CN108233991A - 一种基于rs485的直流载波通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RS485的直流载波通讯系统，包括电源模块、第一耦合器、第二耦合器、信号发送装置和信号接收装置；第一耦合器分别与电源模块、信号发送装置和第二耦合器连接，第二耦合器分别与电源模块和信号接收装置连接；第一耦合器用于将信号发送装置发送的通讯信号耦合至电源模块，第二耦合器用于将电源模块中的通讯信号耦合至信号接收装置；其中，信号发送装置和信号接收装置均集成有RS485接口以使直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。该系统基于RS485的总线进行通讯时，可以避免由于线多而导致的接错线的问题，进而简化了线路复杂度、提高了接线效率、降低了硬件成本。

Description

一种基于RS485的直流载波通讯系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种基于RS485的直流载波通讯系统。

背景技术

RS485接口芯片作为一种常用的接口器件为大家所熟知、广泛应用于各个有线通讯领域、是一种具有成本低、简易使用且可靠性高的通讯方式、尤其在传统的直流弱电通讯控制系统领域中更是独占鳌头，如消防控制系统、自动控制、仪器、仪表控制、机电控制等诸多领域。

图1为现有技术中所提供的一种直流载波通讯系统的结构示意图，如图1所示，该系统中利用RS485通讯时最少需要四条线进行信号传输，包括电源模块10提供的2条直流电源线和2条信号传输总线11，2条直流电源线用于供应直流电给信号发送装置101和信号接收装置102，2条信号传输总线11用于传输通讯信号，在实际布线时施工人员很容易出现由于分不清电源线和信号传输总线11而出现接错线的情况，并且在线路较多的情况下，线路成本也较高。

由此可见，如何克服传统的直流载波通讯系统由于线路多而导致的接线复杂度高、接线效率低和硬件成本高的问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于RS485的直流载波通讯系统，以解决现有技术中传统的直流载波通讯系统由于线路多而导致的接线复杂度高、接线效率低和硬件成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于RS485的直流载波通讯系统，包括：

电源模块、第一耦合器、第二耦合器、信号发送装置和信号接收装置；

所述第一耦合器分别与所述电源模块、所述信号发送装置和所述第二耦合器连接，所述第二耦合器分别与所述电源模块和所述信号接收装置连接；

所述第一耦合器用于将所述信号发送装置发送的通讯信号耦合至所述电源模块，所述第二耦合器用于将所述电源模块中的所述通讯信号耦合至所述信号接收装置；

其中，所述信号发送装置和所述信号接收装置均集成有RS485接口以使所述直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。

优选地，还包括：

第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器；

所述第三滤波器分别与所述电源模块、所述第一耦合器、所述第二耦合器、所述第一滤波器和所述第二滤波器连接，所述第一滤波器与所述信号发送装置连接，所述第二滤波器与所述信号接收装置连接，当所述电源模块为所述信号发送装置和所述信号接收装置供电时，隔离所述通讯信号。

优选地，所述信号发送装置包括：

第一RS485接口芯片和第一单片机；

所述第一单片机与所述第一RS485接口芯片连接以将所述通讯信号经过曼彻斯特编码后发送至所述第一RS485接口芯片。

优选地，所述信号接收装置包括：

第二RS485接口芯片和第二单片机；

所述第二单片机与所述第二RS485接口芯片连接以对所述第二RS485接口芯片接收的经过所述曼彻斯特编码的通讯信号进行译码并应答。

优选地，还包括：

集成于所述第一RS485接口芯片的第一稳压器，所述第一稳压器用于将所述电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。

优选地，所述第一RS485接口芯片具体为V6602H芯片。

优选地，还包括：

集成于所述第二RS485接口芯片的第二稳压器，所述第二稳压器用于将所述电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。

优选地，所述第二RS485接口芯片具体为V6602H芯片。

相比于现有技术，本发明所提供的一种基于RS485的直流载波通讯系统，包括电源模块、第一耦合器、第二耦合器、信号发送装置和信号接收装置；第一耦合器分别与所述电源模块、所信号发送装置和第二耦合器连接，第二耦合器分别与电源模块和信号接收装置连接；第一耦合器用于将所述信号发送装置发送的通讯信号耦合至电源模块，第二耦合器用于将电源模块中的通讯信号耦合至信号接收装置；其中，信号发送装置和信号接收装置均集成有RS485接口以使直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。由此可见，该系统基于RS485的总线进行通讯时，首先利用与信号发送装置连接的第一耦合器将通讯信号直接耦合至电源模块的电源线，然后再利用与电源模块连接的第二耦合器将电源线上的通讯信号耦合到信号接收装置，也就是说只需要两条电源线就可以实现供电和通讯的功能，避免了由于线多而导致的接错线的问题，进而简化了线路复杂度、提高了接线效率、降低了硬件成本。

附图说明

图1为现有技术中所提供的一种直流载波通讯系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的一种基于RS485的直流载波通讯系统结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种基于RS485的直流载波通讯系统结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种信号接收装置的等效电路图；

图5为本发明实施例所提供的一种信号发送装置的等效电路图；

图6为本发明实施例所提供的总线的信号时序图；

图7为本发明实施例所提供的RS485接口芯片信号端的信号时序图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种基于RS485的直流载波通讯系统，可以解决传统的基于RS485的直流载波通讯系统由于线路多而导致的接线复杂度高、接线效率低和硬件成本高的问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图2为本发明实施例所提供的基于RS485的直流载波通讯系统结构示意图，如图2所示，包括：电源模块10、第一耦合器103、第二耦合器104、信号发送装置101和信号接收装置102；第一耦合器103分别与电源模块10、信号发送装置101和第二耦合器104连接，第二耦合器104分别与电源模块10和信号接收装置102连接；第一耦合器103用于将信号发送装置101发送的通讯信号耦合至电源模块10，第二耦合器104用于将电源模块10中的通讯信号耦合至信号接收装置102；其中，信号发送装置101和信号接收装置102均集成有RS485接口以使直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。

本申请实施例所提供的基于RS485的直流载波通讯系统，在基于RS485的总线进行通讯时，可以将信号发送装置101发送的通讯信号，通过分别与电源模块10和信号发送装置101连接的第一耦合器103耦合到电源模块10连接的总线(电源线)上，然后再通过分别与电源模块10和信号接收装置102连接的第二耦合器104将总线上的通讯信号传导至信号接收装置102，进而实现信号发送装置101和信号接收装置102之间的信号传输。该基于RS485的直流载波通讯系统可以直接将通讯信号加载于电源模块10提供的总线上，也就是说只要电源模块10提供的两条总线就可同时实现对信号发送装置101和信号接收装置102的供电以及信号发送装置101与信号接收装置102之间的信号传输，相比于现有技术中的直流载波通讯系统，线路连接简单，接线效率高，也可节省线材成本。

基于RS485的通讯信号传输虽然采用了差分信号、大大的提高了信号的抗噪声能力、但通讯信号内容未经编码含有直流分量、在远距离传输与抗干扰能力上难免性能会下降。所以为了防止传统的RS485接口芯片的通讯信号在传输时由于通讯频率不固定、频谱较宽，进而影响通讯信号的传输质量，因此在该基于RS485的直流载波通讯系统中对通讯信号经过曼彻斯特编码重新编码后进行传输，作为优选地实施方式，信号发送装置101包括：第一RS485接口芯片和第一单片机；第一单片机与第一RS485接口芯片连接以将通讯信号经过曼彻斯特编码后发送至第一RS485接口芯片。信号接收装置102包括：第二RS485接口芯片和第二单片机；第二单片机与第二RS485接口芯片连接以对第二RS485接口芯片接收的经过曼彻斯特编码的通讯信号进行译码，既而执行命令或返回信息。

通常在一个以RS485协议作为通信协议的系统中，每个时刻，只有一个模块处于发送状态，其余模块皆处于接收状态。即整个基于RS485的直流载波通讯系统中一般只有一个信号发送模块101，有多个信号接收模块102。信号传输的具体过程为：首先信号发送模块101中的第一单片机将通讯信号经过曼彻斯特编码后由第一RS485接口芯片的发送端通过第一耦合器103将差分通讯信号耦合到电源模块10提供的两条总线上，即电源线的正端和负端进行传输，曼彻斯特编码有效地去除了通讯信号中的零频率成份、无直流漂移问题、更适合远距离传输；然后信号接收装置102中的第二RS485接口芯片的接收端接收第二耦合器104从与电源模块10连接的两条总线上分离出来的差分通讯信号，并转送至第二单片机进行接下来的译码、读取及回复工作。曼彻斯特编码确保了通讯信号在传输过程中的稳定性与通讯成功率。曼彻斯特编码的频谱很窄，因此可以对信号进行更有效的耦合、以及分离提取。曼彻斯特编码是一种同步时钟编码，常用于局域网传输，曼彻斯特编码将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输，因为每位编码中皆有一跳变，所以不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。本申请实施例提供的基于RS485的直流载波通讯系统充分运用了RS485接口芯片自身功耗低的优点，通常小于0.5mA，所以只要电源模块10的驱动能力足够、理论上可至少连接256(信号发送装置101和信号接收装置102之和)台装置。电源模块10提供的两根总线，每一条总线上都包含直流分量和高频分量，作为直流分量的就是电源和地，作为高频分量的就是差分信号。在实际应用中，第一耦合器103和第二耦合器104都是成对存在的，在图2中为了说明问题只画出了一个第一耦合器103和一个第二耦合器104。

相比于现有技术，本发明所提供的一种基于RS485的直流载波通讯系统，包括电源模块、第一耦合器、第二耦合器、信号发送装置和信号接收装置；第一耦合器分别与所述电源模块、所信号发送装置和第二耦合器连接，第二耦合器分别与电源模块和信号接收装置连接；第一耦合器用于将所述信号发送装置发送的通讯信号耦合至电源模块，第二耦合器用于将电源模块中的通讯信号耦合至信号接收装置；其中，信号发送装置和信号接收装置均集成有RS485接口以使直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。由此可见，该系统基于RS485的总线进行通讯时，首先利用与信号发送装置连接的第一耦合器将通讯信号直接耦合至电源模块的电源线，然后再利用与电源模块连接的第二耦合器将电源线上的通讯信号耦合到信号接收装置，也就是说只需要两条电源线就可以实现供电和通讯的功能，避免了由于线多而导致的接错线的问题，进而简化了线路复杂度、提高了接线效率、降低了硬件成本。

图3为本发明实施例所提供的另一种基于RS485的直流载波通讯系统的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：

第一滤波器201和第二滤波器202、第三滤波器203；

第三滤波器203分别与10电源模块、第一耦合器103、第二耦合器104、第一滤波器201和第二滤波器202连接，第一滤波器201与信号发送装置101连接，第二滤波器202与信号接收装置102连接，当电源模块10为信号发送装置101和信号接收装置102供电时，隔离通讯信号；；

为了将电源模块10中的供电信号和通讯信号分开，该基于RS485的直流载波通讯系统中还包括第一滤波器201和第二滤波器202、第三滤波器203，即每个装置的通讯接口都连接一组耦合器到两条总线，每个装置的电源端和地端都连接一组滤波器到两条总线。具体过程为：电源模块10给系统中的各个模块(第一耦合器103、第二耦合器104、信号发送装置101和信号接收装置102)供电；信号发送装置101经由第一滤波器201隔离通讯信号后取得电源模块10提供的直流电源供电，信号发送装置101中的第一单片机将通讯信号先经过曼彻斯特编码后送入第一RS485接口芯片、再经由第一耦合器103将通讯信号耦合到电源模块10提供的总线上，电源模块10供电时，为了防止通讯信号的影响，需要通过第三滤波器203进行隔离。信号接收装置102经由第二滤波器202隔离通讯信号后取得电源模块10提供的直流电源供电，通过第二耦合器104将总线中的通讯信号分离出来并接入信号接收模块102中的第二RS485接口芯片的信号接收端，再经由第二单片机进行曼彻斯特译码。在实际应用中，第一滤波器201和第二滤波器202以及第三滤波器其实都是成对存在的，在图3中为了说明问题，只画出了一个第一滤波器201、一个第二滤波器202和一个第三滤波器203。在上述实施例的基础上，作为优选地实施方式，还包括：

集成于第一RS485接口芯片的第一稳压器，第一稳压器用于将电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。集成于第二RS485接口芯片的第二稳压器，第二稳压器用于将电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。

为了简化总线上各个装置的电源系统，在第一RS485接口芯片上还集成有第一稳压器，在第二RS485接口芯片上还集成有第二稳压器，通过稳压器输出的电压可以直接对系统中各个模块(如单片机)供电，第一稳压器和第二稳压器可将电源模块10提供的电压值稳定在阈值范围内，例如可以将电源模块10提供的电压值稳定在5V或者3.3V左右，阈值具体设置为多少合适，可根据基于RS485接口芯片的直流载波通讯系统中的各个模块决定，本发明并不做限定。作为优选地实施方式，第一传RS485接口芯片和第二RS485接口芯片均选用V6602H芯片。

为了使本领域技术人员更好地理解本方案，下面详细说明RS485接口芯片的信号处理，图4为本发明实施例所提供的一种信号接收装置的等效电路图，图5为本发明实施例所提供的一种信号发送装置的等效电路图，图6为本发明实施例所提供的总线的信号时序图，图7为本发明实施例所提供的RS485接口芯片信号端的信号时序图；图4中RIN为接收器输入阻抗(电阻)，H为等效共模输入电压源；图5中RS为高频信号源的内阻，S为RS485接口芯片传输器发送时等效的方波信号源，G为反相器；图4和图5中的T1、T2均为大电容，在本申请实施例中作为耦合器，Q为大电感，在本申请实施例中作为滤波器，N1、N2是总线的正端和负端，总线的正端和负端分别对应电源模块10的正端和负端(电源和地)，N3、N4是RS485接口芯片的两个信号端。两条总线上的通讯信号经过耦合器T1和耦合器T2提取高频分量后传送到RS485接口芯片的信号端N3、N4。输入共模电压H将两个差分输入抬高到统一的共模基准上，N1、N2端的信号时序图如图6所示，N1、N2端的信号包含直流供电信号和高频分量信号，经过耦合器后得到的高频信号如图7所示，图6中的VDC为电源模块10提供的电压值，VCC为V6602H内置线性稳压器输出的电压值(也即通信信号电压高电平)；N3和N4端的信号时序图如图7所示，N3和N4端的信号波形频率相同，相位相反，当然，此处描述的是理想的输入信号，实际信号经过电源模块10提供的总线传输会存在损耗。

以上对本发明所提供的一种基于RS485的直流载波通讯系统进行了详细介绍。本文中运用几个实例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明，只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本领域技术人员，在没有创造性劳动的前提下，对本发明所做出的修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请中。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作与另一个操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”等类似词，使得包括一系列要素的单元、设备或系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种单元、设备或系统所固有的要素。

Claims (8)

1.一种基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，包括：

电源模块、第一耦合器、第二耦合器、信号发送装置和信号接收装置；

所述第一耦合器分别与所述电源模块、所述信号发送装置和所述第二耦合器连接，所述第二耦合器分别与所述电源模块和所述信号接收装置连接；

所述第一耦合器用于将所述信号发送装置发送的通讯信号耦合至所述电源模块，所述第二耦合器用于将所述电源模块中的所述通讯信号耦合至所述信号接收装置；

其中，所述信号发送装置和所述信号接收装置均集成有RS485接口以使所述直流载波通讯系统依据RS485协议进行信号传输。

2.根据权利要求1所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，还包括：

第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器；

所述第三滤波器分别与所述电源模块、所述第一耦合器、所述第二耦合器、所述第一滤波器和所述第二滤波器连接，所述第一滤波器与所述信号发送装置连接，所述第二滤波器与所述信号接收装置连接，当所述电源模块为所述信号发送装置和所述信号接收装置供电时，隔离所述通讯信号。

3.根据权利要求1所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，所述信号发送装置包括：

第一RS485接口芯片和第一单片机；

所述第一单片机与所述第一RS485接口芯片连接以将所述通讯信号经过曼彻斯特编码后发送至所述第一RS485接口芯片。

4.根据权利要求1所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，所述信号接收装置包括：

第二RS485接口芯片和第二单片机；

所述第二单片机与所述第二RS485接口芯片连接以对所述第二RS485接口芯片接收的经过所述曼彻斯特编码的通讯信号进行译码并应答。

5.根据权利要求3所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，还包括：

集成于所述第一RS485接口芯片的第一稳压器，所述第一稳压器用于将所述电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。

6.根据权利要求3所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，所述第一RS485接口芯片具体为V6602H芯片。

7.根据权利要求4所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，还包括：

集成于所述第二RS485接口芯片的第二稳压器，所述第二稳压器用于将所述电源模块提供的电压稳定在阈值范围内。

8.根据权利要求4所述的基于RS485的直流载波通讯系统，其特征在于，所述第二RS485接口芯片具体为V6602H芯片。