一種rs485通訊電路及dmx控制器和控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種RS485通訊電路及DMX控制器和控 制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] DMX512控制協(xié)議，簡稱DMX，DMX是DigitalMultiplex的縮寫，意為多路數(shù)字傳輸， 是專業(yè)燈光人員為了給制造商和用戶提供控制燈光的簡單通用數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)。DMX是一種數(shù)字 信號協(xié)議，它定義由燈光控制器傳輸?shù)焦潭ㄑb置和外圍設(shè)備（如調(diào)光回路）的信號構(gòu)造， DMX技術(shù)已經(jīng)成為許多燈光控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
[0003] 在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采 用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能 檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。
[0004] 而基于RS485總線技術(shù)的DMX總線在舞臺燈光通訊控制領(lǐng)域以已經(jīng)得到廣泛應(yīng) 用，極大地推動舞臺燈具的智能化進(jìn)程。由于RS485接口為半雙工數(shù)據(jù)通訊模式，數(shù)據(jù)的收 發(fā)不能同時進(jìn)行，因此，每次進(jìn)行通訊時，主機控制芯片都要對RS485的通訊方向做出使能 控制。而控制線控制使能端的通訊，存在一個方向變換的時間問題，如果使能端方向變換過 早，數(shù)據(jù)不能完整傳輸，使能端方向變換過晚，也會對數(shù)據(jù)造成一定影響，而且時間不固定， 這要根據(jù)傳輸速率而定，這樣就大大增加了程序控制的工作量。因此，收發(fā)數(shù)據(jù)時需要一根 專門的10 口線切換數(shù)據(jù)流方向，且需要引入必要的延時以保證數(shù)據(jù)被完全發(fā)送，降低了控 制系統(tǒng)的執(zhí)行效率，浪費了 CPU資源，同時增加了調(diào)試成本。
[0005] 因此，如何實現(xiàn)RS485通訊電路數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換，對于進(jìn)一步推動舞臺 燈管通訊控制系統(tǒng)的智能化有著重要意義。
[0006] CN103441780A公開了一種RS-485自動切換方向的通訊電路，該電路將RS-485芯 片的DI端接地；將處理器的TXD端通過控制三極管進(jìn)行信號反轉(zhuǎn)，接入RS-485的驅(qū)動器輸 出使能端DE和接收器輸入使能端將RS-485芯片的A端接上拉電阻，將RS-485芯片的B端 接下拉電阻；通過所述處理器的TXD端控制，所述驅(qū)動器輸出使能端DE和接收器輸入使能 端，模擬出差分信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本對比文件中公開的RS-485通訊電路雖然數(shù)據(jù)傳輸方 向的切換不需要在軟件里再做任何處理，減輕了軟件的調(diào)試的工作量，也降低了硬件成本； 但是本對比文件中公開的RS-485通訊電路的數(shù)據(jù)傳輸方向的切換，需要DI不停的啟動關(guān) 閉，極大地降低了 RS-485芯片的壽命。
[0007] CN203966327U公開了一種RS485通訊電路，包括無極性RS485通訊芯片U1，無極 性RS485通訊芯片U1的8腳連接有電源VCC，無極性RS485通訊芯片U1的5腳連接有接地 端GND，無極性RS485通訊芯片U1的6腳與7腳連接有能夠有效避免外部干擾的外部保護(hù) 電路，電源VCC與無極性RS485通訊芯片U1的連接處、接地端GND與無極性RS485通訊芯 片U1的連接處連接有電源模塊U2，電源模塊U2的另一端連接有供電電源V485端和接地電 源。本對比文件中公開的RS485通訊電路設(shè)有保護(hù)電路，能有效避免外部干擾擊毀通訊電 路、內(nèi)部電源故障導(dǎo)致電壓升高而損壞外連通訊設(shè)備，但是沒有解決RS485通訊電路數(shù)據(jù) 傳輸方向不能自動切換的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換、功耗 低、反應(yīng)快、零延遲、保護(hù)齊全的RS485通訊電路及DMX控制器和控制系統(tǒng)。
[0009] 為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案如下：
[0010] 一種RS485通訊電路，包括RS485通訊芯片，所述RS485通訊芯片采用8引腳S0IC 封裝結(jié)構(gòu)，所述RS485通訊芯片中：
[0011] 8腳接電源，電源引腳接退耦電容C1 ;5腳接地；
[0012] 2腳為接收輸出使能腳，3腳為傳送輸入使能腳，2腳和3腳同時上拉連接電阻R1 接高電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換；
[0013] 1腳為數(shù)據(jù)接收輸出腳，4腳為數(shù)據(jù)發(fā)送輸入腳，1腳連接單片機UART接口的RX 腳，4腳連接單片機UART接口的TX腳，且4腳上拉連接電阻R2接高電平，使RS485通訊芯 片的DI處于閑置狀態(tài)，保證4腳能發(fā)送數(shù)據(jù)，同時1腳能接收數(shù)據(jù)；
[0014] 6腳和7腳連接信號輸入/輸出線。
[0015] 在本方案中，退耦電容C1用于消除電源雜波干擾，吸收芯片工作時產(chǎn)生的脈沖；
[0016] 2腳上拉接高電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換；3腳傳送輸入使能腳，接低電 平時，芯片不能工作，因此3腳與2腳同時上拉接高電平，使芯片處于正常工作狀態(tài)；
[0017] 另外，在本方案中，4腳上拉連接電阻R2接高電平，保證了 DI處于閑置狀態(tài)，即能 發(fā)送數(shù)據(jù)，同時1腳也能接收數(shù)據(jù)。若沒有設(shè)置電阻R2,4腳一直處于發(fā)送狀態(tài)，且2腳不 能接收數(shù)據(jù)，此時，所述RS485所在的應(yīng)用設(shè)備就只能做主機，不能當(dāng)從機使用。
[0018] 進(jìn)一步地，所述RS485通訊電路還包括輸出保護(hù)電路；
[0019] 所述輸出保護(hù)電路包括由穩(wěn)壓管D1，D2，D3組成的吸收回路：穩(wěn)壓管D3的一端與 7腳的信號輸出線連接，另一端接地；穩(wěn)壓管D3的一端與與6腳的信號輸入線連接，另一端 接地；穩(wěn)壓管D2連接信號輸出線與信號輸出線，形成一個完整的回路。
[0020] 由于共模電壓等于兩個輸入信號電壓的平均值，而RS485通訊電路只能檢測A、 B端的差模電壓，因此如果A、B端單點的對GND電壓太高，就會燒壞RS485通訊1C。上述 吸收回路的設(shè)置可以吸收過高的電壓，防止RS485通訊電路所在總線共模電壓過大而損壞 RS485通訊芯片。
[0021] 進(jìn)一步地，所述吸收回路中的穩(wěn)壓管Dl，D2, D3用TVS瞬態(tài)雜波抑制器替代。
[0022] 進(jìn)一步地，所述輸出保護(hù)電路還包括：設(shè)置在所述RS485通訊芯片的信號輸出端 串聯(lián)的兩個電阻R4、R5,防止所述RS485通訊芯片的應(yīng)用設(shè)備的硬件故障影響所述應(yīng)用設(shè) 備所在的應(yīng)用系統(tǒng)的其他應(yīng)用設(shè)備的通信。
[0023] 進(jìn)一步地，所述輸出保護(hù)電路還包括：分別設(shè)置在RS485網(wǎng)絡(luò)傳輸線始端和末端， 且與通訊載體的特性電阻相匹配的匹配電阻，所述RS485通訊電路的通訊載體為特性阻抗 為120Ω的雙絞線，所述匹配電阻為120Ω的電阻，以減少線路上傳輸信號的反射。
[0024] 進(jìn)一步地，所述輸出保護(hù)電路還包括：與所述RS485芯片的A端上拉連接的電阻 R3,和與所述RS485芯片的B端下拉連接的電阻R6,使A端的電位高于B端的電位，實現(xiàn)單 片機不會被誤中斷而收到亂字符。
[0025] 由于RS485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為± 200mV，即差分輸入端 VA-VB彡+200mV，輸出邏輯1，VA-VB彡-200mV，輸出邏輯0 ;而A、B端電位差的絕對值小于 200mV時，輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時，接收器輸出邏輯0,這會誤認(rèn) 為通信幀的起始引起工作不正常。本方案中，RS485芯片的A端接上拉電阻R3，B端接下拉 電阻R6,使A端的電位高于B端的電位，這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間（總線懸浮 時）呈現(xiàn)唯一的高電平，MCU就不會被誤中斷而受到亂字符。
[0026] 進(jìn)一步地，所述RS485通訊電路的屏蔽線與信號地的連接采用隔離連接，即：采用 雙向瞬態(tài)二極管D4和電容C2并聯(lián)連接，可以消除屏蔽線上的電壓干擾，保證所述RS485通 訊電路所在的通訊系統(tǒng)和RS485控制器的各自穩(wěn)定工作，互不影響。
[0027] 本發(fā)明還提供一種DMX控制器，包括RS485通訊電路，所述RS485通訊電路包括 RS485通訊芯片，所述RS485通訊芯片采用8引腳S0IC封裝結(jié)構(gòu)，所述RS485通訊芯片中：
[0028] 8腳接電源，電源引腳接退耦電容C1 ;5腳接地；
[0029] 2腳為接收輸出使能腳，3腳為傳送輸入使能腳，2腳和3腳同時上拉連接電阻R1 接高電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換；
[0030] 1腳為數(shù)據(jù)接收輸出腳，4腳為數(shù)據(jù)發(fā)送輸入腳，1腳連接單片機UART接口的RX 腳，4腳連接單片機UART接口的TX腳，且4腳上拉連接電阻R2接高電平，使RS485通訊芯 片的DI處于閑置狀態(tài)，保證4腳能發(fā)送數(shù)據(jù)，同時1腳能接收數(shù)據(jù)；
[0031] 6腳和7腳連接信號輸入/輸出線。
[0032] 本發(fā)明還提供一種DMX控制系統(tǒng)，包括DMX控制器、DMX燈具和LED DMX驅(qū)動組；所 述DMX控制器，包括RS485通訊電路，所述RS485通訊電路包括RS485通訊芯片，所述RS485 通訊芯片采用8引腳S0IC封裝結(jié)構(gòu)，所述RS485通訊芯片中：
[0033] 8腳接電源，電源引腳接退耦電容C1 ;5腳接地；
[0034] 2腳為接收輸出使能腳，3腳為傳送輸入使能腳，2腳和3腳同時上拉連接電阻R1 接高電平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸方向的自動切換；
[0035] 1腳為數(shù)據(jù)接收輸出腳，4腳為數(shù)據(jù)發(fā)送輸入腳，1腳連接單片機UART接口的RX 腳，4腳連接單片機UART接口的TX腳，且4腳上拉連接電阻R2接高電平，使RS485通訊芯 片的DI處于閑置狀態(tài)，保證4腳能發(fā)送數(shù)據(jù)，同時1腳能接收數(shù)據(jù)；
[0036] 6腳和7腳連接信號輸入/輸出線。
[0037] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0038] 1、本發(fā)明能的RS485通訊電路根據(jù)總線狀態(tài)自動切換數(shù)據(jù)流方向，不需要軟件干 預(yù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎拖到y(tǒng)工作效率，節(jié)約了 CPU資源，同時降低了硬件成本。
[0039] 2、本發(fā)明的RS485通訊電路應(yīng)用在DMX控制器和DMX控制系統(tǒng)中，在發(fā)送數(shù)據(jù)時 無需額外延時，就能保證最后一個字節(jié)的完整發(fā)送，能有效提高軟件的效率和可靠性，降低 誤碼率。
[0040] 3、本發(fā)明的RS485通訊芯片與MCU的連接僅連根線，僅占用2個Ι/0ΡΙΝ，體積小， 成本低。
[0041] 4、本發(fā)明RS485通訊電路設(shè)置有全面的輸出保護(hù)電路，保證了電路的安全。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明一種RS485通訊電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0044] 實施例1 :RS485通訊電路實施例
[0045] 如圖1所示，本實施例一種RS485通訊電路，包括RS485通訊芯片MAX13487， MAX13487采用8引腳S0IC封裝結(jié)構(gòu)，所述RS485通訊芯片中：
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