專利名稱：Rs485總線控制模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種RS485總線控制模塊。
背景技術(shù)：
目前，RS485總線已被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，包括在工業(yè)控制中得 到廣泛應(yīng)用的PLC，及各類智能儀表等。
RS485采用差分信號負(fù)邏輯，十2V +6V表示"0" ， -6V -2V 表示"l"。 一般RS485有兩線制和四線制兩種接線，其中，四線制只 能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線 方式。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī) 帶多個(gè)從機(jī)。
在RS485通訊中廣泛使用了 MODBUS協(xié)議。MODBUS協(xié)議是應(yīng) 用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、 控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信。此協(xié)議定義了控制器能認(rèn) 識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述 了控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求， 以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。
盡管RS485總線已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，但由于實(shí)際應(yīng) 用環(huán)境的多樣化，如何更好地實(shí)現(xiàn)RS485總線系統(tǒng)的靈活配置及可靠 通信，仍舊是人們不斷探索的目標(biāo)。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目標(biāo)是提供這樣一種RS485總線控制模塊，其能夠與具有不同通訊配置(如波特率、停止位、字長等)和非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié) 議的從站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)而設(shè)計(jì)一種RS485總線控制模塊，其具有主控 芯片、現(xiàn)場可編程門陣列、系統(tǒng)總線端口、至少一路RS485接口和配 置端口，其中，現(xiàn)場可編程門陣列、至少一路RS485接口及配置端口 分別與主控芯片連接并進(jìn)行雙向通信，系統(tǒng)總線端口與現(xiàn)場可編程門 陣列連接，并通過現(xiàn)場可編程門陣列與主控芯片通信，通過配置端口， 能夠設(shè)置所述至少一路RS485接口的相關(guān)參數(shù)，從而提供了對RS485 通訊基本參數(shù)的靈活配置。
優(yōu)選地，RS485總線控制模塊的RS485接口與主控芯片核心電路 之間通過DC/DC和光耦來實(shí)現(xiàn)隔離。
此外，所述RS485總線控制模塊的RS485接口的RS485接口芯片 具有第一差分信號線、第二差分信號線和公共信號線，以及分別配屬 于所述第一差分信號線、所述第二差分信號線和所述公共信號線的第 一差分信號端、第二差分信號端和公共端，在所述第一差分信號線與 所述公共信號線之間連接功率穩(wěn)壓管(例如雙向穩(wěn)壓管)，在所述 第二差分信號線與所述公共信號線之間連接功率穩(wěn)壓管(例如雙向 穩(wěn)壓管)，以吸收線路上的瞬間干擾沖擊，保護(hù)所述RS485接口芯片 不損壞。
此外，根據(jù)本實(shí)用新型，RS485總線控制模塊還可以具有電可擦 可編程只讀存儲器和看門狗電路，所述電可擦可編程只讀存儲器和所 述看門狗電路分別與所述主控芯片連接并進(jìn)行雙向通信。RS485總線 控制模塊的主控芯片優(yōu)選為32位ARM處理器；RS485總線控制模塊 的系統(tǒng)總線端口優(yōu)選為16位系統(tǒng)總線端口。
本實(shí)用新型所述的RS485總線控制模塊可實(shí)現(xiàn)多種RS485設(shè)備的通訊接入，屬于E1000系統(tǒng)模塊之一。通過與系統(tǒng)配合連接，可實(shí)現(xiàn) 至少四路不同波特率的外部RS485設(shè)備MODBUS協(xié)議(或類似協(xié)議) 數(shù)據(jù)的采集、輸出控制等功能。
實(shí)施本實(shí)用新型，可充分利用其靈活性，實(shí)現(xiàn)與多種RS485從設(shè) 備的安全可靠通訊。
以下結(jié)合附圖，利用具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。


圖1示出二線制RS485主、從設(shè)備通訊示意框圖； 圖2示出四線制RS485主、從設(shè)備通訊示意框圖； 圖3示出按照本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的具有端口保護(hù)的RS485主、從設(shè) 備通訊示意框圖4示出標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議的主、從應(yīng)答數(shù)據(jù)幀格式； 圖5示出用戶自定義數(shù)據(jù)幀的格式；
圖6示出按照本實(shí)用新型一個(gè)具體實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的保護(hù)電路結(jié)構(gòu) 框圖。
圖7示出本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的詳細(xì)實(shí)施方案框圖。
具體實(shí)施方式

圖1和圖2中分別示出了RS485主、從設(shè)備的二線制和四線制通 訊示意框圖。在二線制通訊中，RS485主設(shè)備的A、 B端分別和RS485 從設(shè)備的A、 B端連接。在四線制通訊中，RS485主設(shè)備的R+、 R-端 分別和RS485從設(shè)備的T+、 T-端連接，同樣，RS485從設(shè)備的R+、 R-端也分別和RS485主設(shè)備的T+、 T-端連接。在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu) 選的實(shí)施例中，采用RS485主、從設(shè)備的二線制通訊連接方式，通過 一對差分信號線(A端、B端)與外部設(shè)備相連接，并在此基礎(chǔ)上增加 l根公共線(公共端)，以降低不同節(jié)點(diǎn)之間共模電壓的影響。本實(shí)用 新型在同一總線上最多可掛接256個(gè)從站，設(shè)備之間的連接如圖3。
6別額外地帶有端口保護(hù)電路，RS485總線控制模塊中，A端、B端 及公共端都在端口保護(hù)電路的保護(hù)下分別與RS485從設(shè)備的對應(yīng)端連 接。
本實(shí)用新型不僅支持MODBUS協(xié)議，還允許用戶建立類似 MODBUS的自定義簡單通訊協(xié)議。圖4示出標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議的主、 從應(yīng)答數(shù)據(jù)幀格式，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀中主要包括設(shè)備地址、功能代碼、 數(shù)據(jù)字節(jié)及錯誤校驗(yàn)等信息；圖5示出用戶自定義數(shù)據(jù)幀的格式，用 戶可以自行定義數(shù)據(jù)幀中各部分的含義和長度，包括開始段(HEAD)、 數(shù)據(jù)字節(jié)(DATA)及結(jié)束段(END)信息，其中數(shù)據(jù)字節(jié)的長度可以 根據(jù)實(shí)際情況而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，例如可以支持7位、8位、9位字 節(jié)。此外，開始段和結(jié)束段的最大長度為32字節(jié)，不同的字節(jié)可分別 配置為"地址特征字"、"數(shù)據(jù)長度特征字"、"校驗(yàn)字"等。數(shù)據(jù) 字節(jié)最大長度為128字節(jié)。
圖6示出按照本實(shí)用新型所實(shí)現(xiàn)的一種保護(hù)電路結(jié)構(gòu)框圖，這種 保護(hù)電路能夠?qū)崿F(xiàn)對RS485通訊線路的抗瞬間沖擊保護(hù)。具體的，在 RS485接口芯片的與A、B端連接的差分信號線上分別對公共端安裝功 率穩(wěn)壓管(例如雙向穩(wěn)壓二極管)，吸收線路上的瞬間干擾沖擊， 保護(hù)RS485接口芯片不損壞。
圖7給出本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的詳細(xì)實(shí)施方案框圖。根 據(jù)本實(shí)用新型，RS485總線控制模塊包括主控芯片(CPU)、現(xiàn)場可 編程門陣列(FPGA) 、 16位系統(tǒng)總線端口、電可擦可編程只讀存儲器 (EEPROM)、看門狗電路(WATCHDOG)、四路RS485接口 COMl、 COM2、 COM3、 COM4和一個(gè)配置端口 COM5，其中，F(xiàn)PGA、EEPROM、 WATCHDOG、四路RS485接口 COMl、 COM2、 COM3、 COM4及配 置端口 COM5分別與主控芯片進(jìn)行雙向通信，系統(tǒng)總線端口通過FPGA與主控芯片通信。
在本實(shí)施例中，使用意法半導(dǎo)體(ST)公司的32位ARM STM32F101VC作為主控芯片，使用C編程語言來實(shí)現(xiàn)四路MODBUS (或自定義)通訊協(xié)議的RS485接口、四路RS485通訊接口的參數(shù)配 置、以及與系統(tǒng)總線的通訊等功能。通過模塊上的配置端口 COM5， 可以分別設(shè)置四路RS485接口 COMl COM4的波特率、字長、停止位 長度、奇偶校驗(yàn)等，從而提供了對RS485通訊基本參數(shù)的靈活配置。
在本實(shí)施例中，RS485接口使用德州儀器(TI)公司的RS485總 線接口芯片VP3088，其可支持最高達(dá)20Mbps的通訊速率。每路RS485 接口與CPU核心電路之間通過DC/DC和光耦實(shí)現(xiàn)隔離，最大限度的 減小通訊鏈路的路間影響，并隔離現(xiàn)場設(shè)備對系統(tǒng)的干擾。在RS485 總線上使用了穩(wěn)壓管和限流電阻，保護(hù)接口芯片免受外部浪涌干擾的 沖擊，保證通訊的安全可靠。
另外，在本實(shí)施例中，使用萊迪思(LATTICE)公司的X0256 FPGA 實(shí)現(xiàn)ARM處理器(即主控芯片)和系統(tǒng)總線之間的接口。
應(yīng)該理解，在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書、說明書中，所有"包 括……"均應(yīng)理解為開放式的含義，也就是其含義等同于"至少含 有……"，而不應(yīng)理解為封閉式的含義，即其含義不應(yīng)該理解為"僅 包含……"。
綜上所述，本說明書中所述的只是本實(shí)用新型的較佳具體實(shí)施例， 以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。凡本技術(shù)領(lǐng) 域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分 析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在本實(shí)用新型的 權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種RS485總線控制模塊，其特征在于，所述RS485總線控制模塊具有主控芯片、現(xiàn)場可編程門陣列、系統(tǒng)總線端口、至少一路RS485接口(COM1、COM2、COM3、COM4)和配置端口(COM5)，其中，所述現(xiàn)場可編程門陣列、所述至少一路RS485接口及所述配置端口分別與所述主控芯片連接并進(jìn)行雙向通信，所述系統(tǒng)總線端口與所述現(xiàn)場可編程門陣列連接，并通過所述現(xiàn)場可編程門陣列與所述主控芯片通信，通過所述配置端口，能夠設(shè)置所述至少一路RS485接口的相關(guān)參數(shù)，從而提供了對RS485通訊基本參數(shù)的靈活配置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS485總線控制模塊，其特征在于，所 述至少一路RS485接口與所述主控芯片核心電路之間通過DC/DC和光 耦來實(shí)現(xiàn)隔離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的RS485總線控制模塊，其特征在于， 所述RS485總線控制模塊具有四路RS485接口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS485總線控制模塊，其特征在于，所 述RS485總線控制模塊的RS485接口的RS485接口芯片具有第一差分 信號線、第二差分信號線和公共信號線，以及分別配屬于所述第一差 分信號線、所述第二差分信號線和所述公共信號線的第一差分信號端(A)、第二差分信號端(B)和公共端，在所述第一差分信號線與所 述公共信號線之間連接穩(wěn)壓管，在所述第二差分信號線與所述公共信 號線之間連接穩(wěn)壓管，以吸收線路上的瞬間干擾沖擊，保護(hù)所述RS485 接口芯片不損壞。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的RS485總線控制模塊，其特征在于，在 所述第一差分信號線與所述公共信號線之間連接雙向穩(wěn)壓管，在所述 第二差分信號線與所述公共信號線之間連接雙向穩(wěn)壓管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS485總線控制模塊，其特征在于，所 述RS485總線控制模塊還具有電可擦可編程只讀存儲器和看門狗電 路，所述電可擦可編程只讀存儲器和所述看門狗電路分別與所述主控 芯片連接并進(jìn)行雙向通信。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RS485總線控制模塊，其特征在于，所 述主控芯片為32位ARM處理器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的RS485總線控制模塊，其特征在于， 所述系統(tǒng)總線端口為16位系統(tǒng)總線端口。
專利摘要一種RS485總線控制模塊，其具有主控芯片、現(xiàn)場可編程門陣列、系統(tǒng)總線端口、至少一路RS485接口和配置端口，其中，現(xiàn)場可編程門陣列、至少一路RS485接口及配置端口分別與主控芯片連接并進(jìn)行雙向通信，系統(tǒng)總線端口與現(xiàn)場可編程門陣列連接，并通過現(xiàn)場可編程門陣列與主控芯片通信，通過配置端口，能夠設(shè)置所述至少一路RS485接口的相關(guān)參數(shù)，從而提供了對RS485通訊基本參數(shù)的靈活配置。
文檔編號H04L12/40GK201426120SQ200920072718
公開日2010年3月17日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者李培植, 杰 蔣 申請人:上海新華控制技術(shù)(集團(tuán))有限公司