CN113055262B - 一种半双工零延时rs485无限级联系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半双工零延时RS485无限级联系统及方法，包括上位机、多个控制器节点、级联电路，多个所述控制器节点通过级联电路以手拉手的连接方式挂接在RS485总线上，RS485总线的端部连接上位机，其中，级联电路包括三极管、MOS管、第一收发器、第二收发器。本申请通过三极管和MOS管转换实现0延时无损切换，同时通过RS485手拉手的方案连接实现AB信号无损切换，实现了数据无限中继的可能性，能够解决通讯速率的问题，而且理论上通讯速率只受芯片Ic影响，而与通讯距离、设备数量无关，能够适用于对与通讯速率和通讯距离以及设备数量有要求的使用场景，同时设计更加简便，成本更低。

Description

一种半双工零延时RS485无限级联系统及方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种半双工零延时RS485无限级联系统及方法。
背景技术
在使用RS485接口时，对于特定的传输线路，从RS485接口到负载其数据信号传输所允许的最大电缆长度与信号传输的波特率成反比，这个长度数据主要是受信号失真及噪声等因素所影响。理论上，通信速率在100Kbps及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而有所差异。
为了解决通讯距离以及通讯数量的问题，这就需要使用到了中继器。485中继器采用专业的I/O电路，使用数据流向自动控制技术，自动判别和控制数据传输方向，如图1所示。收发器U1和U2的数据发送端和接收端被接成“拥抱”(甲输入接乙输出，乙输入接甲输出)模式，其收、发状态受控于“可再触发单稳多谐振荡器”U3A和U3B；U3A的触发端(1脚)与U2的数据接收端(1脚)相连接，U3B的触发端(9脚)与U1的数据接收端相连接，工作原理如下：
左边的485总线1与右边的485总线2在物理上是独立的，空闲状态下，这2根总线间没有数据传送，经R8、C3(R10、C4)时间常数后，U3A与U3B都回到稳定状态(Q端为低、/Q端为高)，控制收发器U1和U2都处在接收状态。
当U1先收到数据时，U1的1脚跳变为低电平，触发U3B，使U3B的状态发生改变(Q端变高、/Q端变低)，Q端(5脚)变高后，使U2进入发送状态；/Q端(12脚)变低后，使U3A稳定在初始状态下，保证U1稳定接收数据，并将接收下来的数据送往U2，由U2将数据向右边的485发送出去。
同理，当U2先接收到数据时，可由U1将数据向左边的485发送出去。
R8、C3时间常数应根据不同的数据传输率进行适当调整，使其略大于1个字节数据传输的时间即可；另外，两个字节之间的通信时间间隔也要略大于1个字节数据传输的时间；图1所示参数可满足速率不大于100K下的数据传输。
上述方法由于采用电阻电容组成延时电路，电阻或电容本身的误差或运行一段时间后电子器件老化产生的误差及温度的变化，都会影响延时的准确性，再者这种中继器要求两个字节之间的通信时间间隔必须大于一个字节数据的通信时间才能确保不丢失数据，因此降低了通信速率；可应用于通讯数据量不太大、收发器数量不太多(一般不超过24个)的场合。
发明内容
本发明提供一种半双工零延时RS485无限级联系统及方法，通过三极管转换实现0延时无损切换，同时通过RS485手拉手的方案连接实现无损切换，进而实现了数据无限中继的可能性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种半双工零延时RS485无限级联系统，包括上位机、多个控制器节点、级联电路，多个所述控制器节点通过级联电路以手拉手的连接方式挂接在RS485总线上，RS485总线的端部连接上位机。
作为上述方案的优选，所述级联电路包括三极管、MOS管、第一收发器、第二收发器；
级联电路的输入端分别与三极管的基极、第一收发器连接，三极管的集电极分别与第二收发器、MOS管的栅极连接，三极管的发射极接地，MOS管的漏极与级联电路的输出端连接，MOS管的源极接3.3V，所述控制器节点的发射端口和接收端口分别与第一收发器和第二收发器对应连接。
作为上述方案的优选，级联电路的输入端连接第一收发器的RE非端和DE端，三极管的集电极连接第二收发器的RE非端和DE端，控制器节点的发射端口连接第一收发器的D端，控制器节点的接收端口连接第二收发器的D端。
一种半双工零延时RS485无限级联方法，包括：
S1、常态下，所有控制器节点都可以随时发送数据到上位机，此时上位机输出485RT高电平，第一收发器处于发射状态，485RT信号由输入端经过三极管让连接集电极的第二收发器的DE端为低电平，第二收发器为接收状态，同时485RT信号通过MOS管到达输出端时，保持和输入端是相同的电平信号，用于防止由于电缆电压衰减导致信号电平变低，进而保证向下无限级联的有效性；
S2、当上位机要查询控制器节点信息时，上位机输出485RT低电平，此时第一收发器为接收状态，485RT信号经过三极管让连接集电极的第二收发器的DE端为高电平，第二收发器为发射状态，此时第一收发器如果收到上位机发送的查询数据，会直接转换为数字信号，并通过D端发送到第二收发器的R端，并通过第二收发器转换为差分信号级联到控制器节点；
S3、当上位机通过发送完查询指令后，快速的将485RT信号恢复到高电平，此时如果有控制器节点匹配到相应的指令可以按照S1步骤快速发送出反馈指令到达上位机。
作为上述方案的优选，常态下，设定所有的控制器节点处于从左到右的通讯方向。
由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：
本申请通过三极管转换实现0延时无损切换，同时通过RS485手拉手的方案连接实现AB信号无损切换，实现了数据无限中继的可能性，能够解决通讯速率的问题，而且理论上通讯速率只受芯片Ic影响，而与通讯距离、设备数量无关，能够适用于对与通讯速率和通讯距离以及设备数量有要求的使用场景，同时设计更加简便，成本更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为现有技术中485中继器电路原理图；
图2为本发明的电路原理图；
图3为图2的局部放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图3，本实施例提供一种半双工零延时RS485无限级联系统，包括上位机、多个控制器节点、级联电路，多个所述控制器节点通过级联电路以手拉手的连接方式挂接在RS485总线上，RS485总线的端部连接上位机。
其中，所述级联电路包括三极管Q1、MOS管Q2、第一收发器U1、第二收发器U2；
级联电路的输入端分别与三极管Q1的基极、第一收发器U1连接，三极管Q1的集电极分别与第二收发器U2、MOS管Q2的栅极连接，三极管Q1的发射极接地，MOS管Q2的漏极与级联电路的输出端连接，所述控制器节点的发射端口TX和接收端口RX分别与第一收发器U1和第二收发器U2对应连接。
在本实施例中，级联电路的输入端连接第一收发器U1的RE非端和DE端，三极管Q1的集电极连接第二收发器U2的RE非端和DE端，控制器节点的发射端口TX连接第一收发器U1的D端，控制器节点的接收端口RX连接第二收发器U2的D端。
本实施例还提供一种半双工零延时RS485无限级联方法，包括：
S1、常态下，所有控制器节点都可以随时发送数据到上位机，此时上位机输出485RT高电平，第一收发器U1处于发射状态，485RT信号由输入端经过三极管Q1让连接集电极的第二收发器U2的DE端为低电平，第二收发器U2为接收状态，同时485RT信号通过MOS管Q2到达输出端时，保持和输入端是相同的电平信号，用于防止由于电缆电压衰减导致信号电平变低，进而保证向下无限级联的有效性；
S2、当上位机要查询控制器节点信息时，上位机输出485RT低电平，此时第一收发器U1为接收状态，485RT信号经过三极管Q1让连接集电极的第二收发器U2的DE端为高电平，第二收发器U2为发射状态，此时第一收发器U1 AB信号如果收到上位机发送的查询数据，会直接转换为数字信号，通过D端发送到第二收发器U2的R端，并通过第二收发器U2转换为AB差分信号级联到控制器节点；
S3、当上位机通过发送完查询指令后，快速的将485RT信号恢复到高电平，此时如果有控制器节点匹配到相应的指令可以按照S1步骤快速发送出反馈指令到达上位机。
在本实施例中，常态下，设定所有的控制器节点处于从左到右的通讯方向。
本申请通过三极管和MOS管转换实现0延时无损切换，同时通过RS485手拉手的方案连接实现AB信号无损切换，实现了数据无限中继的可能性；
在通过上位机查询控制器节点的通讯方案中，是一种十分快速有效的方案，不受通讯速度，通讯距离影响，理论上可实现无限级联的485；
综上，本申请能够解决通讯速率的问题，而且理论上通讯速率只受芯片Ic影响，而与通讯距离、设备数量无关，能够适用于对与通讯速率和通讯距离以及设备数量有要求的使用场景，同时设计更加简便，成本更低。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种半双工零延时RS485无限级联系统，其特征在于：包括上位机、多个控制器节点、级联电路，多个所述控制器节点分别通过级联电路以手拉手的连接方式挂接在RS485总线上，RS485总线的端部连接上位机；
所述级联电路包括三极管、MOS管、第一收发器、第二收发器；
级联电路的输入端分别与三极管的基极、第一收发器连接，三极管的集电极分别与第二收发器、MOS管的栅极连接，三极管的发射极接地，MOS管的漏极与级联电路的输出端连接，MOS管的源极接3.3V，所述控制器节点的发射端口和接收端口分别与第一收发器和第二收发器对应连接。
2.根据权利要求1所述的半双工零延时RS485无限级联系统，其特征在于：级联电路的输入端连接第一收发器的RE非端和DE端，三极管的集电极连接第二收发器的RE非端和DE端，控制器节点的发射端口连接第一收发器的D端，控制器节点的接收端口连接第二收发器的D端。
3.一种由权利要求2所述的一种半双工零延时RS485无限级联系统执行的方法，其特征在于：包括：
S1、常态下，所有控制器节点都可以随时发送数据到上位机，此时上位机输出485RT高电平，第一收发器处于发射状态，485RT信号由输入端经过三极管让连接集电极的第二收发器的DE端为低电平，第二收发器为接收状态，同时485RT信号通过MOS管到达输出端时，保持和输入端是相同的电平信号，用于防止由于电缆电压衰减导致信号电平变低，进而保证向下无限级联的有效性；
S2、当上位机要查询控制器节点信息时，上位机输出485RT低电平，此时第一收发器为接收状态，485RT信号经过三极管让连接集电极的第二收发器的DE端为高电平，第二收发器为发射状态，此时第一收发器如果收到上位机发送的查询数据，会直接转换为数字信号，并通过D端发送到第二收发器的R端，并通过第二收发器转换为差分信号级联到控制器节点；
S3、当上位机通过发送完查询指令后，快速的将485RT信号恢复到高电平，此时如果有控制器节点匹配到相应的指令可以按照S1步骤快速发送出反馈指令到达上位机。
4.根据权利要求3所述的一种半双工零延时RS485无限级联系统执行的方法，其特征在于，常态下，设定所有的控制器节点处于从左到右的通讯方向。
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