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CN105141491B - 一种实现自发自收的rs485通讯电路及方法 - Google Patents

一种实现自发自收的rs485通讯电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现自发自收的RS485通讯电路及方法，本发明RS485通讯电路包括主控芯片，还包括数据发送及使能光电隔离模块，数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块；本发明成本较低且能够实现自收自发。

Description

一种实现自发自收的RS485通讯电路及方法
技术领域
本发明涉本发明涉及电子领域，尤其涉及一种实现自发自收的RS485通讯电路及方法。
背景技术
通常，工业自动化领域中，如电力行业无功补偿管理系统中，智能电容器需要电容器组网、数据采集、控制管理等，一般通过现场总线实现。现场总线种类较多，如RS485总线、CAN总线、MBUS总线等等。其中RS485总线硬件成本低，容易实现，可靠性好等特点，所以被广泛应用在工业自动化领域中。
 RS485是一种广泛应用于工业通信接口、基于差分信号传送的串行通信链路层协议。具 有抗干扰能力强、传输距离远等优点，属于半双工通信。
 一般情况下，为实现RS485通讯，在硬件电路上至少需要主控制芯片（MCU）和RS485通信模块，主控芯片(MCU)需要使用三个信号线与通讯接口芯片进行连接，这三个信号线分别是主控芯片的数据信号接收端(RXD)、数据信号发送端(串口发送引脚)、数据接收/发送控制端(CTR)，分别与RS485通讯接口模块进行连接，如图1所示。其中数据信号接收端(RXD)和数据信号发送端 (串口发送引脚)的信号线一般使用主控芯片(MCU)的异步串行通讯口的引线，数据接收/发送控制端（CTR）一般使用主控芯片(MCU)普通的IO口即可。这三个信号线与RS485通讯接口芯片进行连接，其中数据信号发送端(串口发送引脚)与RS485通讯接口芯片的数据输入端(DI)连接，数据流向是从主控芯片(CPU)到RS485通讯接口模块，如图1中的箭头所示，表明主控芯片(MCU)发送的数据通过信号发送端(串口发送引脚)引线传输到RS485通讯接口芯片的数据输入端(DI)；数据信号接收端(RXD)与RS485通讯接口模块的数据输出端(RO)连接，数据流向是从RS485通讯接口芯片到主控芯片(MCU)， 如图1中的箭头所示，表明RS485通讯芯片接收到的总线数从RS485通讯接口芯片的数据输出端(RO)传输到主控芯片(MCU)的数据信号接收端(RXD)；主控芯片(MCU)的数据接收/发送控制端(CTR) 与RS485通讯接口芯片的数据接收/发送使能端(RE/DE)相连，数据流向是从主控芯片(CPU)到RS485通讯接口芯片，如图1中的箭头所示。在当前的背景技术下，如果考虑到装置的电磁兼容(EMC)性能和通讯隔离需要，还可以对上 述主控芯片(CPU)的三个信号线分别进行光电隔离处理，使得通讯接口部分与主控部分实现电气隔离。
目前的技术还存在的不足之处在于：首先，由于装置应用于工业场合，装置周围存在大量的电磁干扰信号，包括一些从RS485总线引入的干扰信号，加之装置内部电路的干扰，使得RS485的总线通讯能力实际性能降低，如通讯距离缩短、总线上连接节点的数量减少。其次，数据通信流向需要单独控制（CTR），增加硬件设计成本。再次，由于RS485通信是半双工通讯，不能实现自发自收，在使用中带来很多不便。最后，为了实现RS485通信，必须使用独立RS485通信模块，增加了很大的硬件开发成本。
发明内容
本发明的发明目的是解决上述现有RS485通讯电路的局限性，本发明提供了一种成本较低且能够自收自发的RS485通讯电路及方法。
本发明包括主控芯片，还包括数据发送及使能光电隔离模块，数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块；所述的主控芯片包括串口发送引脚、发送使能控制引脚和串口接收引脚；所述的数据发送及使能光电隔离模块的输入端与所述的主控芯片的串口发送引脚和发送使能控制引脚连接，输出端与数据收发处理模块连接；所述的数据接收光电隔离模块的输入端与所述的数据收发处理模块连接，输出端与所述的主控芯片串口接收引脚连接；所述的数据收发处理模块的一端与数据发送及使能光电隔离模块和数据接收光电隔离模块连接，另一端连接RS485总线。
一种实现自发自收的RS485通讯电路的实现方法如下：
1）开始工作后，初始状态所述的发送使能控制引脚CTR为低电平“0”，RS485通信处于接收状态；
2）RS485总线上出现差分信号“0”，经过所述的数据收发处理模块和数据接收光电隔离模块处理，所述的主控芯片MCU的串口接收引脚RXD接收到信号“0”；RS485总线上出现差分信号“1”，经过数据收发处理模块和数据接收光电隔离模块处理，所述的主控芯片MCU的串口接收引脚RXD接收到信号“1”；
3）所述的发送使能控制脚CTR输出高电平“1”，RS485通信处于发送状态，所述的主控芯片MCU的发送引脚串口发送引脚TXD发出数据信号“1”，经过所述的数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块处理，在RS485总线上产生差分信号“1”，主控芯片MCU的串口发送引脚TXD发出数据信号“0”，经过所述的数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块，在RS485总线上产生差分信号“0”；
4）所述的主控芯片MCU发送出数据信号“1”或“0”，同时经过所述的数据接收光电隔离模块返回到主控芯片MCU的串口接收引脚RXD，实现发送数据的自发自收。
采用以上结构后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种实现自发自收的RS485通讯电路不仅实现了RS485的通讯功能，还实现了通过发送光耦两个输入引脚控制实现发送、接收功能的控制，从而减少了RS485通信收发控制引脚隔离光耦，从而降低了设计成本，更重要的是，本发明取消了标准RS485通信芯片，极大的降低了RS485通讯系统的成本，还实现了半双工RS485通信的自发自收功能，从而实现了RS485通讯单路自检测功能。本发行RS485通信电路包括信号光电隔离模块，RS485通信接口模块等部分。
作为改进，所述的数据收发处理模块包括三极管、稳压二极管、单向导通二极管、限流电阻、下拉电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、上拉电阻；所述的稳压二极管的阳极接地，阴极与所述的限流电阻相连；所述的下拉电阻的一端接地；所述的限流电阻与下拉电阻连接的节点与所述的三极管的基极相连；所述的三极管的集电极通过所述的上拉电阻连接电源；所述的三极管的发射极与所述的单向导通二极管的阳极相连；所述的第一分压电阻和第二分压电阻与所述的二极管的阴极相连。
作为改进，所述的数据发送及使能光电隔离模块包括第一光电隔离光耦；所述的第一光电隔离光耦的1脚与所述的发送使能控制引脚相连，2脚与所述的串口发送引脚相连，3脚通过所述的下拉电阻R2接地，4脚连接隔离电源。
作为改进，所述的数据接收光电隔离模块包括第二光电隔离光耦，所述的第二光电隔离光耦的1脚与所述的第一分压电阻和第二分压电阻相连，2脚接地，3脚接VSS端，4脚接串口接收引脚。
附图说明
图1为现有的RS485三光耦隔离通讯电路结构框图。
图2为本发明的电路结构框图。
图3为本发明的电路原理图。
实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2-3所示本发明包括主控芯片MCU，还包括数据发送及使能光电隔离模块，数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块；所述的主控芯片MCU包括串口发送引脚TXD、发送使能控制引脚CTR和串口接收引脚RXD；所述的数据发送及使能光电隔离模块的输入端与所述的主控芯片MCU的串口发送引脚TXD和发送使能控制引脚CTR连接，输出端与数据收发处理模块连接；所述的数据接收光电隔离模块的输入端与所述的数据收发处理模块连接，输出端与所述的主控芯片MCU串口接收引脚RXD连接；所述的数据收发处理模块的一端与数据发送及使能光电隔离模块和数据接收光电隔离模块连接，另一端连接RS485总线。所述的数据收发处理模块包括三极管Q1、稳压二极管D1、单向导通二极管D2、限流电阻R1、下拉电阻R2、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4、上拉电阻R5；所述的稳压二极管D1的阳极接地，阴极与所述的限流电阻R1相连；所述的下拉电阻R2的一端接地；所述的限流电阻R1与下拉电阻R2连接的节点与所述的三极管Q1的基极相连；所述的三极管Q1的集电极通过所述的上拉电阻R5连接电源；所述的三极管Q1的发射极与所述的单向导通二极管D2的阳极相连；所述的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4与所述的二极管D2的阴极相连。所述的数据发送及使能光电隔离模块包括第一光电隔离光耦；所述的第一光电隔离光耦的1脚与所述的发送使能控制引脚CTR相连，2脚与所述的串口发送引脚TXD相连，3脚通过所述的下拉电阻R2接地，4脚连接隔离电源。所述的数据接收光电隔离模块包括第二光电隔离光耦，所述的第二光电隔离光耦的1脚与所述的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4相连，2脚接地，3脚接VSS端，4脚接串口接收引脚RXD。
如图3所示，相比较于图1所示的现有RS485三光耦通讯电路结构框图，本发明首先省去了RS485收发控制隔离光耦，将收发控制加载到数据发送信号隔离光耦上。其次，将标准RS485通信芯片换成了本发明的数据收发控制电路。再次，将发送信号同时加载到接收数据信号上实现半双工RS485通信的自发自收功能。
以下就本发明的具体实施过程作出阐述，用于帮助对本发明的理解。
 数据发送过程，所述的主控芯片MCU的发送使能控制引脚CTR连接到第一光电隔离光耦的1脚作为RS485通讯发送数据使能控制端口，主控芯片MCU的串口发送引脚TXD连接到第一光电隔离光耦的2脚作为RS485通讯发送数据端口。当使能控制引脚输出低电平“0”时，无论串口发送引脚TXD输出高点平“1”还是输出低电平“0”，第一光电隔离光耦都处于截止状态，数据不能发送出去。当发送使能控制引脚CTR输出高点平“1”是，串口发送引脚TXD输出信号“1”高点平5V，第一光电隔离光耦截止，三极管基极电压为0V，三极管截止，RS485_B端电压为-0.7V，则RS485_A端的电压大于RS48_B 的电压200mV以上，则RS485总线上产生差分信号“1”；串口发送引脚TXD输出信号“0”低电平0V，第一光电隔离光耦导通，三极管基极为高电压5V，三极管导通，三极管发射极为高点平5V，单向导通二极管导通，RS485_B端电压为5V，则RS485_A端的电压小于RS48_B的电压200mV 以上，则RS485总线上产生差分信号“0”，此电路实现RS485差分信号“0”和“1”的发送。
数据接收过程，所述的主控芯片MCU的引脚连接到第二光电隔离光耦的4脚作为RS485通讯接收数据端口。当发送使能控制引脚CTR端口输出低电平“0”，RS485通讯处于进制发送状态，当RS485总现场上产生差分信号“1”，则RS485_A端口电压大于RS485_B端口电压，则N2光电隔离光耦截止，串口接收引脚RXD端口状态为信号“1”状态；当RS485总现场上产生差分信号“0”，则RS485_A端口电压小于RS485_B端口电压，则第二光电隔离光耦导通，RXD端口状态为信号“0”状态，此电路实现了RS485差分信号“0”和“1”的接收。
自发自收过程，当RS485通信处于发送状态时，串口发送引脚TXD端口发送信号“1”，则RS485_B端口处于低电平，则第二光电隔离光耦截止，串口接收引脚RXD端口端口信号为“1”时；串口发送引脚TXD端口发送信号“0”时，则RS485_B端口处于高点平，则第二光电隔离光耦导通，串口接收引脚RXD端口端口信号为“0”，此电路实现了RS485通信的自发自收功能。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种实现自发自收的RS485通讯电路，包括主控芯片MCU，其特征在于：还包括数据发送及使能光电隔离模块，数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块；所述的主控芯片MCU包括串口发送引脚TXD、发送使能控制引脚CTR和串口接收引脚RXD；所述的数据发送及使能光电隔离模块的输入端与所述的主控芯片MCU的串口发送引脚TXD和发送使能控制引脚CTR连接，输出端与数据收发处理模块连接；所述的数据接收光电隔离模块的输入端与所述的数据收发处理模块连接，输出端与所述的主控芯片MCU的串口接收引脚RXD连接；所述的数据收发处理模块的一端与所述的数据发送及使能光电隔离模块和数据接收光电隔离模块连接，另一端连接RS485总线；
所述的数据收发处理模块包括三极管Q1、稳压二极管D1、单向导通二极管D2、限流电阻R1、下拉电阻R2、第一分压电阻R3、第二分压电阻R4、上拉电阻R5；所述的稳压二极管D1的阳极接地，阴极与所述的限流电阻R1相连；所述的下拉电阻R2的一端接地；所述的限流电阻R1与下拉电阻R2连接的节点与所述的三极管Q1的基极相连；所述的三极管Q1的集电极通过所述的上拉电阻R5连接电源；所述的三极管Q1的发射极与所述的单向导通二极管D2的阳极相连；所述的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4与所述的二极管D2的阴极相连；
所述的数据发送及使能光电隔离模块包括第一光电隔离光耦；所述的第一光电隔离光耦的1脚与所述的发送使能控制引脚CTR相连，2脚与所述的串口发送引脚TXD相连，3脚通过所述的下拉电阻R2接地，4脚连接隔离电源；
所述的数据接收光电隔离模块包括第二光电隔离光耦，所述的第二光电隔离光耦的1脚与所述的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4相连，2脚接地，3脚接VSS端，4脚接串口接收引脚RXD。
2.一种基于权利要求1中所述的一种实现自发自收的RS485通讯电路的实现方法如下：
1）开始工作后，初始状态所述的发送使能控制引脚CTR为低电平“0”，RS485通信处于接收状态；
2）RS485总线上出现差分信号“0”，经过所述的数据收发处理模块和数据接收光电隔离模块处理，所述的主控芯片MCU的串口接收引脚RXD接收到信号“0”；RS485总线上出现差分信号“1”，经过数据收发处理模块和数据接收光电隔离模块处理，所述的主控芯片MCU的串口接收引脚RXD接收到信号“1”；
3）所述的发送使能控制脚CTR输出高电平“1”，RS485通信处于发送状态，所述的主控芯片MCU的发送引脚串口发送引脚TXD发出数据信号“1”，经过所述的数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块处理，在RS485总线上产生差分信号“1”，主控芯片MCU的串口发送引脚TXD发出数据信号“0”，经过所述的数据接收光电隔离模块和数据收发处理模块，在RS485总线上产生差分信号“0”；
4）所述的主控芯片MCU发送出数据信号“1”或“0”，同时经过所述的数据接收光电隔离模块返回到主控芯片MCU的串口接收引脚RXD，实现发送数据的自发自收。
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