KR20060135150A - 절연형 알.에스485 통신시스템 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연형 RS485 통신시스템 및 그 구동방법에 관한 것으로, RS485 통신모듈에 RS485 통신신호의 절연을 위한 통신용 절연트랜스를 연결하고, 통신용 절연트랜스를 직접 구동할 수 있도록 데이터를 변조하여 절연 RS485 통신을 보다 용이하게 구현할 수 있으며, 절연 RS485 통신을 구현하기 위한 하드웨어 설계비용과 유지보수 비용을 줄일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은 RS485 통신의 송수신을 제어하는 마이컴과, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 RS485 통신모듈을 포함한 통신시스템에 있어서, 상기 RS485 통신모듈에 연결되어 RS485 통신모듈과 RS485 통신선간의 신호를 절연하는 통신용 절연트랜스; 및 상기 마이컴과 RS485 통신모듈 사이에 연결되어 마이컴에서 입력되는 데이터를 변조하고, RS485 통신모듈에서 입력되는 데이터를 복원하여 전달하는 데이터 변조장치를 포함하는 것이다.

Description

절연형 알.에스485 통신시스템 및 그 구동방법{RS485 communication system of isolation type and driving method thereof}

도 1은 종래 절연형 RS485 통신회로도,

도 2는 본 발명에 의한 절연형 RS485 통신회로도,

도 3은 본 발명에 의한 통신용 절연트랜스와 B-H 곡선도,

도 4는 본 발명에 의한 RS485 통신모듈의 통신용 절연트랜스 구동 회로도,

도 5는 본 발명에 의한 변조데이터 및 파형도,

도 6은 본 발명의 연속 데이터에 대한 변조데이터 및 파형도,

도 7은 본 발명의 1바이트에 해당하는 변조데이터 테이블.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 마이컴 20 : 전원공급장치

30 : RS485 통신모듈 40 : 통신용 절연트랜스

50 : 데이터 변조장치

본 발명은 RS485 통신시스템에 관한 것으로, 특히 RS485 통신모듈에 RS485 통신신호의 절연을 위한 통신용 절연트랜스를 연결하여 통신용 절연트랜스를 직접 구동할 수 있도록 하는 절연형 RS485 통신시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통신을 위해 접속한 장치 사이에서 충분히 호환성과 신뢰성이 높은 데이터 통신용 인터페이스를 실현하기 위해서는 통신에 사용하는 데이터의 구성과 송수신의 방법을 정한 통신규약 즉, 프로토콜이 필요하다.

물론, RS232C를 사용한다든가 비동기식 통신을 한다든가와 같은 사항들도 프로토콜의 범주에 들어가지만 프로토콜을 통상 전송제어의 전체적인 순서를 정한 것이라고 볼 수 있다.

RS232C는 범용의 직렬 인터페이스로서 일반적으로 널리 사용되고 있으나, 전송속도가 느리고 전송거리가 짧으며 잡음에 약하고 ±12V의 전원이 필요하게 되는 한계와 결점을 가지고 있다.

이를 극복하기 위해 나온 RS485는 버스방식에 적용할 수 있다. 그 구성을 보면 이더넷의 구조와 비슷하며, 버스라인의 경우 전송로를 양단에서 종단하도록 되어 있다. 이러한 RS485는 시스템 에어컨의 통신에 적용된다.

시스템 에어컨에서 이종전압간의 RS485 통신 시 RS485 통신모듈은 동상입력전압(Common Mode Input Voltage)이 -7V ~ +12V 범위 내에서 차동모드(Differential Mode)로 동상노이즈에 안정적으로 동작하지만, 과도한 동상입력전압 인가 시에는 통신불능 상태가 되거나 RS485 통신모듈이 파손되는 결과를 초래한다.

이런 과도한 동상입력전압이 예상되는 통신구조에서는 도 1과 같은 절연형 RS485 통신회로를 사용한다.

도 1은 종래 시스템 에어컨의 절연형 RS485 통신회로도로서, RS485 통신의 송수신을 제어하는 마이컴(1)과, 상기 마이컴(1)과 기타 제반장치에 필요한 전원을 공급하는 주전원공급장치(2)와, 절연 RS485 통신에 필요한 전원을 공급하는 절연전원공급장치(3)와, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 RS485 통신모듈(4)과, 절연 RS485 통신 시 마이컴(1)과 RS485 통신모듈(4)간의 신호를 절연시켜 전달하는 포토커플러(5)를 포함한다.

이와 같이 구성된 절연형 RS485 통신시스템을 설명하면 다음과 같다.

주전원공급장치(2)는 RS485 통신을 제어하는 마이컴(1)과 제어신호를 RS485 통신모듈(4)에 전달하는 포토커플러(5)의 광발신부에 전원을 공급하고, 절연전원공급장치(3)는 RS485 통신모듈(4)과 포토커플러(5)의 광수신부에 전원을 공급한다.

RS485 통신모듈(4)이 데이터를 송신할 경우, 마이컴(1)은 포토커플러(5)를 통하여 송신가능신호와 송신데이터를 RS485 통신모듈(4)에 전달한다. 이때 RS485 통신모듈(4)은 송신가능상태로 전환하고 마이컴(1)으로부터 수신되는 데이터를 부호에 맞게 RS485 통신선으로 출력한다.

또한, RS485 통신모듈(4)이 데이터를 수신할 경우, 마이컴(1)은 포토커플러(5)를 통하여 수신가능신호를 RS485 통신모듈(4)에 전달한다. RS485 통신모듈(4)은 RS485 통신선으로부터 입력되는 신호를 이용하여 데이터로 복원하고 포토커플러(5)를 통하여 마이컴(1)에 복원된 데이터를 전달한다.

그러나, 이러한 종래 절연형 RS485 통신회로에서는 마이컴(1)과 RS485 통신모듈(4) 사이의 데이터를 전달하는 포토커플러(5)가 통신속도에 충분히 대응하여야 하며, 포토커플러(5)의 전류전달비(Current Transfer Ratio)를 고려하지 않는 회로 설계시 통신이 원활하지 못하게 되는 문제점이 있으며, 절연을 위하여 절연전원공급장치(3)를 별도로 설계해야 하므로 설계비용이 상승하게 된다.

또한, 시스템 에어컨의 네트워크가 복잡해질수록 나타나기 쉬운 동상입력전압에 의한 통신장애를 절연을 이용한 하드웨어 측면에서 대응한 것으로 부품 특성에 의존하기 때문에 설계비용도 상대적으로 높다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 RS485 통신모듈에 RS485 통신신호의 절연을 위한 통신용 절연트랜스를 연결하여 절연 RS485 통신을 보다 용이하게 구현할 수 있는 절연형 RS485 통신시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, RS485 통신모듈이 통신용 절연트랜스를 안정되게 직접 구동할 수 있도록 데이터를 변조하여 절연 RS485 통신에 필요한 하드웨어 설계비용과 유지보수 비용을 줄일 수 있는 절연형 RS485 통신구동방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 RS485 통신의 송수신을 제어하는 마이컴과, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 RS485 통신모듈을 포함한 통신시스템에 있어서, 상기 RS485 통신모듈에 연결되어 RS485 통신모듈과 RS485 통신선간의 신호를 절연하는 통신용 절연트랜스; 및 상기 마이컴과 RS485 통신모듈 사이에 연결되어 마이컴에서 입력되는 데이터를 변조하고, RS485 통신모듈에서 입력되는 데이터를 복원하여 전달하는 데이터 변조장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터 변조장치는 연속되는 데이터 비트를 변조하여 변조테이블을 생성하고, 이 변조테이블에 따라 입력되는 데이터를 변조 또는 복원하여 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 변조테이블은 입력되는 데이터 비트 '1', '0'을 '10', '01'로 변조하는 기법을 사용하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 데이터 변조장치는 변조테이블 이외의 데이터가 입력되면 에러라고 판단하고 데이터 에러를 검지하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 RS485 통신방식의 통신모듈에 통신신호를 절연하는 통신용 절연트랜스를 연결하여 데이터를 송수신하는 통신방법에 있어서, 연속되는 데이터 비트를 변조하여 변조테이블을 생성하고, 생성된 변조테이블에 따라 상기 RS485 통신모듈에서 통신용 절연트랜스를 구동하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 절연형 RS485 통신회로도로서, RS485 통신의 송수신을 제어하는 마이컴(10)과, 상기 마이컴(10)과 기타 제반장치에 필요한 전원을 공급하는 전원공급장치(20)와, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 RS485 통신모듈(30)과, 절연 RS485 통신 시 RS485 통신모듈(30)과 RS485 통신선을 절연하여 연결하는 통신용 절연트랜스(40)와, 상기 통신용 절연트랜스(40)가 포화되지 않고 데이터를 송수신할 수 있도록 통신데이터를 변조하는 데이터 변조장치(50)를 포함 한다.

이하, 상기와 같이 구성된 절연형 RS485 통신시스템 및 그 구동방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

본 발명의 가장 큰 특징은 절연형 RS485 통신회로를 구현함에 있어서 RS485 통신모듈(30)이 통신용 절연트랜스(40)를 직접 구동함으로써 간단히 구현할 수 있다는 점이다.

도 2에서, 전원공급장치(20)는 마이컴(10), RS485 통신모듈(30) 그리고 데이터 변조장치(50)에 전원을 공급한다. 마이컴(10)은 전송할 데이터를 데이터 변조장치(50)로 전송하고, 데이터 변조장치(50)는 마이컴(10)에서 출력되는 데이터 비트를 변조한 후 전송이 필요할 때 RS485 통신모듈(30)을 송신모드로 전환하여 변조된 데이터를 출력한다.

따라서, RS485 통신모듈(30)은 데이터 변조장치(50)에서 출력되는 변조된 데이터를 RS485 통신선으로 통신용 절연트랜스(40)를 통해 출력하고, 타 기기의 데이터를 입력받는다.

통신용 절연트랜스(40)의 1차측에 일정량의 전류를 흐르게 하면 전계(Electric Field)가 형성되고, 이 전계는 도 3의 통신용 절연트랜스(40) B-H 곡선도에 나타난 것처럼 자계(Magnetic Field)와 자속(Magnetic Flux)를 1차측에 발생시킨다. 발생된 자속은 통신용 절연트랜스(40)의 코어를 따라 전달되어 2차측으로 전달되면 2차측 코일에 기전력을 여기시키고 전류를 흐르게 하는데 이것을 유도전류라고 한다.

만약, 통신용 절연트랜스(40)의 1차측에 한 방향으로만 전압을 인가하면 전류는 시간에 따라 증가하고 자속밀도도 증가하게 된다. 전류가 계속 흘러 자속이 최대자속밀도까지 증가하면 자속의 변화량은 없어지고 통신용 절연트랜스(40)는 인덕터로서의 성질을 잃고 결국은 1차측에 과도한 전류가 흐르게 된다.(이때 전류는 1차측 저항성분에 의해서만 결정된다).

따라서, 통신용 절연트랜스(40)의 성질을 유지하기 위해서는 통신용 절연트랜스(40)의 코어가 포화되지 않게 입력신호를 조절해 주어야 한다. 만약 통신용 절연트랜스(40)에 정방향 또는 역방향으로 편중된 전압을 계속 인가하게 되면 결국은 통신용 절연트랜스(40)는 자속이 포화되고 2차측으로 전압을 유기시키지 못하게 된다.

도 4는 RS485 통신모듈(30)이 통신용 절연트랜스(40)를 구동할 때 통신데이터 비트 '1', '0'에 따라 변화하는 전류의 방향을 표시한 것이다. 만약 데이터 비트가 '1'이 연속되거나 '0'이 연속되면 통신용 절연트랜스(40)는 결국은 포화되고 통신이 불가능하게 된다.

따라서, 연속되는 데이터 비트가 '1'이 되거나 '0'이 되어도 데이터 '1', '0'을 같이 교차하게 적절히 변조를 하면 통신용 절연트랜스(40)는 포화되지 않고 데이터를 통신할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 RS485 통신모듈(30)에 입력되는 데이터 비트 '1', '0'에 대해 도 5에 도시한 바와 같이, 변조를 한다.

도 5의 데이터 변조기법을 사용하면 도 6에 도시한 바와 같이, 연속되는 데 이터 비트 '1111', '0000'는 '1', '0'이 교차되는 비트열로 변환되어 통신용 절연트랜스(40)는 자속포화에 의한 장애없이 정상적으로 통신신호를 출력할 수 있다. 결국 데이터 비트 '1', '0'에 상관없이 변조된 데이터 비트는 같은 개수의 '1', '0'을 가지게 된다.

이때, 마이컴(10)를 통하여 출력되는 데이터는 바이트(8비트) 단위의 연속 데이터가 출력되므로 1바이트의 데이터는 256개의 값을 가진다. 따라서 데이터 변조장치(50)는 256개의 값에 해당하는 변조테이블을 도 7에 도시한 바와 같이 가지고 있으며, 입력되는 데이터는 이 변조데이터 테이블에 해당되는 값으로 출력되어 RS485 통신모듈(30)로 전송된다.

예를 들어, F5라는 데이터는 도 7의 변조데이터 테이블에 따라 'AA66'으로 변조되고 RS485 통신모듈(30)로 전달되어 RS485 통신선으로 전달된다.

마찬가지로, 입력되는 데이터는 도 7의 변조데이터 테이블에 따라 데이터 변조장치(50)가 복원하고 마이컴(10)으로 전송한다.

따라서, 변조데이터 테이블 이외의 데이터가 입력되면 잘못된 에러로 판단하므로 도 7의 변조데이터 테이블은 에러검지를 하는 역할도 하게 된다. 변조데이터 테이블에 의하면 입력되는 4비트를 이용하여 복원한 데이터는 '5,6,9,A'만 가능하고 '0,1,2,3,4,7,8,B,C,D,D,F'는 오류로 판정한다.

이와 같이, 본 발명의 데이터 변조기법을 사용하면 하나의 통신용 절연트랜스(40)를 연결한 간단한 회로로 RS485 통신모듈(30)이 통신용 절연트랜스(40)를 직접 구동할 수 있으며 에러감지능력을 보다 높일 수 있게 된다.

특히, 시스템 에어컨의 중앙제어화, 관리화, 통합화가 증대될수록 복잡해지는 네트워크 구조에는 이종전압간의 RS485 통신 시 동상입력전압이나 전원노이즈에 의해 발생하기 쉬운 통신장애에 용이하게 대처할 수 있다는 것이 큰 장점이다.

상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 절연형 RS485 통신시스템 및 그 구동방법에 의하면, RS485 통신모듈에 RS485 통신신호의 절연을 위한 통신용 절연트랜스를 연결하고, 통신용 절연트랜스를 직접 구동할 수 있도록 데이터를 변조하여 절연 RS485 통신을 보다 용이하게 구현할 수 있으며, 절연 RS485 통신을 구현하기 위한 하드웨어 설계비용과 유지보수 비용을 줄일 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 통신데이터 에러에 대한 검지를 쉽게 구현하여 설계비용 및 시간, 유지보수에 대한 비용을 줄일 수 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 절연형 RS485 통신시스템 및 그 구동방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

1. RS485 통신의 송수신을 제어하는 마이컴과, RS485 통신방식으로 데이터를 송수신하는 RS485 통신모듈을 포함한 통신시스템에 있어서,

   상기 RS485 통신모듈에 연결되어 RS485 통신모듈과 RS485 통신선간의 신호를 절연하는 통신용 절연트랜스; 및

   상기 마이컴과 RS485 통신모듈 사이에 연결되어 마이컴에서 입력되는 데이터를 변조하고, RS485 통신모듈에서 입력되는 데이터를 복원하여 전달하는 데이터 변조장치를

   포함하는 것을 특징으로 하는 절연형 RS485 통신시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터 변조장치는 연속되는 데이터 비트를 변조하여 변조테이블을 생성하고, 이 변조테이블에 따라 입력되는 데이터를 변조 또는 복원하여 전달하는 것을 특징으로 하는 절연형 RS485 통신시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 변조테이블은 입력되는 데이터 비트 '1', '0'을 '10', '01'로 변조하는 기법을 사용하여 생성되는 것을 특징으로 하는 절연형 RS485 통신시스템.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 데이터 변조장치는 변조테이블 이외의 데이터가 입력되면 에러라고 판단하고 데이터 에러를 검지하는 것을 특징으로 하는 절연형 RS485 통신시스템.
5. RS485 통신방식의 통신모듈에 통신신호를 절연하는 통신용 절연트랜스를 연결하여 데이터를 송수신하는 통신방법에 있어서,

   연속되는 데이터 비트를 변조하여 변조테이블을 생성하고,

   생성된 변조테이블에 따라 상기 RS485 통신모듈에서 통신용 절연트랜스를 구동하는 것을 특징으로 하는 절연형 RS485 통신구동방법.

Images