CN1859150A - 具有保护功能的通讯链路系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术，公开了一种具有保护功能的通讯链路系统及其方法，使得链路通讯因部分节点的接口器件损坏而中断后可立即恢复。本发明中，在总线和节点间增加了串接的第一开关，各节点在通信中断时断开第一开关进行内部环回自检，在自检通过后闭合该第一开关恢复通信。对于半双工总线，通过使节点内的发送器件和接收器件同时工作以进行内部环回自检。对于全双工总线，在发送器件和接收器件的输出端之间串接平时处于断开状态的第三开关，通过闭合第三开关实现内部环回自检。

Description

具有保护功能的通讯链路系统及其方法

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及通信链路的保护技术。

背景技术

目前，在工业控制、交通控制，分布数据采集系统、电力系统数据采集与控制系统，高速公路收费系统、远程控制等众多领域中，RS485标准是一个常用的电气特性标准，其主要特点如下：

(1)平衡差分接口；

(2)支持多点对多点之间的相互通信；

(3)忍受-7V到12V共模干扰；

(4)可驱动32个负载；

(5)传输距离不超过50英尺时最高速率可达10Mbps；

(6)传输速率为100Kbps时最大传输距离可达4000英尺；

(7)支持全双工和半双工通讯(由所选用的器件决定)；

(8)使用双绞线传输数据，具有较强的抗干扰能力。

RS485标准是适用于多个点之间长距离高速通讯的标准，为了保证通讯链路的可靠工作，与RS485总线的节点接口电路上，通常会用到瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS，来保护电路。

瞬态电压抑制器或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达10的负12次方秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、电源、家用电器等各个领域。具体有以下三大特点：

(1)将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的冲击，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

(2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰。

(3)将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

如图1所示，在总线的节点接口电路中加上TVS(瞬态电压抑制器)，以免节点接口电路遭受静电以及小电流浪涌时，总线被短路到地电平，导致整个通讯链路的中断。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：当总线上有任何一个节点接口器件被损坏时，整个通讯链路都会被中断。

造成这种情况的主要原因在于，由于通讯距离较长，线路上可能会引入雷击、浪涌等高能量的冲击。虽然在总线的节点接口电路中加上TVS，可以防护静电以及小电流浪涌的破坏，但是，在受到像雷击、浪涌等大电流、高能量的冲击时，TVS仍会被击穿。由于节点接口电路都是直接与总线相连，所以，在众多的节点接口电路中，只要有一个TVS被击穿，总线就会被短路到地电平，导致整个通讯链路的中断。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有保护功能的通讯链路系统及其方法，使得链路通讯因部分节点的接口器件损坏而中断后可立即恢复。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有保护功能的通讯链路系统，包含差分总线、与该总线相连接并通过该总线收发数据的至少两个节点，在所述总线和节点之间还串接有第一开关；

所述节点中还包含一个控制器，用于在检测到本节点和所述总线上其它节点间的通信中断时断开所述第一开关，并通过内部环回进行自检，如果自检通过则闭合所述第一开关。

其中，所述总线是半双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

所述控制器还用于，在进行内部环回自检时，控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据，如果该接收器件可以正确接收该发送器件发出的数据，则判定自检成功。

此外在所述系统中，所述总线是全双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

在所述发送器件和接收器件的输出端之间还串接有第三开关，平时处于断开状态；

所述控制器还用于，在进行内部环回自检时，闭合所述第三开关，控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据，如果该接收器件可以正确接收该发送器件发出的数据，则判定自检成功，断开所述第三开关。

此外在所述系统中，所述开关可以是继电器或模拟开关。

此外在所述系统中，所述差分总线可以是RS485总线。

此外，所述系统还包含瞬态电压抑制器，并联在差分总线的成对线路之间，用于防护静电和小电流浪涌的破坏。

本发明还提供了一种通讯链路保护方法，该通讯链路包含差分总线、与该总线相连接并通过该总线收发数据的至少两个节点，在所述总线和节点之间还串接有第一开关；

所述方法包含以下步骤：

检测本节点和所述总线上其它节点之间的通信是否中断，如果是则断开所述第一开关，并通过内部环回进行自检；

判断自检是否成功，如果是则闭合所述第一开关。

其中，所述总线是半双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

所述通过内部环回进行自检的步骤还包含以下子步骤：

控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据；

判断所述接收器件是否可以正确接收所述发送器件发出的数据，如果是则判定自检成功。

此外在所述方法中，所述总线是全双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

在所述发送器件和接收器件的输出端之间还串接有第三开关，平时处于断开状态；

所述通过内部环回进行自检的步骤还包含以下子步骤：

闭合所述第三开关；

控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据；

判断所述接收器件是否可以正确接收所述发送器件发出的数据，如果是则判定自检成功，断开所述第三开关。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，在总线和节点间增加了串接的第一开关，各节点在通信中断时断开第一开关进行内部环回自检，在自检通过后闭合该第一开关恢复通信。

对于半双工总线，通过使节点内的发送器件和接收器件同时工作以进行内部环回自检。

对于全双工总线，在发送器件和接收器件的输出端之间串接平时处于断开状态的第三开关，通过闭合第三开关实现内部环回自检。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即任何一个节点接口器件的损坏，都不会使整个通讯链路长时间中断。

因为在链路通信中断后立即断开第一开关，所以节点上的器件不再对总线施加影响，如果是由于节点的接口器件被击穿等原因造成总线不通的话，总线会马上恢复正常。此后节点进行内部环回自检，如果自检通过则说明是通信中断与本节点无关，闭合第一开关后本节点恢复正常通信。如果节点内部环回自检没有成功，说明问题出在本节点，则第一开关依然保持断开状态，所以不会对总线和其它节点的正常工作产生大的影响。

通过提出半双工总线和全双工总线的两种内部环回自检具体方案，使本发明可适用于各种类型的差分总线，应用范围较广。

附图说明

图1是现有技术中多点通信链路的系统结构图；

图2是根据本发明的多点通讯链路保护方法的系统结构图；

图3是根据本发明第一实施例中半双工差分总线上的节点结构图；

图4是根据本发明第二实施例中全双工差分总线上的节点结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图2是根据本发明的一种具有保护功能的通讯链路系统，该系统包含差分总线、连接总线与节点的第一开关以及与该总线相连接并通过该总线收发数据的至少两个节点。当通讯节点与主机的通讯正常时，第一开关处于闭合状态，节点正常工作；当通讯节点发现自己与主机的通讯中断时，将第一开关断开，进行内部环回检测，如果发现节点接口器件异常，则永久断开第一开关，也就是断开与总线的连接，等待维修。如果发现节点接口器件正常，则闭合第一开关，恢复与总线的连接。下面通过第一实施例与第二实施例详细说明通讯节点如何起到保护通讯链路的功能。

图3是根据本发明第一实施例，当具有保护功能的通讯链路系统中的总线为半双工差分总线时，某一节点与总线相连的结构图。该节点包含发送器件U1、接收器件U2、控制器以及TVS器件Z11。因为只是示意图，所以在图中没有画出控制器及其与其它器件之间的具体连接关系，不过通过控制信号控制诸如发送器件、接收器件、开关(如继电器或模拟电子开关)已经是成熟的公知技术，本领域的普通技术人员应该有能力跟据实际应用场景实现具体的细节。控制器可以是中央处理器(Central Processing Unit，简称“CPU”)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称“DSP”)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称“ASIC”)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称“PLD”)等器件。

半双工差分总线用于传输数据，使得节点与节点之间能够相互通信。第一开关用于断开或者建立节点与总线之间的连接。发送器件U1和接收器件U2分别用于发送数据和接收数据。节点中的控制器用于控制第一开关的断开或是闭合，并且控制节点中的发送器件和接收器件。节点中的TVS并联在差分总线的成对线路之间，用于防护静电和小电流浪涌的破坏。

以上对该节点的结构作了具体描述，下面对该节点实现通讯链路保护方法的流程作进一步具体描述。

当通讯节点与主机的通讯正常时，第一开关K1处于闭合状态，发送器件U1和接收器件U2在发送允许信号TE以及接收允许信号RE的控制下轮流工作。也就是说，当第一开关K1闭合时，如果发送允许信号TE满足条件，发送器件U1发送数据到总线。如果接受允许信号RE满足条件，接受器件U2从总线接受数据。由于该总线是半双工差分总线，所以，发送器件U1和接收器件U2在发送允许信号TE以及接收允许信号RE的控制下轮流工作。

当通讯节点发现自己与主机的通讯中断时，通过控制器将第一开关Kl断开，进行内部环回检测，判定接口器件是否异常。所述内部环回检测的具体实现方法是，通过控制器使发送允许信号TE以及接收允许信号RE同时满足条件，使发送器件U1和接收器件U2同时工作。如果节点发现自己本身发送的数据能被自己正确的接受回来，则说明接口器件正常，如果自己本身发送的数据无法被自己正确的接受回来，则说明接口器件异常。通过节点本身进行内部环回检测，如果发现节点接口器件异常，则通过控制器永久断开第一开关K1，也就是断开与总线的连接，等待维修。如果发现节点接口器件正常，则通过控制器闭合第一开关K1，恢复与总线的连接。

其中，第一开关可以是继电器、模拟开关等。所述差分总线可以是RS485总线。

本实施例通过对第一开关K1的控制，使得当节点的接口器件被击穿或其他原因造成总线不通的话，总线会马上恢复正常。这是因为当该节点发现与链路的通信中断后，立即断开第一开关，并进行内部环回自检，如果自检通过，则说明通信中断与本节点无关，闭合第一开关后本节点恢复正常通信。如果节点内部环回自检没有成功，说明问题出在本节点，则第一开关依然保持断开状态，该节点上的器件就不再会对总线施加影响，因此，就不会影响到总线和其它节点的正常工作。所以，总线上任何一个节点接口器件的损坏，都不会使整个通讯链路长时间中断。

图4是根据本发明第二实施例，当具有保护功能的通讯链路系统中的总线为全双工差分总线时，某一节点与总线相连的结构图。该节点包含发送器件U1、接收器件U2，连接发送器件U1和接收器件U2的第三开关K3，控制器以及TVS器件Z11。

全双工差分总线用于传输数据，使得节点与节点之间能够相互通信。第一开关K1、K2，用于断开或者建立节点与总线之间的连接。第三开关K3用于断开或者建立发送器件U1和接收器件U2之间的连接。发送器件U1和接收器件U2分别用于发送数据和接收数据。节点中的控制器用于控制第一开关K1、K2以及第三开关K3的断开或是闭合，并且控制节点中的发送器件和接收器件。节点中的TVS并联在差分总线的成对线路之间，用于防护静电和小电流浪涌的破坏。

以上对该节点的结构作了具体描述，下面对该节点实现通讯链路保护方法的流程作进一步具体描述。

当通讯节点与主机的通讯正常时，第一开关K1、K2处于闭合状态，发送器件U1和接收器件U2在发送允许信号TE以及接收允许信号RE的控制下工作。由于该节点连接的总线是全双工差分总线，并且发送器件U1和接收器件U2分别通过第一开关与总线相连，所以，发送器件U1和接收器件U2可以同时工作。

当通讯节点发现自己与主机的通讯中断时，通过控制器将第一开关K1、K2断开，进行内部环回检测，判定接口器件是否异常。所述内部环回检测的具体实现方法是，通过控制器将第三开关闭合，也就是将发送器件U1和接收器件U2连接起来。如果该节点发现自己本身发送的数据能被自己正确的接受回来，则说明接口器件正常，如果自己本身发送的数据无法被自己正确的接受回来，则说明接口器件异常。通过节点本身进行内部环回检测，如果发现节点接口器件异常，则通过控制器永久断开第一开关K1、K2，也就是断开与总线的连接，等待维修；如果发现该节点接口器件正常，则通过控制器闭合第一开关K1、K2，恢复与总线的连接，断开第三开关K3，也就是断开发送器件U1和接收器件U2的连接，使发送器件U1和接收器件U2从总线上发送和接收数据，让该节点正常工作。

其中，第一开关和第三开关可以是继电器、模拟开关等。所述差分总线可以是RS485总线。

由于本发明的第二实施例的工作原理与第一实施例基本相同，不同之处仅在于节点本身进行内部环回检测的方法不同，所以，本发明的第二实施例所产生的效果也与第一实施例相同，即总线上任何一个节点接口器件的损坏，都不会使整个通讯链路长时间中断。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有保护功能的通讯链路系统，包含差分总线、与该总线相连接并通过该总线收发数据的至少两个节点，

其特征在于，在所述总线和节点之间还串接有第一开关；

所述节点中还包含一个控制器，用于在检测到本节点和所述总线上其它节点间的通信中断时断开所述第一开关，并通过内部环回进行自检，如果自检通过则闭合所述第一开关。

2.根据权利要求1所述的具有保护功能的通讯链路系统，其特征在于，所述总线是半双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

所述控制器还用于，在进行内部环回自检时，控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据，如果该接收器件可以正确接收该发送器件发出的数据，则判定自检成功。

3.根据权利要求1所述的具有保护功能的通讯链路系统，其特征在于，所述总线是全双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

在所述发送器件和接收器件的输出端之间还串接有第三开关，平时处于断开状态；

所述控制器还用于，在进行内部环回自检时，闭合所述第三开关，控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据，如果该接收器件可以正确接收该发送器件发出的数据，则判定自检成功，断开所述第三开关。

4.根据权利要求1所述的具有保护功能的通讯链路系统，其特征在于，所述开关可以是继电器或模拟开关。

5.根据权利要求1所述的具有保护功能的通讯链路系统，其特征在于，所述差分总线可以是RS485总线。

6.根据权利要求1所述的具有保护功能的通讯链路系统，其特征在于，所述系统还包含瞬态电压抑制器，并联在差分总线的成对线路之间，用于防护静电和小电流浪涌的破坏。

7.一种通讯链路保护方法，该通讯链路包含差分总线、与该总线相连接并通过该，总线收发数据的至少两个节点，

其特征在于，在所述总线和节点之间还串接有第一开关；

所述方法包含以下步骤：

检测本节点和所述总线上其它节点之间的通信是否中断，如果是则断开所述第一开关，并通过内部环回进行自检；

判断自检是否成功，如果是则闭合所述第一开关。

8.根据权利要求7所述的通讯链路保护方法，其特征在于，所述总线是半双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

所述通过内部环回进行自检的步骤还包含以下子步骤：

控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据；

判断所述接收器件是否可以正确接收所述发送器件发出的数据，如果是则判定自检成功。

9.根据权利要求7所述的通讯链路保护方法，其特征在于，所述总线是全双工总线；

所述节点中包含发送器件和接收器件；

在所述发送器件和接收器件的输出端之间还串接有第三开关，平时处于断开状态；

所述通过内部环回进行自检的步骤还包含以下子步骤：

闭合所述第三开关；

控制所述发送器件发送数据，同时控制所述接收器件接收数据；

判断所述接收器件是否可以正确接收所述发送器件发出的数据，如果是则判定自检成功，断开所述第三开关。

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