應(yīng)對(duì)RS485組網(wǎng)通信的失效問(wèn)題

目前在主從式架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)中，大多數(shù)主控端DVR主機(jī)是通過(guò)RS485總線來(lái)進(jìn)行從屬端設(shè)備的控制通信，例如云臺(tái)、PTZ鏡頭或其他輔助設(shè)備。RS485通信具有低成本、架構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高及抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但有個(gè)缺點(diǎn)就是其有極性的接口容易因極性反接而造成通信失效或接口損毀。由目前組網(wǎng)的情況來(lái)看，在大型組網(wǎng)布線時(shí)約有二至三成的通信失效原因都是因其有極性接口反接所致。在實(shí)際的組網(wǎng)布線時(shí)，總線型布線、串聯(lián)型布線和星型布線一起混用組網(wǎng)很容易造成接口極性接錯(cuò)(如圖1所示)，從而造成通信失效。

圖1：監(jiān)控系統(tǒng)大型組網(wǎng)布線混接圖。

從2010年開(kāi)始，安防監(jiān)控每年達(dá)到30%的高速成長(zhǎng)。在中國(guó)，到2015年，安防監(jiān)控的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將高達(dá)5000億人民幣。其中。采用RS485作為總線通信的監(jiān)控系統(tǒng)如果能夠解決極性接口問(wèn)題，將會(huì)節(jié)省可觀的人力調(diào)試及系統(tǒng)維護(hù)成本。因此，使用無(wú)極性RS485通信芯片來(lái)完成無(wú)極性組網(wǎng)通信的重要性及迫切性與日俱增。

晶焱科技的無(wú)極性RS485通信芯片(AZRS5485)采標(biāo)準(zhǔn)SOP8封裝，內(nèi)置極性檢測(cè)與判斷電路。當(dāng)內(nèi)部電路判斷完成后，即自我進(jìn)行極性的校正動(dòng)作。該動(dòng)作全部在芯片內(nèi)部完成，不用外接額外硬件或軟件來(lái)達(dá)到無(wú)極性接口要求。AZRS5485的無(wú)極性功能可謂即插即用，不用專業(yè)的施工人員也可任意的接線。這極大提高了組網(wǎng)效率。除此之外，AZRS5485還提供強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)靜電放電(ESD)防護(hù)能力。IEC 61000-4-2接觸放電模式可高達(dá)±20kV，提升了RS485接口的可靠性。

有極性RS485通信網(wǎng)絡(luò)接口反接的解決方法

硬件判斷，人工修正：在RS485通信接口對(duì)地外接發(fā)光二極管(LED)，然后人工判斷極性連接是否正確。如果接錯(cuò)再由人工通過(guò)開(kāi)關(guān)將極性調(diào)整回來(lái)。其缺點(diǎn)是需額外的LED、開(kāi)關(guān)及專業(yè)的施工調(diào)試人員。

軟件判斷，自動(dòng)修正：在軟件通信前要多一段極性確認(rèn)的程序。由主控端發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，從屬端收到檢測(cè)信號(hào)要發(fā)回握手信號(hào)做響應(yīng)。若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，主控端仍未收到從屬端的響應(yīng)信號(hào)，則主控端會(huì)判定從屬端線路連接錯(cuò)誤。主控端會(huì)發(fā)出控制信號(hào)改變從屬端外部的電磁繼電器開(kāi)關(guān)，將接口連接線路做修正再進(jìn)行檢測(cè)動(dòng)作。其缺點(diǎn)是需要額外的電磁繼電器與軟件極性確認(rèn)的程序。

編碼傳輸：將轉(zhuǎn)輸信號(hào)進(jìn)行曼切斯特編碼或差分曼切斯特編碼后，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)極性連接。其缺點(diǎn)是需在MCU的UART與RS485芯片之間增加時(shí)鐘芯片與編碼及譯碼電路芯片。

AZRS5485無(wú)極性實(shí)現(xiàn)方法

AZRS5485具有內(nèi)置極性檢測(cè)與判斷電路。它不用外接硬件來(lái)人工判斷極性，也無(wú)需透過(guò)軟件配合MCU做主從式架構(gòu)的極性判斷程序，更不用多余的芯片來(lái)完成復(fù)雜的信號(hào)編碼與譯碼。只要芯片一上電或是RS485通信接口完成連接，內(nèi)置的極性檢測(cè)與判斷電路就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)與判斷，然后會(huì)發(fā)送控制信號(hào)通知發(fā)射器與接收器告知接口極性是否連接正確。若是連接錯(cuò)誤，AZRS5485可自動(dòng)在內(nèi)部進(jìn)行極性的校正。它也省去了外部的開(kāi)關(guān)與電磁繼電器做極性切換的動(dòng)作。如圖2所示，施工者可以不用是專業(yè)人員，未受過(guò)訓(xùn)練的非專業(yè)人員也可以任意地進(jìn)行接口信號(hào)的連接。該方法完全不用考慮極性的問(wèn)題，不用任何額外多余的硬件、軟件或編碼，全部的檢測(cè)、判斷與校正動(dòng)作都在AZRS5485芯片內(nèi)自行完成。

圖2：AZRS5485功能模塊圖與管腳圖。

AZRS5485無(wú)極性RS485芯片特性

AZRS5485是一顆半雙工、無(wú)極性的5V RS485通信芯片，內(nèi)置極性檢測(cè)與判斷電路加上自我極性校正功能。只要將差分平衡式接口引腳(A、B)任意接上RS485接口即可，不用再多花時(shí)間確認(rèn)接口極性或是接口色差線。只要一塊芯片上電，AZRS5485就立刻實(shí)時(shí)地自動(dòng)完成極性的檢測(cè)與判斷，然后進(jìn)行極性的校正。不僅如此而已，AZRS5485還可無(wú)需系統(tǒng)重置，只要接口引腳一接上就會(huì)重新進(jìn)行極性的檢測(cè)和判斷，然后進(jìn)行極性的校正。這樣設(shè)計(jì)是為了現(xiàn)場(chǎng)布線施工若發(fā)生掉線，只需再重新鎖上即可,不需要鎖上以后又再重置系統(tǒng)才能重新檢測(cè)、判斷和校正。最后，在無(wú)極性的系統(tǒng)中需要有一個(gè)有極性的裝置定義極性后，其他無(wú)極性設(shè)備即可任意連接進(jìn)行無(wú)極性RS485網(wǎng)絡(luò)通信。

AZRS5485采用SOP_8標(biāo)準(zhǔn)封裝與標(biāo)準(zhǔn)，引腳兼容于現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)RS485通信芯片。其電氣特性完全符合EIA/TIA-485標(biāo)準(zhǔn)。AZRS5485發(fā)射端TX在不同的共模電壓(VCM=-7~12V)下，仍可正常的輸出VOD=2V的差分平衡式信號(hào)。其還有短路電流過(guò)大的電流限制保護(hù)及短路電流過(guò)久過(guò)熱的熱關(guān)斷兩階段保護(hù)，以確保芯片不會(huì)燒毀。AZRS5485在接收端RX的相同設(shè)計(jì)在不同的共模電壓(VCM=-7~12V)下，將接收端RX的臨界電壓設(shè)計(jì)在-50mV~-200mV之間，使其可以達(dá)到失效安全的要求(RS485網(wǎng)絡(luò)開(kāi)路、短路或空閑狀態(tài)下，RX接收器輸出仍為高電平，不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作)。

AZRS5485無(wú)極性RS485芯片ESD靜電放電防護(hù)能力

在傳統(tǒng)的RS485收發(fā)器中，傳輸線接口A、B兩端會(huì)有HBM 15kV的規(guī)格。但在實(shí)際應(yīng)用上，這樣的防護(hù)是不夠的。因此，AZRS5485在外部接口A、B端內(nèi)置了瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)來(lái)防止浪涌電壓并提供系統(tǒng)級(jí)靜電放電保護(hù)，從而使得傳輸接口A、B端得到更完整的保護(hù)。ESD的規(guī)格如下：IEC 61000-4-2，接觸放電模式±20kV;IEC 61000-4-2, 空氣放電模式±20kV(表1)。

表1：AZRS5485特性列表。

AZRS5485極大地提升了監(jiān)控系統(tǒng)RS485接口的可靠度，無(wú)需再為系統(tǒng)ESD外掛額外的保護(hù)器件。

除了傳輸端口A、B具有完整的ESD防護(hù)外，AZRS5485更是每一引腳均可達(dá)到器件級(jí)ESD JEDEC人體模型(HBM)±8kV的保護(hù)，與工業(yè)級(jí)應(yīng)用的機(jī)器模式(MM)±800V的保護(hù)，使其應(yīng)用具有最高的安全性。在芯片自我防護(hù)方面，AZRS5485的充電器件模式(CDM)達(dá)到±1kV。這可讓芯片在因制程環(huán)境不良而累積過(guò)多電荷時(shí)，有強(qiáng)大的自我保護(hù)能力。在穩(wěn)定性及可靠性上，其抗閂鎖能力高達(dá)400mA，可以使用在高噪聲的環(huán)境下而無(wú)虞。

無(wú)極性RS485通信網(wǎng)絡(luò)施工建議

使用無(wú)極性RS485通信網(wǎng)絡(luò)就可免除施工及維護(hù)的煩惱。它可使用在完全無(wú)極性的通信網(wǎng)絡(luò)或是混合有極性網(wǎng)絡(luò)與無(wú)極性監(jiān)控設(shè)備中，如圖3所示。

圖3：無(wú)極性、有極性及無(wú)極性有極性混合型RS485通信網(wǎng)絡(luò)示意圖。

無(wú)極性監(jiān)控設(shè)備硬件建議包括：無(wú)極性RS485監(jiān)控設(shè)備接口不可接上拉下拉電阻，如圖4所示。一條無(wú)極性RS485通信網(wǎng)絡(luò)上須有一組上拉下拉電阻定義極性，建議放置于DVR主機(jī)內(nèi)。

圖4：無(wú)極性RS485芯片與有極性RS485芯片外部應(yīng)用電路比較。

施工接線配合建議包括：建議先接通DVR主機(jī)的電源(定義極性的上拉下拉電阻置于DVR主機(jī)內(nèi))，再接通監(jiān)控設(shè)備的電源，反之亦可。現(xiàn)有的RS485總線加無(wú)極性RS485監(jiān)控設(shè)備，建議可先將A、B接上總線后，再打開(kāi)監(jiān)控設(shè)備的電源，但反之亦可。無(wú)極性RS485監(jiān)控設(shè)備在上電接線后，發(fā)生A、B掉線的狀況時(shí)，只需將A、B接回即可，不必重新啟動(dòng)電源。

AZRS485 5V RS-485(內(nèi)置系統(tǒng)級(jí)靜電放電防護(hù)TVS)：AZRS485 5V電源半雙工RS-485收發(fā)器,將外部原先置于系統(tǒng)PCB上的TVS集成到RS485收發(fā)器內(nèi)。單獨(dú)一顆AZRS485即可對(duì)抗系統(tǒng)級(jí)靜電放電(IEC 61000-4-2接觸放電±15kV)，無(wú)需再外掛額外的保護(hù)器件。適合有極性智能電表使用。

表2：晶焱科技RS-485產(chǎn)品列表。

AZRS3078 3.3V RS-485(內(nèi)置系統(tǒng)級(jí)靜電放電防護(hù)TVS)：AZRS3078是3.3V電源高速半雙工RS-485收發(fā)器。其同樣內(nèi)置了TVS，全部的電氣規(guī)格均符合RS485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，相當(dāng)適合IPCAM使用。

AZRS3082，AZRS3088 5V RS-485(內(nèi)置強(qiáng)大的雷擊防護(hù)TVS)：AZRS3082及AZRS3088 將防護(hù)能力再次大幅提升。除了將原先系統(tǒng)級(jí)靜電放電防護(hù)提高到IEC 61000-4-2接觸放電±30kV外，再內(nèi)置了強(qiáng)大的雷擊防護(hù)(IEC 61000-4-5浪涌±30A)。其優(yōu)越的靜態(tài)耗電及超低的等待耗電，符合目前節(jié)能減碳的環(huán)保政策。所以AZRS3082、AZRS3088是訴求高性能、高穩(wěn)定性和高安全性的RS485收發(fā)器。