應對RS485組網(wǎng)通信的失效問題

目前在主從式架構的監(jiān)控系統(tǒng)中，大多數(shù)主控端DVR主機是通過RS485總線來進行從屬端設備的控制通信，例如云臺、PTZ鏡頭或其他輔助設備。RS485通信具有低成本、架構簡單、可靠性高及抗干擾能力強等諸多優(yōu)點，但有個缺點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)的情況來看，在大型組網(wǎng)布線時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。在實際的組網(wǎng)布線時，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(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年開始，安防監(jiān)控每年達到30%的高速成長。在中國，到2015年，安防監(jiān)控的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將高達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題，將會節(jié)省可觀的人力調(diào)試及系統(tǒng)維護成本。因此，使用無極性RS485通信芯片來完成無極性組網(wǎng)通信的重要性及迫切性與日俱增。

晶焱科技的無極性RS485通信芯片(AZRS5485)采標準SOP8封裝，內(nèi)置極性檢測與判斷電路。當內(nèi)部電路判斷完成后，即自我進行極性的校正動作。該動作全部在芯片內(nèi)部完成，不用外接額外硬件或軟件來達到無極性接口要求。AZRS5485的無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還提供強大的系統(tǒng)級靜電放電(ESD)防護能力。IEC 61000-4-2接觸放電模式可高達±20kV，提升了RS485接口的可靠性。

有極性RS485通信網(wǎng)絡接口反接的解決方法

硬件判斷，人工修正：在RS485通信接口對地外接發(fā)光二極管(LED)，然后人工判斷極性連接是否正確。如果接錯再由人工通過開關將極性調(diào)整回來。其缺點是需額外的LED、開關及專業(yè)的施工調(diào)試人員。

軟件判斷，自動修正：在軟件通信前要多一段極性確認的程序。由主控端發(fā)送檢測信號，從屬端收到檢測信號要發(fā)回握手信號做響應。若在設定時間內(nèi)，主控端仍未收到從屬端的響應信號，則主控端會判定從屬端線路連接錯誤。主控端會發(fā)出控制信號改變從屬端外部的電磁繼電器開關，將接口連接線路做修正再進行檢測動作。其缺點是需要額外的電磁繼電器與軟件極性確認的程序。

編碼傳輸：將轉(zhuǎn)輸信號進行曼切斯特編碼或差分曼切斯特編碼后，即可實現(xiàn)無極性連接。其缺點是需在MCU的UART與RS485芯片之間增加時鐘芯片與編碼及譯碼電路芯片。

AZRS5485無極性實現(xiàn)方法

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

圖2：AZRS5485功能模塊圖與管腳圖。

AZRS5485無極性RS485芯片特性

AZRS5485是一顆半雙工、無極性的5V RS485通信芯片，內(nèi)置極性檢測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，不用再多花時間確認接口極性或是接口色差線。只要一塊芯片上電，AZRS5485就立刻實時地自動完成極性的檢測與判斷，然后進行極性的校正。不僅如此而已，AZRS5485還可無需系統(tǒng)重置，只要接口引腳一接上就會重新進行極性的檢測和判斷，然后進行極性的校正。這樣設計是為了現(xiàn)場布線施工若發(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、判斷和校正。最后，在無極性的系統(tǒng)中需要有一個有極性的裝置定義極性后，其他無極性設備即可任意連接進行無極性RS485網(wǎng)絡通信。

AZRS5485采用SOP_8標準封裝與標準，引腳兼容于現(xiàn)行的標準RS485通信芯片。其電氣特性完全符合EIA/TIA-485標準。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。其還有短路電流過大的電流限制保護及短路電流過久過熱的熱關斷兩階段保護，以確保芯片不會燒毀。AZRS5485在接收端RX的相同設計在不同的共模電壓(VCM=-7~12V)下，將接收端RX的臨界電壓設計在-50mV~-200mV之間，使其可以達到失效安全的要求(RS485網(wǎng)絡開路、短路或空閑狀態(tài)下，RX接收器輸出仍為高電平，不會產(chǎn)生誤動作)。

AZRS5485無極性RS485芯片ESD靜電放電防護能力

在傳統(tǒng)的RS485收發(fā)器中，傳輸線接口A、B兩端會有HBM 15kV的規(guī)格。但在實際應用上，這樣的防護是不夠的。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)來防止浪涌電壓并提供系統(tǒng)級靜電放電保護，從而使得傳輸接口A、B端得到更完整的保護。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，無需再為系統(tǒng)ESD外掛額外的保護器件。

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