1 RS-485總線的應(yīng)用在工業(yè)控制設(shè)備之間中長(zhǎng)距離通信的諸多方案中，RS-485系統(tǒng)總線因硬件 設(shè)il簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化、工業(yè)控制、小區(qū) 監(jiān)控、水利自動(dòng)測(cè)控等領(lǐng)域。山于RS-485是基于差分信號(hào)傳送的吊行通信協(xié)議, 使得它的抗干擾能力強(qiáng)。RS485總線應(yīng)用廣泛，特別在國(guó)內(nèi)具有很強(qiáng)的影響力。U前許多廠家生產(chǎn)的設(shè)備大多提供接口，并以此為標(biāo)準(zhǔn)。例如許多集中式水表采集器、集中式電表生 產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都內(nèi)置RS458芯片，提供信號(hào)輸出接口。現(xiàn)在新開發(fā)的各種產(chǎn)品, 廠家還是習(xí)慣于沿用這種標(biāo)準(zhǔn)。其次，與應(yīng)用普

2、遍且為計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的接口的 轉(zhuǎn)換器或設(shè)備十分常見(jiàn)和通用，這更增加了總線的應(yīng)用廣泛性?？偩€技術(shù)實(shí)現(xiàn)成 本低廉，傳輸距離較遠(yuǎn)，通訊可鼎，抗干擾能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通一訊現(xiàn)在的通 用技術(shù)已可以帶到個(gè)節(jié)點(diǎn)。另外，這一標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不 涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議，因此 較其它標(biāo)準(zhǔn)更具有靈活性。RS-485通信接口所組成的網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域較為常用的物理層網(wǎng)絡(luò)。RS-485具有物理連接方便、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，釆用這種通 信接口可以十分方便地將許多設(shè)備組成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)。山于RS-485通信接口控 制芯片的成本低廉且技術(shù)成熟，所以現(xiàn)

3、在許多儀表生產(chǎn)廠商都可以開發(fā)出支持RS-485通信接口的儀表,并通過(guò)這個(gè)接口實(shí)現(xiàn)多個(gè)儀表的組網(wǎng)及數(shù)據(jù)上傳功能。對(duì)于RS-485通信接口的應(yīng)用大體可分成以下三個(gè)方面冏：（1）特殊用途測(cè)量?jī)x表。山于現(xiàn)在的專用測(cè)量?jī)x表已逐步智能化，其檢測(cè)輸出的信號(hào)不再是一個(gè)單一的值，釆用通常的4、20mA的電流信號(hào)己不能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?2) 智能數(shù)據(jù)采集1/0模塊。在工控機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，隨著技術(shù)的發(fā)展數(shù)據(jù)釆集I/O模塊已得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但這些I/O模塊的輸入輸出通道和數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換模式一般是固定的，所以在一個(gè)工控系統(tǒng)必然會(huì)用到多個(gè)I/O模塊,這就要 求在工控系統(tǒng)中能夠使用一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)同時(shí)與多個(gè)I/O模塊實(shí)

4、現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。而RS-485通信接口就成為許多智能模塊廠商所采用的通信方式。(3) 智能控制器及變頻器等?，F(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中大量地采用了智能調(diào)節(jié)儀實(shí)現(xiàn)回路的調(diào)節(jié)控制，而變頻器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。要實(shí)現(xiàn)對(duì)這些設(shè)備 的集中數(shù)據(jù)采集及管理控制，就要求這些設(shè)備具備數(shù)據(jù)通訊的功能。而這些設(shè)備 就利用RS-485通信接口將多個(gè)智能儀表組成網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與工控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊, 使得只占用很少工控機(jī)接口資源就可以管理盡可能多的設(shè)備191。1.2論文的意義RS-485總線的應(yīng)用雖然廣泛，但它在使用中卻存在這許多不足之處。因?yàn)樵趯?shí)際工程應(yīng)用中如果沒(méi)有RS-485總線集線器，會(huì)使RS-485總線的使用存在很 大的局

5、限性，這表現(xiàn)在傳輸距離、終端之間的相互影響、總線的負(fù)載能力、總線 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面。下面將具體說(shuō)明:(1) 傳輸距離的限制。理論上，當(dāng)總線傳輸速率低于lOOKb/s時(shí)RS485的有效傳輸距離可以達(dá)到1200M12】。但在工程應(yīng)用中實(shí)際傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)，即使信號(hào)可以傳輸?shù)竭@個(gè)距離，但波形也會(huì)產(chǎn)生失真，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)漏碼、誤 碼的現(xiàn)象，導(dǎo)致接收到的信號(hào)不可鼎。總線的傳輸距離與多方面的因素有關(guān)，包 括傳輸導(dǎo)線雙絞線的密度、線間電容、導(dǎo)線的粗細(xì)、總線上負(fù)載的數(shù)量、發(fā)送信 號(hào)的幅度和傳輸波特率等因素。因此在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)應(yīng)當(dāng)加裝RS-485中繼器，其 作用是在信號(hào)尚未衰減失真之前，將信號(hào)正確接收后

6、然后轉(zhuǎn)發(fā)出去，達(dá)到使總線 傳輸距離增加一倍的效果。(2) 終端之間的相互影響。RS-485協(xié)議規(guī)定，所有的RS-485終端設(shè)備，無(wú)論發(fā)送器還是接收器都應(yīng)當(dāng)并行地掛接在總線上。如果某個(gè)終端的收發(fā)器出現(xiàn)損 壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)線A、B端之間發(fā)生短路，那么總線上的所有終端將無(wú)法進(jìn)行通信。因此在多終端的悄況下，終端之間要求分段隔離，互不影響。這樣，提高了總線的穩(wěn)定性，減少了故障的發(fā)生。(3) 終端數(shù)量的擴(kuò)展。RS-485驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力是有限的。當(dāng)總線上掛接的終端過(guò)多、負(fù)載過(guò)重以至于傳輸?shù)男盘?hào)幅度降低到200mV以下時(shí)，接收器將無(wú)法 正確識(shí)別信號(hào)。(4) RS-485總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。RS-485協(xié)議采用線性總線

7、結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，終端支線的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)2M。然而，在實(shí)際悄況中可能會(huì)發(fā)生終端所處位置非常 分散的悄況，如果使用線性拓?fù)溥M(jìn)行連接的話，連接線將變得很長(zhǎng)，使得工程應(yīng) 用中有些終端的支線長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2M。且支線上還可能掛接有多個(gè)終端，網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)洳⒎菄?yán)格的線性總線結(jié)構(gòu)，而是呈現(xiàn)出星形或者線性與星形相結(jié)合情況。這 就造成了傳輸線阻抗不連續(xù)，信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號(hào)的正確 傳輸。本課題的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)485總線的集線器。它可以有效的解決以上出現(xiàn) 的兒個(gè)問(wèn)題。RS-485集線器的作用是將一路485信號(hào)分為多路輸出。RS-485集 線器的設(shè)計(jì)和功能可以使它一機(jī)多用，它既可以作為延長(zhǎng)通信距離的

8、RS-485中 繼器，也可以作為信號(hào)隔離器，乂可以作為終端數(shù)量擴(kuò)展器，還可以使RS-485 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑尚切徒Y(jié)構(gòu)以滿足建網(wǎng)需求。理論上，在RS-485總線上使用集線器, 可以彌補(bǔ)RS-485的不足。2相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)2.1 485總線集線器的應(yīng)用485集線器在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用普遍，研究成果很多。其技術(shù)、方法各異，所達(dá)到的U標(biāo)和要求也有所不同。國(guó)外起步較早，某些地區(qū)在此領(lǐng)域己制訂了相關(guān)行業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也較先進(jìn)，并不斷地開發(fā)新技術(shù)。485技術(shù)在80年代開始進(jìn)入我國(guó)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)通常作為一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對(duì)高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范W的通信平臺(tái)。同時(shí)，RS-485電路具

9、有控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)作為一種多點(diǎn) 差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。U前, 在我國(guó)的自動(dòng)化監(jiān)控、安全防護(hù)、門禁考勤及工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中得到迅速普及和 應(yīng)用。U前，我國(guó)的485集線器應(yīng)用已比較普遍，現(xiàn)有的485集線器的生產(chǎn)廠商很多。485集線器大都提供星型RS-485總線。各端均具有短路、開路保護(hù)。用戶 可以輕易的改善RS-485總線結(jié)構(gòu)，分割網(wǎng)段，提高通信可靠性。當(dāng)雷擊或者設(shè) 備故障產(chǎn)生時(shí)，出現(xiàn)問(wèn)題的網(wǎng)段將被隔離，以確保其他網(wǎng)段的正常工作。大大提 高了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的可黑性，有效縮短了網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)時(shí)間。下面是一個(gè)實(shí)際中的應(yīng)用:假設(shè)在某智能樓宇工程當(dāng)

10、中，其中的所有設(shè)備都采用485接口與電腦進(jìn)行通 訊，但是在現(xiàn)場(chǎng)施工當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)如果按照原先的單純485總線的施丄的話，就會(huì) 出現(xiàn)一些問(wèn)題:l.Hl于智能樓宇工程中要求的功能越來(lái)越多，所以其中的設(shè)備也 越來(lái)越多，但是原有的485轉(zhuǎn)換器并不能帶這么多的設(shè)備。2由于485總線的特 點(diǎn)，一旦總線上有一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的話，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)總線出現(xiàn)問(wèn)題，從而導(dǎo)致針對(duì)這種W況，使用485集線器可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，利用485光隔 離集線器的將單個(gè)485總線分割成多個(gè)485總線的特性，將每層樓區(qū)隔成一個(gè)485總線，從而可以帶比原先更多的485設(shè)備，而且一旦一個(gè)總線上有485設(shè)備發(fā)生問(wèn)題，也可以將其區(qū)隔，從而只是影響

11、一層樓，而不是導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。效果如圖1所示。脈務(wù)器485«StiK煙«沮總該系統(tǒng)在使用485總線集線器之后，使每一層的485總線相互獨(dú)立，大大提 高了 485總線的穩(wěn)定性。并在以后的維護(hù)中提供了極大的方便。22最新成果RS-485集線器是一款專為解決復(fù)雜的電磁場(chǎng)環(huán)境下RS-485總線大系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的RS-485總線分割集中器(485hub)o可以提供更加靈活的RS-485星型總線 結(jié)構(gòu)RS-485接口輸入、輸出端均采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，改變?cè)锌偩€的單一式結(jié)osBtaaHn構(gòu)為星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以給工程建設(shè)及系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)極大產(chǎn)品特點(diǎn):工業(yè)級(jí)光電隔離：為所有的RS-48

12、5接口提供3KV以上的IhBhB 光電隔離，有效的解決了外界雷擊浪涌和地電位差帶來(lái)的傳輸問(wèn)題小1。短路開路保護(hù)：具有RS-485端口故障告警功能，并能自動(dòng)切掉故障端口, 這種設(shè)計(jì)能夠保證當(dāng)其中連接的RS-485端口設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，出現(xiàn)問(wèn)題的RS-485端口將被隔離，以確保其他網(wǎng)段的設(shè)備正常工作。星形連接：提供更加靈活的RS-485星型總線結(jié)構(gòu)RS-485接口輸入、輸出 端均采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式，改變?cè)锌偩€的單一式結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給工程建設(shè)及系 統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)極大的好處。數(shù)據(jù)流向自動(dòng)控制：通過(guò)硬件解決數(shù)據(jù)流向問(wèn)題，自動(dòng)判別和控制數(shù)據(jù)傳輸 方向。技術(shù)參數(shù)接口特性：審口符合EIARS-232/485協(xié)議

13、電氣接口：審口接口位接線端子傳輸介質(zhì)：超五類雙絞屏蔽線或者485專用線工作方式：異步工作,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多點(diǎn),2線半雙工隔離度：隔離電壓3000V傳輸距離：RS-485端1200米,RS-232端建議不超過(guò)5米尺寸：120L*80W*25.5H 毫米(帶接線端子尺寸：140L*105W*25.5H毫來(lái))使用環(huán)境：溫度：-2(rc-6(rc,濕度：5%95%傳輸速率：300bps115200bps保護(hù)等級(jí)：應(yīng)用領(lǐng)域:用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通訊、工業(yè)控制自動(dòng)化、道路交通控制自動(dòng)化、智能卡、 考勤、門禁、售飯系統(tǒng)、工業(yè)集散分布系統(tǒng)、閉路監(jiān)控、安防系統(tǒng)、POS系統(tǒng)、 樓宇自控系統(tǒng)、自助銀行系統(tǒng)1期。2.3發(fā)展

14、趨勢(shì)隨著RS485總線在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用，485總線系統(tǒng)原來(lái)越大，越來(lái) 越復(fù)雜。如果連接成樹型或星型，就會(huì)影響總線通信效果，使得485總線的穩(wěn)定性也越來(lái)越差。引入485集線器可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。未來(lái),485集線器應(yīng) 用于485總線的系統(tǒng)將會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。3課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）.研究難點(diǎn)及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)3.1研究?jī)?nèi)容山于485總線在應(yīng)用中的不足，設(shè)計(jì)一個(gè)RS485總線集線器，就能滿足485 總線的樹型或星型連接的需求，并能保證總線的通信質(zhì)量及其穩(wěn)定性。通常,RS-485集線器的設(shè)計(jì)為單片機(jī)控制的方案，它將總線上的數(shù)據(jù)接收下來(lái)，再發(fā)送到其他線路上，這種方法一

15、般對(duì)資源的要求較高。本設(shè)計(jì)將是一個(gè)純硬件的方 案，雖然難度降低了，資源也減少了，但它能滿足使用上的一般要求，是個(gè)較為 經(jīng)濟(jì)的方案。3. 2技術(shù)路線基于485芯片的特性，使用純硬件設(shè)計(jì)的方法，其主要內(nèi)容如下:1.485接口電路設(shè)計(jì)； 2,中繼和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制設(shè)ih 3.電源電路設(shè)ih4. 整機(jī)功耗控制。5. 時(shí)序分析6. 原理圖繪制7. PCB繪制&實(shí)際做板9測(cè)試，得出結(jié)論3. 3研究難點(diǎn)1. 電路的設(shè)計(jì)2. 穩(wěn)定性和功耗的控制3. 4預(yù)期U標(biāo)完成設(shè)訃要求，成功設(shè)計(jì)一個(gè)RS485總線集線器，在測(cè)試后使用正常。并在 實(shí)際中能安全使用，可以解決RS-485總線在使用中的問(wèn)題。4研究工作詳細(xì)工作進(jìn)度

16、和安排2010. 11. 20-2011. 1. 10 前完成文獻(xiàn)綜述，外文翻譯2011. 3. 5前完成開題報(bào)告2011. 3. 8-3. 19完成論文大綱，并完成原理性內(nèi)容（485總線原理、總線分支或集線設(shè)備的基本原理和可能的實(shí)現(xiàn)方式等）選定設(shè)計(jì)方案2011. 3. 21-3. 25完成protel原理圖設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)所用器件進(jìn)行采購(gòu)查2011. 3. 28-4. 1完成對(duì)原理圖的電路模擬2011.4.4-4.7從原理圖導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)表，完成PCB圖設(shè)計(jì)2011. 4. 8-4. 19實(shí)際做板，并完成PCB焊接2011. 4. 20-4. 31完成調(diào)試2011. 5. 1-2. 10前完成設(shè)計(jì)初稿

17、2011. 5. 10 -5. 20前設(shè)汁定稿2011. 5. 27開始答辯5參考文獻(xiàn)1亓濤基于RS485網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D山東科技大學(xué)，20052邱長(zhǎng)豐基于RS485總線的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究D.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，20063張紅兵，黃石生,周漪清.自動(dòng)轉(zhuǎn)換收發(fā)狀態(tài)的RS-485信號(hào)分配器及其設(shè)IKJ-電測(cè)與儀表，2005 (3)： 51-54.4王格芳，陳國(guó)順等.一種網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)訃與應(yīng)用測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào)，2004.18 (1)： 46-49劉金宇，孟晨等.網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)綜述-訃算機(jī)測(cè)量與控制，2003, 11(8)：561-5636饒運(yùn)濤、鄒繼軍、鄭勇蕓.現(xiàn)場(chǎng)總線C

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