CN102832587A - Rs485总线/节点保护器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种RS485总线/节点保护器的方法和装置，用于保护下级总线到上级总线的安全连接和设备到总线间的安全连接，提供独立的保护机制。用于保护连接在节点和总线之间或者下级总线和上级总线之间时，在连接的节点和保护器连接的下一级总线发生故障(短路、损坏或者异常)时，节点所在的总线或者上一级总线不受影响。同时它能自动检测出设备端485总线线序的正确性，从而将反接的总线自动翻转到正确的线序。该保护器实现了自动保护、自动开启、自动翻转的功能。

Description

RS485总线/节点保护器及其方法

技术领域

本发明设计开发了电子信息技术领域的，针对广泛使用的RS485总线/节点进行保护的设备。将它连接在RS485设备和总线之间，或者下级总线和上级总线之间，保护设备所在级总线不因设备端的RS485异常或者短路而使得整个总线不能正常通信，同也可以保护前一级RS485总线的损坏或者短路而不影响后一级RS485总线的正常通信。

背景技术

在RS485的多级总线系统或单级总线系统中，单级总线系统中某一个设备短路或者出现故障，由于RS485的差分传输特性使得单级不能正常通信；多级总线系统中由于下一级总线中某一个设备短路或者出现故障，导致多级总线系统不能正常通信。这些情况的出现对于对实时性和通信稳定性都要求相对较高的RS485总线系统是必须避免的，也是代价极大的。

当RS485出现故障时，维护/维修人员需要逐个RS485设备进行检测、分别进行排除，不但烦琐、工作量大，而且一个设备的问题导致网络其他设备无法正常工作，需要分别对每个支路的设备进行检修，找到故障设备后才能重新启动总线上设备运行。

正是在这种需求下该发明孕育耳生，市场上目前没有同类型的产品出现。首先将我们的产品接在节点设备和总线之间可以在节点设备出现问题时自动将节点和总线之间断开，避免因一个设备的短路等故障导致连接的总线不能正常通信；其次将我们的设备接在上下级总线之间能隔离下级总线设备故障对上级总线通信的影响；另外设备或者连接下级总线故障时的LED灯闪烁或者常亮红灯提示也很好的解决了故障的快速排查。

RS485节点/总线保护器还在外侧接总线端加了工业级的防雷及浪涌保护，可以预防雷击致使整个总线的设备烧坏或者通信不正常的可能，也使得保护器可以在干扰或者电磁波较强的环境正常工作。

设备可广泛应用于工业控制、智能电网、智能楼宇、自助银行、停车场系统、智能卡系统、POS系统、监控及数据采集系统等。

发明内容

1、要解决的技术问题

RS485总线/节点保护器是基于STC 12C52的处理器进行开发的485总线节点保护器。用于防护485总线因其中一个设备损坏或不工作而造成总线上其他的设备工作异常。

基于STC12C52处理器进行数据处理、分析及采集。

RS485总线/节点保护器，用于工业控制、停车场系统、考勤系统等等领域。

拟解决的技术问题，具体归类为三大类问题。

基于STC12C52微控制器进行数据处理、分析及采集。

加入工业防雷功能。

解决宽电压输入、低功耗、高传输等问题。

2、技术方案

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：每一个485设备都连接一个RS485总线/节点保护器，在485总线上，只要有任何一个485设备出故障或者短路，节点保护器立马关断设备与其总线的连接，保证总线上的其他485设备不受影响，保证总线通讯的正常，一旦该设备恢复正常，节点保护器也能自动开启，解除设备与总线连接。

采用增强型51单片机进行数据处理、分析及采集。

支持全双工（2个节点保护器并行）、半双工RS422及RS485接口。

采用工业级设计，具有防雷、浪涌保护功能，更好保障485设备正常工作运行。

智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断，究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口，最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，随后出现的RS485解决了这个问题。

但是RS485在布网的同时也会遇到一旦其中的一个设备出现损坏或者短路，则导致整个485网络都将无法工作，所以在RS485接口广泛应用的情况下，在每一个485设备的节点处加上保护器显得尤为重要，在其中任意一个485网络的设备出现问题，RS485总线/节点保护器马上启动工作，将损坏的设备过滤，使得不损坏整个网络的工作。

RS485是现在工业上最常用的一种接口连接方式，其特点是实施简单方便、传输距离远、抗干扰强，并且支持RS485的设备非常之多比，特别是在楼宇系统、工业控制、运程传输等应用领域均使用485总线进行数据传输，所以RS485在近几年的市场占有率将会大幅提升。

附图说明

图1. RS485总线/节点保护器系统框图

图2. RS485总线/节点保护器在节点保护上使用连接图

图3. RS485总线/节点保护器在总线保护上使用连接图

图4. RS485总线/节点保护器软件流程图

图5. RS485总线/节点保护器实物图

具体实施方式

RS485布置网络控制着每一个485设备的正常工作，RS485总线/节点保护器则在每一个485设备的节点处提供独立的保护机制，防止在网络中的任意设备出现故障的时候，节点保护器马上响应，保护网络中的其他设备正常工作而不受影响。

在RS485网络中的每一个设备加装RS485总线/节点保护器，实时监控485设备的工作状态，采用毫秒级别的总线检测，快速响应。在485设备异常的情况下，连续5次检查异常，立即自动切断当前设备与总线的连接，保护485总线不会因为设备的异常而导致短路。当故障解除后则自动恢复设备的连接。

RS485总线/节点保护器内部均采用工业级的设计，最大功耗低于60mW，支持全双工、半双工RS422及RS485的接口，采用了5KA防雷保护，有效保护总线的安全。电源加入防反接保护，反接自动不工作。

Claims (4)

1.一种总线/节点保护的方法，包括：

将保护器按照安装要求连接在节点和总线之间或者下级总线和上级总线之间时，在连接的节点和保护器连接的下一级总线发生故障(短路、损坏或者异常)时，节点所在的总线或者下级总线的上一级总线不受影响，这种克服485网络本身设计缺陷的设计思路。

2.根据权利要求1，实现设计这种保护器思路的方法和通过是单片机/嵌入式系统检测节点或者下一级总线异常的出现，及在异常出现时断开节点或者下一级总线；

保护器上电默认断开内部RS485总线，首先检测设备端总线电压，连续采集40次电压值，通过微控制器计算分析，判断设备端总线线序是否接反，若接反，执行线序翻转操作，并闪烁LED灯指示，若线序正常，则直接开启RS485总线输出口，使得设备端与外部总线正常连接；

系统每2ms循环进行检测设备端/下一级总线电压值，若连续5次出现短路及压值异常，则立马关断设备端/下级总线端和外部总线/上一级总线的连接，保护外部总线/上级总线不被该设备异常现象影响和干扰。

3.根据权利要求1，系统有开关控制电路、RS485接口保护电路、采集检测电路为主要功能电路，其特征在于，还包括电源电路、复位电路、LED显示电路、微控制器、防雷电路，RS485设备端的数据经过采集检测电路，对RS485设备接口进行电压检测，实时循环监控，若正常，则控制开关开启，否则电压异常或者短路，若连续多次异常，则在10ms内切断保护器内部开关，保护下端RS485总线不被损坏，从而RS485总线不受电压异常、短路的干扰，使得单个RS485节点故障不影响整个RS485总线瘫痪；同时，该保护器也具有RS485设备端总线接反自动翻转功能，能够检测RS485总线的线序，在接错的情况下自行翻转到正确线序；该保护器外部总线一端设有防雷管及TVS管，防护总线雷击及浪涌烧坏。

4.根据权利要求1所述，其特征在于所述开关控制开关采用74HC4052芯片，该芯片为双路4通道模拟开关，用于控制RS485总线的开启和关闭；控制器采用4K片内Flash，256字节片内SRAM的8位增强型微控制器芯片STC12C5204AD。

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