一种自适应调整RS485总线驱动的系统和调整方法与流程

本发明属于通信，涉及自适应调整rs485总线驱动的调整技术，具体是一种自适应调整rs485总线驱动的系统和调整方法。

背景技术：

1、rs485总线传输协议是一种采用差分工作方式的串行总线通信协议，采用平衡发送、差分接收的结构设计，使得其具有抑制共模干扰能力，从而在数据传输过程中保持较高的稳定性和可靠性；rs485通信网络中一般采用的是主、从通信方式，即一个主机带多个从机，针对总线有信号反射的应用情况，通常总线首、末端增加端接电阻；当rs485网络处于空闲状态时，所有节点都处于监听接收模式。在这种情况下，网络上没有活动驱动器；所有驱动器都处于三态；在没有任何设备驱动网络的情况下，线路的状态是未知的；为了保持适当的空闲电压状态，必须使用偏置电阻来强制数据线处于空闲状态；偏置电阻通常做法为数据a线上的一个上拉电阻到电源和数据b线上的一个下拉电阻接地，一般上拉电阻、下拉电阻阻值相同。

2、现有技术为保证合理空闲偏置电压，当网络中的所有节点处设置偏置电阻时，上拉电阻、下拉电阻通常偏大，用来保证较多节点应用的情况下等效的上拉电阻、下拉电阻阻值不至于过小，避免收发器的驱动能力不足；存在的问题为，同样的上拉电阻、下拉电阻配置，在节点较少且有端接电阻的情况下，导致空闲电平无法满足收发器最低差分输入要求，有误码风险。当网络中的一个节点处设置偏置电阻时，按照末端配置端接电阻和最大节点应用的情况去考虑，上拉电阻、下拉电阻一般设置偏小，对于实际应用中节点少或末端没有端接电阻的情况，导致驱动负载偏大，带来没有必要的驱动损耗。

3、本发明提供了一种自适应调整rs485总线驱动的系统和调整方法，以解决以上技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种自适应调整rs485总线驱动的系统和调整方法，用于解决现有技术中偏置电阻设置不合理导致偏置差分电压较小，有误码风险或者导致驱动复杂偏大，造成不必要损耗的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种自适应调整rs485总线驱动的系统，包括：主机和若干从机；

3、主机包括控制单元，调整单元，rs485接口单元以及采集单元；从机包括控制单元和rs485接口单元；

4、控制单元用于对偏置电阻进行调整控制；调整单元包含n个偏置电阻对和n个选择开关，用于对n个偏置电阻对的阻值进行调整；采集单元用于在总线空闲时，采集总线差分偏置电压；

5、主机位于总网络的首端，且外部设置有端接电阻；末端从机的末端可根据信号波长与传输线的长度选择设置端接电阻；其中，末端从机是指设置在总网络末端的从机。

6、优选的，所述系统包括一个主机和m-1个从机，其中，m的最大值mmax由rs485收发器的输入阻抗决定。

7、优选的，所述偏置电阻对的总数量为n，n取偶数，n的取值范围为4≤n≤mmax；每个偏置电阻对x包括一个上拉电阻rux和一个下拉电阻rdx；上拉电阻rux和下拉电阻rdx可通过选择双路开关sx进行选择切换；将n个偏置电阻对划分成两组。

8、本发明的偏置电阻对的总数量为偶数，并且每组偏置电阻对对应一个双路开关，能够通过双路选择开关对偏置电阻对进行精确控制，有利于提高总线自适应控制的精确度。

9、优选的，所述将n个偏置电阻对划分成两组，包括：

10、第1至n/2个偏置电阻对适用于总线末端设置有端接电阻的情况；通过公式计算得到偏置电阻阻值r；

11、第n/2+1至n个偏置电阻对适用于总线末端未设置端接电阻的情况；通过公式计算得到偏置电阻阻值r；

12、根据计算得到的偏置电阻阻值将对应的偏置电阻对的阻值进行调节；

13、其中，其中，va、vb为总线a、b电位，va-vb和vt为偏置差分电压，vcc为偏置电源，rin为收发器的输入阻抗；rt为端接电阻；m为节点总数量，取值按照数列{mmax,mmax/2,…，mmax/2^(x-1)}中的元素取值，x的取值为1到n/2。

14、本发明将偏置电阻对分成两组，一组适用于末端设置有端接电阻的情况，另一组适用于末端未设置端接电阻的情况，能够根据实际情况计算偏置电阻阻值；有利于针对不同的总线情况，设置阻值不同的偏置电阻。

15、优选的，所述偏置电阻对的阻值为ru1<ru2<…<run；rux＝rdx；[ru1、rd1]为最小阻值的偏置电阻对，[run、rdn]为最大阻值的偏置电阻对；偏置差分阈值电压vt设置为大于200mv。

16、本发明将预设的偏置差分阈值电压设置为大于200mv能够确保总线空闲电压有足够的余量，提高系统的稳定性和抗干扰能力。

17、本发明的第二方面提供了一种自适应调整rs485总线驱动的调整方法，包括：

18、步骤s1：在初始化时，控制单元控制第一对偏置电阻对ru1和rd1的开关s1闭合并将cur记为1，剩余开关断开；其中，cur偏置电阻对对应的开关编号，用于对开关进行记录；

19、步骤s2：当主机没有发送信号，且总线空余时，采集单元采集总线的差分偏置电压vs；

20、步骤s3：控制单元判断差分偏置电压vs是否大于预设的偏置差分阈值电压vt，且当前开关记录cur是否小于n；是，则断开当前闭合开关，将下一对偏置电阻对的开关闭合，并更新cur＝cur+1；重复步骤s2；否，则执行步骤s4；

21、步骤s4：判断差分偏置电压vs是否小于等于预设的偏置差分阈值电压vt；是，则控制单元控制断开当前闭合开关，将上一对偏置电阻对的开关闭合，转入正常通讯流程；否，则偏置电阻调整结束，转入正常通讯流程。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1.本发明的rs485总线驱动包括一个主机和若干从机，主机首端设置有端接电阻，从机末端根据实际情况设置端接电阻；通过设置偏置电阻对的总数量为偶数，并且每组偏置电阻对对应一个双路开关，能够实现上拉电阻和下拉电阻的同步控制；将偏置电阻对分成两组，一组适用于末端设置有端接电阻的情况，另一组适用于末端未设置端接电阻的情况，能够根据实际情况计算偏置电阻阻值；有利于针对不同的总线情况，设置阻值不同的偏置电阻。

24、2.本发明依次对偏置电阻对进行调整控制，采集总线空余时的差分偏置电压，根据差分控制电压和预设的偏置差分阈值电压以及开关记录，分析是否转入正常通讯流程；能够实现根据总线从机数量不同，末端端接电阻的设置情况实现总线的自适应调整，无需技术人员对总线进行调整，降低了人力成本；并且将预设的偏置差分阈值电压设置为大于200mv能够确保总线空闲电压有足够的余量，提高系统的稳定性和抗干扰能力。

技术特征：

1.一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，包括：主机和若干从机；

2.根据权利要求1所述的一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，所述系统包括一个主机和m-1个从机，其中，m的最大值mmax由rs485收发器的输入阻抗决定。

3.根据权利要求1所述的一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，所述偏置电阻对的总数量为n，n取偶数，n的取值范围为4≤n≤mmax；每个偏置电阻对x包括一个上拉电阻rux和一个下拉电阻rdx；上拉电阻rux和下拉电阻rdx可通过选择双路开关sx进行选择切换；并将n个偏置电阻对划分成两组。

4.根据权利要求3所述的一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，所述将n个偏置电阻对划分成两组，包括：

5.根据权利要求4所述的一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，所述偏置电阻对的阻值为ru1<ru2<…<run；rux＝rdx；[ru1、rd1]为最小阻值的偏置电阻对，[run、rdn]为最大阻值的偏置电阻对；偏置差分阈值电压vt设置为大于200mv。

6.一种自适应调整rs485总线驱动的调整方法，应用于权利要求1-5任一项所述的一种自适应调整rs485总线驱动的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种自适应调整RS485总线驱动的系统和调整方法，涉及通信技术领域，解决了现有技术中偏置电阻设置不合理导致偏置差分电压较小，有误码风险或者导致驱动复杂偏大，造成不必要损耗的技术问题；本发明包括主机和从机，主机包括控制单元，调整单元，RS485接口单元以及采集单元；从机包括控制单元和RS485接口单元；控制单元用于对偏置电阻进行调整控制；调整单元包含n个偏置电阻对和n个选择开关，对偏置电阻对的阻值进行调整；采集单元在总线空闲时，采集总线差分偏置电压；主机位于总网络的首端，且外部设置有端接电阻；末端从机的末端可设置端接电阻；实现总线的自适应调节，避免出现误码风险或者不必要损耗。

技术研发人员：张朋,杨姜,张广标,郑光廷,邵旭晨,王旭东,敖翔
受保护的技术使用者：蚌埠依爱消防电子有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5