CN113900397A - 一种实现rs-485信号线反接自适应切换的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现RS‑485信号线反接自适应切换的装置，该装置包括依次连接的MCU、RS485收发器和RS485总线，所述的装置还包括信号变换电路，该信号变换电路接在RS485收发器和RS485总线之间或者接在MCU和RS485收发器之间；所述的信号变换电路用于当RS485收发器的两根信号线接反时，进行极性切换后再进行通信。与现有技术相比，本发明具有布线快捷、省时省力等优点。

Description

一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置

技术领域

本发明涉及RS-485总线的接线防错技术，尤其是涉及一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置。

背景技术

RS-485总线是常用的通信线路，在仪表、照明等行业有很广泛的应用。在一般的应用中，都是将RS-485信号通过收发器和CMOS信号或TTL信号进行转换，然后与MCU连接。在实际的RS-485控制系统布线时，如果两根信号线A和B接反，将不能正常通信。但是现场接线时又一般不带电接线，要上电后才能发现问题。这样如果接错了，就要重新断电后进行纠正，非常麻烦。

在实际实用中，经常使用MCU进行RS-485通信。由于RS-485使用差分信号进行传输，而普通MCU采用CMOS或TTL信号，需要使用RS-485收发器对信号进行转换。典型的RS-485信号收发器结构如图1所示。

在图1的收发器示意图中，A、B接RS-485总线，R、RE、DE、D接MCU。由于接收和发送不会同时进行，因此器件设计时RE和DE分别是低电平有效和高电平有效，这样，在有些情况下，可将两个信号接在一起，实现一个控制信号切换输入输出。R是收发器将RS-485信号转换成COMS或TTL电平的输出，用于接MCU的UART输入端口(RXD)，D是收发器将CMOS或TTL电平转换成RS-485信号的输入，用于接MCU中UART的输出信号(TXD)。典型的MCU与RS-485收发器的接线图如图2所示。

在实际布线施工时，当将RS-485总线的两个信号线A、B接反时，无论有无隔离，都会使MCU接收到的R信号反向，同时MCU输出的信号到总线上，也会是反向信号。

如果接收到反向信号，MCU就不能解析出正确的数据，通信就会失败。

现有技术中为防止接错，常用的解决办法有4种：

1.是采用可以防接错的接线端子(如航空插座)，在需要连接的两台设备生产将时，用导线将需要连接的信号连接到外部端子，由设备生产商保证不出错。在实际装配时，直接连接端子，就可保证不会接错。这种方式由于需要增加成本较高的端子，只在较昂贵的设备或者需要经常拔插的应用时才会采用，而在常规产品中不宜采用。

2.在导线上印上各个信号的代号，这些代号与设备上的代号统一。这样装配时根据代号对号入座，不易装错。由于印上代号的线缆限制了导线的使用，因此这样的电缆厂家很少生产，需要订制，成本较高；另外各个厂家的代号可能不统一，也限制了实际的使用。

3.在装配前，给每根导线用不干胶纸或其材料贴上标识，标识的代号与设备上的代号统一。这样装配时根据标识进行装配，则不易装错。这是最常用的方法，但是每次装配需要额外的贴标识的步骤。另外，在装配时穿线、拖协过程中，有时标识也会脱落，需要重新处理，浪费时间。

4.采用几根线皮颜色都不相同的导线，在装配前，给每种颜色对应一种信号进行装配。这种方法也比较常用，但是经常出错。为了防止接错，需要接线后再进行核对，浪费工时。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，该装置包括依次连接的MCU、RS485收发器和RS485总线，所述的装置还包括信号变换电路，该信号变换电路接在RS485收发器和RS485总线之间或者接在MCU和RS485收发器之间；

所述的信号变换电路用于当RS485收发器的两根信号线接反时，进行极性切换后再进行通信。

优选地，所述的信号变换电路接在RS485收发器和RS485总线之间，且所述的信号变换电路为物理开关、模拟开关、数字开关或模拟变换电路。

优选地，所述的物理开关为继电器。

优选地，所述的MCU的I/O口与信号变换电路连接；

MCU判断RS485收发器的两根信号线是否接反，并通过I/O口控制信号变换电路的状态。

优选地，所述的I/O口通过驱动电路与信号变换电路连接。

优选地，所述的信号变换电路接在MCU和RS485收发器之间，所述的信号变换电路一端分别与MCU的UART RXD接口和UART TXD接口连接，另一端分别与RS485收发器的R端和D端连接。

优选地，所述的信号变换电路包括第一数据选择器、第二数据选择器、第一反向器和第二反向器；

所述的第一数据选择器的输出端与MCU的UART RXD接口，输入端分别与第一反向器的一端、RS485收发器的R端连接，所述的第一反向器另一端与RS485收发器的R端连接；

所述的第二数据选择器的输入端分别与UART TXD接口和所述的第二反向器的一端连接，所述的第二反向器的另一端与UART TXD接口连接，所述的第二数据选择器的输出端与RS485收发器的D端连接。

优选地，所述的MCU包括用于信号变换电路控制的两个I/O口，其中第一I/O口与第一数据选择器连接，所述的MCU的第二I/O口与第二数据选择器连接。

优选地，所述的MCU包括用于信号变换电路控制的一个I/O口，该I/O口分别与第一数据选择器、第二数据选择器连接。

优选地，所述的信号变换电路包括四个反向输出的二选一数据选择器，其中两个二选一数据选择器接在MCU的UART RXD接口和RS485收发器的R端之间，另外两个接在MCU的UART TXD接口和RS485收发器的D端之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.目前有正向输入和反向输入有区分的接线方法，在接线错误后，尤其在操作困难的环境，如照明系统，因为空间位置和走线复杂，使得纠错非常困难，成本颇高，本发明很好地解决上述问题；

2.在现场布线或维修时，不用区分两根线，布线快捷，省时省力；

3.因为两根线不需要区分，对线材无色标等要求，方便采购、库存和管理。

附图说明

图1为典型的RS-485收发电路示意图；

图2为典型的MCU的与RS-485收发器的接线图；

图3为本发明在RS-485收发器与RS-485总线之间增加的转换电路示意图；

图4为本发明MCU和RS-485收发器之间的信号变换电路示意图；

图5为本发明在RS-485收发器与RS-485总线之间增加转换电路的一种实施方案示意图；

图6为本发明具有驱动电路的变换电路示意图；

图7为本发明在MCU和RS-485收发器之间的转换电路一种实施方案示意图；

图8为本发明在MCU和RS-485收发器之间的转换电路第二种实施方案示意图；

图9为本发明在MCU和RS-485收发器之间的转换电路第三种实施方案示意图；

图10为本发明的操作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明在通信线路上串联了一个信号变换电路，且MCU通过至少一个IO对这个信号变换电路进行控制，使其MCU既可接收和发送正向信号，也可接收和发送反向信号，从而解决RS-485信号A和B接反引起的麻烦。采用这些方案时，RS-485的两根通信线A、B可以不进行区分，由MCU进行判断。如果接线正确，则继续进行正常通信；如果接错，则通过IO控制进行切换之后，再进行正常通信。该专利可用于DMX电源、DMX控制器或其它使用到RS-485的情形。

如图10所示，本发明实现步骤如下：

1.通过IO口，控制信号变换电路，在进行极性变换和不进行极性变换中选择一种方式；

2.在接收数据过程中，分析极性是否正确；

3.如果极性正确，则继续使用当前状态进行通信。如果极性错误，则通过IO口，切换极性后继续通信。

4.根据需要确定是否继续进行极性分析。

信号变换电路，可以处于RS-485收发器和RS-485总线之间，如图3所示，也可以处于MCU和RS-485收发器之间，如图4所示。

变换电路处于RS-485收发器和RS-485总线之间的一个具体实施方案如图5所示。在图5中，在RS-485收发器与RS-485总线之间增加一个转换电路，通过控制这个转换电路，既可以将两个RS-485信号不交换连接，又可以将两个RS-485信号交换后连接。切换线路可以采用继电器，模拟开关或者数字开关。无论是交换连接还是不交换连接，既可以通过物理开关、模拟开关和数字开关，也可以通过运放、比较器或分立元件等组成的模拟电路进行变换。另外，MCU控制转换电路时，可以没有驱动电路，也可以有驱动电路。有驱动电路的电路示意图如图6所示。

变换电路处于MCU和RS-485收发器之间的一个具体实施方案如图7所示。在图7中，可以通过IO控制这个转换电路，使信号既可以对进行正向传输，也可以进行反向传输。图中A、D为数据选择器，B、C为反向器。其中A、B、C、D可为不同器件，其中任意组合也可以为同一器件。

在实际应用中，由于输入反向的同时，输出也需要反向，因此有的情况下也可以将图7中的IO1和IO2合并，使用一个IO控制，如图8所示。

另外，实际实施中，反向器也可由其它器件实现，如反向输出数据选择器。采用反向输出数据选择器实施的变换电路如图9所示。在图9中，采用含有4个反向输出的二选一数据选择器用于进行数据切换，其中A、B、C、D是这个器件的四个反向输出数据选择单元。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，该装置包括依次连接的MCU、RS485收发器和RS485总线，其特征在于，所述的装置还包括信号变换电路，该信号变换电路接在RS485收发器和RS485总线之间或者接在MCU和RS485收发器之间；

所述的信号变换电路用于当RS485收发器的两根信号线接反时，进行极性切换后再进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的信号变换电路接在RS485收发器和RS485总线之间，且所述的信号变换电路为物理开关、模拟开关、数字开关或模拟变换电路。

3.根据权利要求2所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的物理开关为继电器。

4.根据权利要求2所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的MCU的I/O口与信号变换电路连接；

MCU判断RS485收发器的两根信号线是否接反，并通过I/O口控制信号变换电路的状态。

5.根据权利要求4所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的I/O口通过驱动电路与信号变换电路连接。

6.根据权利要求1所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的信号变换电路接在MCU和RS485收发器之间，所述的信号变换电路一端分别与MCU的UART RXD接口和UART TXD接口连接，另一端分别与RS485收发器的R端和D端连接。

7.根据权利要求6所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的信号变换电路包括第一数据选择器、第二数据选择器、第一反向器和第二反向器；

所述的第一数据选择器的输出端与MCU的UART RXD接口，输入端分别与第一反向器的一端、RS485收发器的R端连接，所述的第一反向器另一端与RS485收发器的R端连接；

所述的第二数据选择器的输入端分别与UART TXD接口和所述的第二反向器的一端连接，所述的第二反向器的另一端与UART TXD接口连接，所述的第二数据选择器的输出端与RS485收发器的D端连接。

8.根据权利要求7所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的MCU包括用于信号变换电路控制的两个I/O口，其中第一I/O口与第一数据选择器连接，所述的MCU的第二I/O口与第二数据选择器连接。

9.根据权利要求7所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的MCU包括用于信号变换电路控制的一个I/O口，该I/O口分别与第一数据选择器、第二数据选择器连接。

10.根据权利要求6所述的一种实现RS-485信号线反接自适应切换的装置，其特征在于，所述的信号变换电路包括四个反向输出的二选一数据选择器，其中两个二选一数据选择器接在MCU的UART RXD接口和RS485收发器的R端之间，另外两个接在MCU的UART TXD接口和RS485收发器的D端之间。

Images