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标题: 应对RS485组网通信的失效问题 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 10:30
标题: 应对RS485组网通信的失效问题
目前在主从式架构的监控系统中，大多数主控端DVR主机是通过RS485总线来进行从属端设备的控制通信，例如云台、PTZ镜头或其他辅助设备。RS485通信具有低成本、架构简单、可靠性高及抗干扰能力强等诸多优点，但有个缺点就是其有极性的接口容易因极性反接而造成通信失效或接口损毁。由目前组网的情况来看，在大型组网布线时约有二至三成的通信失效原因都是因其有极性接口反接所致。在实际的组网布线时，总线型布线、串联型布线和星型布线一起混用组网很容易造成接口极性接错(如图1所示)，从而造成通信失效。

图1：监控系统大型组网布线混接图。

从2010年开始，安防监控每年达到30%的高速成长。在中国，到2015年，安防监控的产业产值将高达5000亿人民币。其中。采用RS485作为总线通信的监控系统如果能够解决极性接口问题，将会节省可观的人力调试及系统维护成本。因此，使用无极性RS485通信芯片来完成无极性组网通信的重要性及迫切性与日俱增。

晶焱科技的无极性RS485通信芯片(AZRS5485)采标准SOP8封装，内置极性检测与判断电路。当内部电路判断完成后，即自我进行极性的校正动作。该动作全部在芯片内部完成，不用外接额外硬件或软件来达到无极性接口要求。AZRS5485的无极性功能可谓即插即用，不用专业的施工人员也可任意的接线。这极大提高了组网效率。除此之外，AZRS5485还提供强大的系统级静电放电(ESD)防护能力。IEC 61000-4-2接触放电模式可高达±20kV，提升了RS485接口的可靠性。

有极性RS485通信网络接口反接的解决方法

硬件判断，人工修正：在RS485通信接口对地外接发光二极管(LED)，然后人工判断极性连接是否正确。如果接错再由人工通过开关将极性调整回来。其缺点是需额外的LED、开关及专业的施工调试人员。

软件判断，自动修正：在软件通信前要多一段极性确认的程序。由主控端发送检测信号，从属端收到检测信号要发回握手信号做响应。若在设定时间内，主控端仍未收到从属端的响应信号，则主控端会判定从属端线路连接错误。主控端会发出控制信号改变从属端外部的电磁继电器开关，将接口连接线路做修正再进行检测动作。其缺点是需要额外的电磁继电器与软件极性确认的程序。

编码传输：将转输信号进行曼切斯特编码或差分曼切斯特编码后，即可实现无极性连接。其缺点是需在MCU的UART与RS485芯片之间增加时钟芯片与编码及译码电路芯片。
AZRS5485无极性实现方法

AZRS5485具有内置极性检测与判断电路。它不用外接硬件来人工判断极性，也无需透过软件配合MCU做主从式架构的极性判断程序，更不用多余的芯片来完成复杂的信号编码与译码。只要芯片一上电或是RS485通信接口完成连接，内置的极性检测与判断电路就会自动进行检测与判断，然后会发送控制信号通知发射器与接收器告知接口极性是否连接正确。若是连接错误，AZRS5485可自动在内部进行极性的校正。它也省去了外部的开关与电磁继电器做极性切换的动作。如图2所示，施工者可以不用是专业人员，未受过训练的非专业人员也可以任意地进行接口信号的连接。该方法完全不用考虑极性的问题，不用任何额外多余的硬件、软件或编码，全部的检测、判断与校正动作都在AZRS5485芯片内自行完成。

图2：AZRS5485功能模块图与管脚图。

AZRS5485无极性RS485芯片特性

AZRS5485是一颗半双工、无极性的5V RS485通信芯片，内置极性检测与判断电路加上自我极性校正功能。只要将差分平衡式接口引脚(A、B)任意接上RS485接口即可，不用再多花时间确认接口极性或是接口色差线。只要一块芯片上电，AZRS5485就立刻实时地自动完成极性的检测与判断，然后进行极性的校正。不仅如此而已，AZRS5485还可无需系统重置，只要接口引脚一接上就会重新进行极性的检测和判断，然后进行极性的校正。这样设计是为了现场布线施工若发生掉线，只需再重新锁上即可,不需要锁上以后又再重置系统才能重新检测、判断和校正。最后，在无极性的系统中需要有一个有极性的装置定义极性后，其他无极性设备即可任意连接进行无极性RS485网络通信。

AZRS5485采用SOP_8标准封装与标准，引脚兼容于现行的标准RS485通信芯片。其电气特性完全符合EIA/TIA-485标准。AZRS5485发射端TX在不同的共模电压(VCM=-7~12V)下，仍可正常的输出VOD=2V的差分平衡式信号。其还有短路电流过大的电流限制保护及短路电流过久过热的热关断两阶段保护，以确保芯片不会烧毁。AZRS5485在接收端RX的相同设计在不同的共模电压(VCM=-7~12V)下，将接收端RX的临界电压设计在-50mV~-200mV之间，使其可以达到失效安全的要求(RS485网络开路、短路或空闲状态下，RX接收器输出仍为高电平，不会产生误动作)。
AZRS5485无极性RS485芯片ESD静电放电防护能力

在传统的RS485收发器中，传输线接口A、B两端会有HBM 15kV的规格。但在实际应用上，这样的防护是不够的。因此，AZRS5485在外部接口A、B端内置了瞬态电压抑制二极管(TVS)来防止浪涌电压并提供系统级静电放电保护，从而使得传输接口A、B端得到更完整的保护。ESD的规格如下：IEC 61000-4-2，接触放电模式±20kV；IEC 61000-4-2, 空气放电模式±20kV(表1)。

表1：AZRS5485特性列表。

AZRS5485极大地提升了监控系统RS485接口的可靠度，无需再为系统ESD外挂额外的保护器件。

除了传输端口A、B具有完整的ESD防护外，AZRS5485更是每一引脚均可达到器件级ESD JEDEC人体模型(HBM)±8kV的保护，与工业级应用的机器模式(MM)±800V的保护，使其应用具有最高的安全性。在芯片自我防护方面，AZRS5485的充电器件模式(CDM)达到±1kV。这可让芯片在因制程环境不良而累积过多电荷时，有强大的自我保护能力。在稳定性及可靠性上，其抗闩锁能力高达400mA，可以使用在高噪声的环境下而无虞。
无极性RS485通信网络施工建议

使用无极性RS485通信网络就可免除施工及维护的烦恼。它可使用在完全无极性的通信网络或是混合有极性网络与无极性监控设备中，如图3所示。

图3：无极性、有极性及无极性有极性混合型RS485通信网络示意图。

无极性监控设备硬件建议包括：无极性RS485监控设备接口不可接上拉下拉电阻，如图4所示。一条无极性RS485通信网络上须有一组上拉下拉电阻定义极性，建议放置于DVR主机内。

图4：无极性RS485芯片与有极性RS485芯片外部应用电路比较。

施工接线配合建议包括：建议先接通DVR主机的电源(定义极性的上拉下拉电阻置于DVR主机内)，再接通监控设备的电源，反之亦可。现有的RS485总线加无极性RS485监控设备，建议可先将A、B接上总线后，再打开监控设备的电源，但反之亦可。无极性RS485监控设备在上电接线后，发生A、B掉线的状况时，只需将A、B接回即可，不必重新启动电源。

AZRS485 5V RS-485(内置系统级静电放电防护TVS)：AZRS485 5V电源半双工RS-485收发器,将外部原先置于系统PCB上的TVS集成到RS485收发器内。单独一颗AZRS485即可对抗系统级静电放电(IEC 61000-4-2接触放电±15kV)，无需再外挂额外的保护器件。适合有极性智能电表使用。

表2：晶焱科技RS-485产品列表。

AZRS3078 3.3V RS-485(内置系统级静电放电防护TVS)：AZRS3078是3.3V电源高速半双工RS-485收发器。其同样内置了TVS，全部的电气规格均符合RS485标准规格，相当适合IP CAM使用。

AZRS3082，AZRS3088 5V RS-485(内置强大的雷击防护TVS)：AZRS3082及AZRS3088 将防护能力再次大幅提升。除了将原先系统级静电放电防护提高到IEC 61000-4-2接触放电±30kV外，再内置了强大的雷击防护(IEC 61000-4-5浪涌±30A)。其优越的静态耗电及超低的等待耗电，符合目前节能减碳的环保政策。所以AZRS3082、AZRS3088是诉求高性能、高稳定性和高安全性的RS485收发器。

关于晶焱科技:来自台湾的IC设计公司，由数十位拥有多年静电放电防护(ESD)实战经验的专业工程师所组成，同时也是台湾第一家专门提供静电防护解决方案的专业设计公司。

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