RS485总线集线器设计【开题报告】

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1、毕业设计（论文）开题报告题目：　　　　　　RS485总线集线器设计　　　　　　　专业：电子信息工程1选题的背景、意义1.1RS-485总线的应用在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中，RS-485系统总线因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。由于RS-485是基于差分信号传送的串行通信协议，使得它的抗干扰能力强。RS485总线应用广泛，特别在国内具有很强的影响力。目前许多厂家生产的设备大多提供接口，并以此为标准。例如许多集中式水表采集器、

2、集中式电表生产厂家的产品都内置RS458芯片，提供信号输出接口。现在新开发的各种产品，厂家还是习惯于沿用这种标准。其次，与应用普遍且为计算机标准配置的接口的转换器或设备十分常见和通用，这更增加了总线的应用广泛性。总线技术实现成本低廉，传输距离较远，通讯可靠，抗干扰能力强，可实现多点通一讯现在的通用技术已可以带到个节点。另外，这一标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议，因此较其它标准更具有灵活性[7]。RS-485通信接口所组成的网络是工业控制及

3、测量领域较为常用的物理层网络。RS-485具有物理连接方便、抗干扰能力强、传输距离远等特点,采用这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。由于RS-485通信接口控制芯片的成本低廉且技术成熟,所以现在许多仪表生产厂商都可以开发出支持RS-485通信接口的仪表,并通过这个接口实现多个仪表的组网及数据上传功能。对于RS-485通信接口的应用大体可分成以下三个方面[9]:（1）特殊用途测量仪表。由于现在的专用测量仪表已逐步智能化,其检测输出的信号不再是一个单一的值,采用通常的4~20mA的电流信号已

4、不能满足数据传输的要求。（2）智能数据采集I/O模块。在工控机测控系统中,随着技术的发展数据采集I/O模块已得到了越来越广泛的应用。但这些I/O模块的输入输出通道和数据转换模式一般是固定的,所以在一个工控系统必然会用到多个I/O模块,这就要求在工控系统中能够使用一台工控计算机同时与多个I/O模块实现数据传输。而RS-485通信接口就成为许多智能模块厂商所采用的通信方式。（3）智能控制器及变频器等。现在的工业自动控制系统中大量地采用了智能调节仪实现回路的调节控制,而变频器的应用也越来越广泛。要实现对这些设备

5、的集中数据采集及管理控制,就要求这些设备具备数据通讯的功能。而这些设备就利用RS-485通信接口将多个智能仪表组成网络实现与工控计算机的数据通讯,使得只占用很少工控机接口资源就可以管理尽可能多的设备[9]。1.2论文的意义RS-485总线的应用虽然广泛，但它在使用中却存在这许多不足之处。因为在实际工程应用中如果没有RS-485总线集线器，会使RS-485总线的使用存在很大的局限性，这表现在传输距离、终端之间的相互影响、总线的负载能力、总线的拓扑结构等方面[3]。下面将具体说明：（1）传输距离的限制。理论上

6、，当总线传输速率低于100Kb/s时RS-485的有效传输距离可以达到1200M[2]。但在工程应用中实际传输距离远远达不到这个标准，即使信号可以传输到这个距离，但波形也会产生失真，信号会出现漏码、误码的现象，导致接收到的信号不可靠。总线的传输距离与多方面的因素有关，包括传输导线双绞线的密度、线间电容、导线的粗细、总线上负载的数量、发送信号的幅度和传输波特率等因素。因此在长距离传输时应当加装RS-485中继器，其作用是在信号尚未衰减失真之前，将信号正确接收后然后转发出去，达到使总线传输距离增加一倍的效果。

7、（2）终端之间的相互影响。RS-485协议规定，所有的RS-485终端设备，无论发送器还是接收器都应当并行地挂接在总线上。如果某个终端的收发器出现损坏，导致数据线A、B端之间发生短路，那么总线上的所有终端将无法进行通信。因此在多终端的情况下，终端之间要求分段隔离，互不影响。这样，提高了总线的稳定性，减少了故障的发生。（3）终端数量的扩展。RS-485驱动器的驱动能力是有限的。当总线上挂接的终端过多、负载过重以至于传输的信号幅度降低到200mV以下时，接收器将无法正确识别信号。（4）RS-485总线拓扑结构

8、。RS-485协议采用线性总线结构作为网络拓扑，终端支线的长度不应超过2M。然而，在实际情况中可能会发生终端所处位置非常分散的情况，如果使用线性拓扑进行连接的话，连接线将变得很长，使得工程应用中有些终端的支线长度远远超过2M。且支线上还可能挂接有多个终端，网络拓扑并非严格的线性总线结构，而是呈现出星形或者线性与星形相结合情况。这就造成了传输线阻抗不连续，信号传输时会出现反射现象，从而影响信号的正确传输。本课题的任务就是设计一个