RS485集线器的设计

　　引言

　　RS-485总线基于平衡发送和差分接收，具有很强的抗共模干扰能力，在远程有线数字通信领域使用非常广泛。但它也存在一些缺点，如一个节点故障会引起整个总线瘫痪、不能星型布线等。在总线上加装一个RS-485集线器可以弥补这些缺陷，同时延长通信距离。

        本文介绍了一种四路RS-485集线器的设计，这种集线器具有各支路全部隔离、零延时自动收发转换、故障支路自动切除并报警、故障恢复后自动接入以及防雷击浪涌保护等功能。

　　RS-485集线器工作原理

　　RS-485集线器利用主485芯片把上位机总线上的差分信号转换成TTL电平，然后以广播方式分配给其它各支路的从485芯片，由从芯片再转换为差分信号发送到各分支总线上。图1是四路集线器的应用方案，图的左侧接RS-485总线上位机，右侧接各分支下位机。

　　由图1可以看出，RS-485集线器起到了中继器延长距离和扩充终端数量的作用。对于四路集线器，它的四个分支总线可以分别按串行方式布线，相当于把原来的一组总线按星型方式分成了四组，解决了布线的局限性。另外，当其中一个节点故障导致总线短路时，只会影响到它所在的一组分支总线，而不会影响到其它三组。

　　

 

　　图1 RS-485集线器应用方案

　　

 

　　图2 防雷击浪涌保护设计原理图

　　

 

　　图3 自动收发转换设计原理图

　　

 

　　图4 故障自动隔离模块原理框图

　　RS-485集线器设计

　　参照图1的工作原理，各模块设计重点如下。

　　电源设计

　　出于隔离保护和抗干扰的考虑，5个485芯片采用5V隔离电源模块供电，使主、从电路相互隔离。

　　信号隔离设计

　　所有分支信号与主站信号之间都采用高速光耦6N137进行隔离，实现各分支之间、各分支与主站之间全部隔离。

　　防雷击浪涌保护设计

　　如图2所示，所有总线出口都采用防雷管和TVS管构成两级保护。总线感应到雷击等高压大能量信号时，先通过防雷管提供的线线间、线地间防雷保护功能，使雷击过电压被迅速泄放，泄放过程中产生的瞬态大电流会在电路中感应出一个尖峰电压，次级保护使用的TVS管可以将上述尖峰电压吸收。如果有较大的电流，可以通过热敏电阻的高阻值来降压。

　　零延时自动收发转换设计

　　如图3所示，利用485芯片的数据输入端DI通过非门来控制收发控制端DE/RE。电阻、电容的作用是为了补偿DI到DE之间信号传输的延时。