本文介紹了一種四路
rs-485
集線器的設計，這種集線器具有各支路全部隔離、零延時自動收發轉換、故障支路自動切除並報警、故障恢復後自動接入以及防雷擊浪湧保護等功能，可以彌補
rs-485
匯流排在實際應用中的不足。
rs-485
；集線器；故障自動隔離
引言rs-485
匯流排基於平衡傳送和差分接收，具有很強的抗共模干擾能力，在遠端有線數字通訊領域使用非常廣泛。但它也存在一些缺點，如乙個節點故障會引起整個匯流排癱瘓、不能星型佈線等。在匯流排上加裝乙個
rs-485
集線器可以彌補這些缺陷，同時延長通訊距離。
rs-485
集線器工作原理
rs-485
集線器利用主
485晶元把上位機匯流排上的差分訊號轉換成
ttl電平，然後以廣播方式分配給其它各支路的從
485晶元，由從晶元再轉換為差分訊號傳送到各分支匯流排上。圖
1是四路集線器的應用方案，圖的左側接
rs-485
匯流排上位機，右側接各分支下位機。由圖1
可以看出，
rs-485
集線器起到了中繼器延長距離和擴充終端數量的作用。對於四路集線器，它的四個分支匯流排可以分別按序列方式佈線，相當於把原來的一組匯流排按星型方式分成了四組，解決了佈線的侷限性。另外，當其中乙個節點故障導致匯流排短路時，只會影響到它所在的一組分支匯流排，而不會影響到其它三組。
圖1 rs-485
集線器應用方案
圖2
防雷擊浪湧保護設計原理圖圖3
自動收發轉換設計原理圖圖4
故障自動隔離模組原理框圖
rs-485
集線器設計
參照圖1
的工作原理，各模組設計重點如下。
電源設計
出於隔離保護和抗干擾的考慮，5個
485晶元採用
5v隔離電源模組供電，使主、從電路相互隔離。
訊號隔離設計
所有分支訊號與主站訊號之間都採用高速光耦
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進行隔離，實現各分支之間、各分支與主站之間全部隔離。
防雷擊浪湧保護設計如圖2
所示，所有匯流排出口都採用防雷管和
tvs管構成兩級保護。匯流排感應到雷擊等高壓大能量訊號時，先通過防雷管提供的線線間、線地間防雷保護功能，使雷擊過電壓被迅速洩放，洩放過程中產生的瞬態大電流會在電路中感應出乙個尖峰電壓，次級保護使用的
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。
零延時自動收發轉換設計如圖3
所示，利用
485晶元的資料輸入端
di通過非門來控制收發控制端
de/re
。電阻、電容的作用是為了補償di到
de之間訊號傳輸的延時。
故障自動隔離設計
該模組的設計原理是用模擬開關串接在各分支路的接收資料線上，通過微控制器監測這些接收資料，判斷是否出現故障，當出現故障時使能端斷開該路模擬開關，同時發出報警，待故障恢復後再使其自動接入，原理框圖如圖
4所示。
微控制器程式設計
485從晶元的
ro取反後接
485主晶元的
re/de
。若ro
為高，主晶元處於接收上位機資料狀態；若
ro一直為低，則主晶元一直對上位機傳送，算是故障狀態。
微控制器內部設
2秒為乙個迴圈判斷週期。在這
2秒內，如果有持續
10ms
的高電平，則視為正常無故障，導通模擬開關；若沒有，則視為故障，斷開模擬開關。
微控制器的主程式流程如圖
5所示。微控制器的定時中斷程式流程如圖
6所示。
整個四路
rs-485
集線器的電路如圖7所示
(篇幅有限，其中不包含電源)。
圖5 微控制器主程式流程圖圖6
微控制器定時中斷程式流程圖圖7
四路rs-485
集線器設計原理圖
結語本設計在工程中執行正常，可以實現收發資料的零延時自動轉換、故障支路自動排除以及故障恢復後自動接入，最高波特率可達到
115200bps
。同時可以星型佈線，延長
rs-485
通訊距離，增加帶負載能力，使得複雜電磁場環境下組建大規模
rs-485
網路的很多問題迎刃而解，極大地提高了系統可靠性。
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