一种抗干扰的RS485通信实用电路的制作方法

一种抗干扰的rs485通信实用电路
技术领域
1.本实用新型涉及通信领域，尤其涉及一种抗干扰的rs485通信实用电路。

背景技术：

2.目前的串行通信技术，广泛应用于工业控制、仪器仪表以及电力通信等需要进行较远距离数据交换的领域中。本设计采用max485是用于rs485通信的低功耗收发器,该器件本身包含了一个驱动器和一个接收器，采用半双工通讯方式，可将rs485电平与ttl的电平相互转换；驱动器具有短路电流限制，并可通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态；接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出；具有较高的抗干扰性能。
3.近三十多年以来，工业控制技术的不断发展和计算机网络通信技术日益广泛的应用，急需一种总线通信技术能够适合远距离的数字通信。与传统的通信电路相比，rs485通信电路的接口电平更低，不易损坏电路的芯片，且该电平与ttl电容兼容，可方便与ttl电路连接。rs485工业总线标准能够有效支持多个分节点和通信距离远，并且对于信息的接收灵敏度高等特性。在工业通信网络中，rs485总线一般主要用于与外部各种工业设备进行信息传输和数据交换，所具备的对于噪声的有效抑制能力、高效的数据传输速率和良好的数据传输的可靠性能以及可扩展的通信电缆长度是其它的工业通信标准所无法比拟的。因此rs485总线在工业控制领域、交通的自动化控制领域和现场总线通信网络等诸多领域得到了广泛的应用。
4.但是现有技术中，这类的通信技术存在抗干扰能力差，导致信号传输过程中频繁发生问题。

技术实现要素：

5.为解决上述问题，本技术方案提供一种抗干扰的rs485通信实用电路，基于max485芯片为核心，提出了一种具有较强的抗干扰能力rs485通信电路。可将rs485电平与ttl电平之间的相互转换，实现与外部各种工业设备进行信息传输和数据交换。
6.为实现上述目的，本技术方案如下：
7.一种抗干扰的rs485通信实用电路，包括；
8.保护单元，用于接收rs485的信号，并减少输出短路、静电和浪涌的干扰源；
9.主控单元，与所述保护单元连接，用于接收所述保护单元的信号；
10.电平转换单元，与所述主控单元连接，将所述主控单元所接收的信号进行电平转换；
11.滤波单元，设置在所述主控单元与保护单元之间，用于对信号进行滤波；
12.数据收发单元，与所述主控单元连接，用于对信号进行缓冲隔离，进而确保所接收数据的可靠性。
13.在一些实施例中，所述保护单元包括；
14.tvs二极管d1以及与所述tvs二极管d1连接的tvs二极管d2，两者的公共端接地，两者另一端连接有电阻r9，所述tvs二极管d1依次通过磁珠em1以及电阻r6与所述主控单元连接，所述tvs二极管d2依次通过磁珠em2以及电阻r7与所述主控单元连接。
15.在一些实施例中，所述滤波单元包括；
16.设置在所述电阻r6和电阻r7之间的电容c5；
17.在所述电阻r6和电阻r7之间还依次设有电容c4以及电容c6，所述电容c4和电容c6的公共端接地；
18.所述主控单元的信号接收端分别通过电容c3接地，以及通过电容c8与输入电压连接。
19.在一些实施例中，所述电平转换单元包括；
20.与所述主控单元信号接收端连接的电阻r5，所述电阻r5还接地；
21.与所述主控单元信号接收端另一端连接的电阻r8，所述电阻r8还与所述输入电压连接。
22.在一些实施例中，所述数据收发单元包括；
23.与所述主控单元第一信号输出端连接的电阻r3，所述电阻r3还接地；
24.与所述主控单元第二信号输出端连接的电阻r4，所述电阻r4还接地；
25.与所述主控单元第三信号输出端连接的电阻r1，所述电阻r1与所述输入电压连接，所述电阻r1还连接有电阻r2，所述电阻r2还连接有处理单元，并通过所述处理单元进行信号输出。
26.本技术有益效果为：
27.该电路结构简单，减少了元器件的使用，降低了误码率，提高了抗干扰能力，同时能够对电路进行保护，在提高了产品的可靠运行的同时，减少了器件的成本，为企业赢得效益，适用于各种远距离通信且需要高速数据传输的工业应用场合。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
29.图1是本实用新型实施例的原理图结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.请参照图1所示，一种抗干扰的rs485通信实用电路，包括；保护单元，用于接收rs485的信号，并减少输出短路、静电和浪涌的干扰源；主控单元，与所述保护单元连接，用于接收所述保护单元的信号；电平转换单元，与所述主控单元连接，将所述主控单元所接收的信号进行电平转换；滤波单元，设置在所述主控单元与保护单元之间，用于对信号进行滤波；数据收发单元，与所述主控单元连接，用于对信号进行缓冲隔离，进而确保所接收数据的可靠性。
32.一种抗干扰的rs485通信实用电路，包括保护单元、滤波单元、电平转换单元和数据收发单元；所述保护单元是通过输出端串联保护电阻和tvs稳压管用以减小输出短路、静电和浪涌等干扰源对rs485通信电路器件的损坏，还可以减小在多机通信方式下，单一节点出现故障对整个系统通信的影响；所述滤波单元是通过电路的阻抗匹配和rc滤波用以减小现场干扰源对rs485通信传输信号的干扰；所述电平转换单元是通过re485通信芯片用以对rs485电平与ttl电平的转换；所述数据收发单元是通过单片机控制rs485通信芯片的数据收发使能端并控制单片机uart串口通信控制数据的收发，在单片机的数据接收端与rs485通信芯片的接收端之间串联接入施密特触发反相器对信号进行缓冲隔离，进而确保所接收数据的可靠性。
33.在本实施例中，所述保护单元包括；tvs二极管d1以及与所述tvs二极管d1连接的tvs二极管d2，两者的公共端接地，两者另一端连接有电阻r9，所述tvs二极管d1依次通过磁珠em1以及电阻r6与所述主控单元连接，所述tvs二极管d2依次通过磁珠em2以及电阻r7与所述主控单元连接。
34.在本实施例中，所述滤波单元包括；设置在所述电阻r6和电阻r7之间的电容c5；在所述电阻r6和电阻r7之间还依次设有电容c4以及电容c6，所述电容c4和电容c6的公共端接地；所述主控单元的信号接收端分别通过电容c3接地，以及通过电容c8与输入电压连接。
35.在本实施例中，所述电平转换单元包括；与所述主控单元信号接收端连接的电阻r5，所述电阻r5还接地；与所述主控单元信号接收端另一端连接的电阻r8，所述电阻r8还与所述输入电压连接。
36.在本实施例中，所述数据收发单元包括；与所述主控单元第一信号输出端连接的电阻r3，所述电阻r3还接地；与所述主控单元第二信号输出端连接的电阻r4，所述电阻r4还接地；与所述主控单元第三信号输出端连接的电阻r1，所述电阻r1与所述输入电压连接，所述电阻r1还连接有电阻r2，所述电阻r2还连接有处理单元，并通过所述处理单元进行信号输出。
37.下面结合图1进行说明，如图1所示，max485芯片(u1)的结构和引脚都非常简单，内部含有一个驱动器和接收器。max485芯片(u1)的1脚(ro)是接收器输出端；max485芯片(u1)的2脚是接收器输出使能端，低电平有效；max485芯片(u1)的3脚(de)是驱动器输入使能端，高电平有效；max485芯片(u1)的4脚(di)为接收器输入端；max485芯片(u1)的5脚(gnd)是芯片的电源地；max485芯片(u1)的6脚(a)是同相接收器输入端和同相驱动器输出端；max485芯片(u1)的7脚(b)是反相接收器输入端和反相驱动器输出端；max485芯片(u1)的8脚(vcc)是芯片的电源端。max485芯片与单片机连接时只需将max485芯片的ro和di端分别与单片机的rxd和txd相连即可；由于max485芯片工作在半双工状态且为低电平时max485芯片处于接收状态，de为高电平时max485芯片处于发送状态，所以只需要用单片机的一个i/o口来控制max485芯片的和de即可；当为低电平时，max485芯片处于接收状态(接收器)；差分信号电压a-b≤200mv，ro输出逻辑电平“1”；a-b≥200mv，ro输出逻辑电平“0”；|a-b|＜200mv，ro输出逻辑电平不确定；当为高电平时，ro呈高阻状态；当de为高电平时，max485芯片处于发送状态(驱动器)；当di为低电平，则a输出低电平,b输出高电平；当di为高电平时，a输出高电平，b输出低电平；当de为低电平时，a和b都呈高阻状态。
38.如图1所示，是本实用新型rs485通信电路的基本结构及具体应用电路。
39.rs485通信电路，采用半双工的通信方式，分为接收和发送两种模式。当mcu_en为低电平时，即re为低电平接收有效(de为低电平发送无效)，电路处于接收模式，rs485差分输入信号(485-b和485-a)首先经过并联在输入信号两端(485-b和485-a)和gnd之间的tvs二极管(d1和d2)对max485芯片(u1)的接收器输入端(b和a)进行限幅保护且可以吸收浪涌和静电能量对芯片的损坏；然后输入信号通过串联的磁珠(em1和em2)吸收rs485电平信号的干扰；其中并联在输入信号两端(485-b和485-a)的电阻(r9)为匹配电阻，用于和rs485通信双绞线进行阻抗匹配，减少线路上传输信号的反射衰减；其中串联在max485芯片(u1)的接收器输入端(b和a)的电阻(r6和r7)为保护电阻，当max485芯片(u1)被击穿输出短路时，电阻(r6和r7)有限流保护作用，同时还可以防止本机硬件故障对整个总线通信的影响；其中并联在max485芯片(u1)的接收器输入两端(b和a)之间的电容(c5)为差模滤波电容，对rs485电平信号的差模干扰进行滤除；其中分别并联在max485芯片(u1)的接收器输入端(b和a)和gnd之间的电容(c4和c6)为共模滤波电容，对rs485电平信号的共模干扰进行滤除；rs485差分输入信号在经过保护及滤波电路后接入max485芯片(u1)的接收器输入端(b和a)，然后由max485芯片(u1)将rs485电平转化为单片机通信多需的ttl逻辑电平，最后由max485芯片(u1)的接收器输出端(ro)将数据传输给单片机uart通信串口的接收端(mcu_rx)；为确保所接收数据的准确性及增强电路的抗干扰能力，在max485芯片(u1)的接收器输出端(ro)和单片机通信串口的接收端(mcu_rx)之间加入了滤波电路；其中电阻(r1)为上拉电阻，用于确保接收端(ro)的初始电平状态；其中电阻(r2)与电容(c2)构成rc滤波子单元，用于对接收数据的滤波；其中由2个施密特触发反相器(74hc14d)串联构成的同相驱动器(u2b和u3c)，可将输入信号进行缓冲隔离使缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号，增强电路的抗干扰能力并确保所接收数据的准确性。
40.当mcu_en为高电平时，即de为高电平发送有效(为高电平接收无效)，电路处于发送模式，单片机通过uart串口的发送端(mcu_tx)给max485芯片(u1)的接收器输入端(di)发送ttl逻辑电平，然后由max485芯片(u1)将ttl电平转化为rs485电平并通过max485芯片(u1)的驱动器输出端(b和a)进行数据的传输；其中电阻(r3和r4)为下拉电阻，下拉电阻(r3)用于防止多机同时上电复位不同步造成的总线死机问题的出现，下拉电阻(r4)用于确保发送端(di)的初始电平状态；其中电阻(r5)与电容(c3)构成下拉滤波子单元，电阻(r8)与电容(c8)构成上拉滤波子单元，对max485芯片(u1)的驱动器输出端(b和a)的下拉电阻(r5)和上拉电阻(r8)是用于确保max485芯片(u1)的驱动器输出端(b和a)的初始电平状态，防止通信帧的起始信号不定引起的通信不正常或传输数据错误问题的出现。
41.如图1所示tvs(d1和d2)型号选用的是smbj6.0ca的贴片tvs,该处tvs具有体积小、响应速度快和吸收浪涌能力强等特点，能有效的保护线路中的精密元器件，也可以有效的对雷电、负载开关、静电等引起的过电压冲击起保护作用。如图1所示的电阻(r9)选用的是阻值为120r的贴片电阻，该处电阻为匹配电阻，电阻阻值选用120r是因为rs485通信所用的双绞线特性阻抗为120r左右，其主要作用是为了减少线路上传输信号的反射，抑制长线传输反射波带来的干扰。如图1所示的电阻(r6和r7)选用的是阻值为10r，该处电阻为保护电阻，其主要作用是为了限流保护，同时防止在本机的rs485芯片被击穿短路时影响整个总线其它分机的通信，该处电阻阻值不宜选用太大，阻值选用过大会造成整个通信电路的阻抗
不匹配，产生反射波干扰影响通信质量。
42.以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本技术相同或近似的，均在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种抗干扰的rs485通信实用电路，其特征在于，包括；保护单元，用于接收rs485的信号，并减少输出短路、静电和浪涌的干扰源；主控单元，与所述保护单元连接，用于接收所述保护单元的信号；电平转换单元，与所述主控单元连接，将所述主控单元所接收的信号进行电平转换；滤波单元，设置在所述主控单元与保护单元之间，用于对信号进行滤波；数据收发单元，与所述主控单元连接，用于对信号进行缓冲隔离，进而确保所接收数据的可靠性。2.根据权利要求1所述的一种抗干扰的rs485通信实用电路，其特征在于：所述保护单元包括；tvs二极管d1以及与所述tvs二极管d1连接的tvs二极管d2，两者的公共端接地，两者另一端连接有电阻r9，所述tvs二极管d1依次通过磁珠em1以及电阻r6与所述主控单元连接，所述tvs二极管d2依次通过磁珠em2以及电阻r7与所述主控单元连接。3.根据权利要求2所述的一种抗干扰的rs485通信实用电路，其特征在于：所述滤波单元包括；设置在所述电阻r6和电阻r7之间的电容c5；在所述电阻r6和电阻r7之间还依次设有电容c4以及电容c6，所述电容c4和电容c6的公共端接地；所述主控单元的信号接收端分别通过电容c3接地，以及通过电容c8与输入电压连接。4.根据权利要求3所述的一种抗干扰的rs485通信实用电路，其特征在于：所述电平转换单元包括；与所述主控单元信号接收端连接的电阻r5，所述电阻r5还接地；与所述主控单元信号接收端另一端连接的电阻r8，所述电阻r8还与所述输入电压连接。5.根据权利要求4所述的一种抗干扰的rs485通信实用电路，其特征在于：所述数据收发单元包括；与所述主控单元第一信号输出端连接的电阻r3，所述电阻r3还接地；与所述主控单元第二信号输出端连接的电阻r4，所述电阻r4还接地；与所述主控单元第三信号输出端连接的电阻r1，所述电阻r1与所述输入电压连接，所述电阻r1还连接有电阻r2，所述电阻r2还连接有处理单元，并通过所述处理单元进行信号输出。

技术总结

一种抗干扰的RS485通信实用电路，包括；保护单元，用于接收RS485的信号，并减少输出短路、静电和浪涌的干扰源；主控单元，与所述保护单元连接，用于接收所述保护单元的信号；电平转换单元，与所述主控单元连接，将所述主控单元所接收的信号进行电平转换；滤波单元，设置在所述主控单元与保护单元之间，用于对信号进行滤波；数据收发单元，与所述主控单元连接，用于对信号进行缓冲隔离，进而确保所接收数据的可靠性，该电路结构简单，减少了元器件的使用，降低了误码率，提高了抗干扰能力，同时能够对电路进行保护，在提高了产品的可靠运行的同时，减少了器件的成本，为企业赢得效益，适用于各种远距离通信且需要高速数据传输的工业应用场合。用场合。用场合。

技术研发人员：

黄骏 甘树龙 秦伟

受保护的技术使用者：

万维电气（惠州）有限公司

技术研发日：

2022.12.05

技术公布日：

2023/2/28