控制数据传输设计要点及设计方案

1、1. 控制数据传输设计1.1 综述在监控系统中控制数据的传输接口采用RS-485标准，具有传输距离远、满足多机通讯要求、抗干扰性强、成本低廉等优点。RS-485接口为总线式布局的二线制接口，总线上可并接多个具有RS-485接口的控制设备（网络节点），使用极其方便。但因RS-485接口固有的特点，如果在数据传输系统设计中，对总线的节点数量、布线的拓扑结构处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，这在大量的监控工程实例中得到验证，例如经常会遇到下列现象：l 前端云台、镜头设备控制不稳定，时动时不动。l 前端云台、镜头设备控制不可靠，可动不可停。l 通信故障率高、工作失常。这些现象的发生，常常使系

2、统集成商大加困扰：测量线路皆通，怀疑前端或后端设备问题，反复更换设备，问题仍不能根本解决。既耽误工程时间、增加工程量，也影响工程质量和信誉。其实这些现象，大部分是由于对RS-485接口缺乏了解，在工程布线、设备连接设计不当造成。所以了解RS-485接口的特性，对于设计稳定、可靠的数据传输系统至关重要。通过设计合理的布线路由、选用适当设备等措施，将系统隐患消除在设计阶段；尽可能避免工程实施中出现相关问题，减少工程量，使工程保质保量的完成；同时可大大减少后期维护的难度和工作量，从而保证系统长期、可靠、稳定地运行。1.2 RS-485传输网络的特性1. 网络节点数RS-485传输总线的网络节点数与所

3、选RS-485芯片驱动能力和接收器的输入阻抗有关，理论值为64256。实际使用时，因线缆长度、线径、网络分布、传输速率不同，实际节点数均达不到理论值。通常推荐节点数按RS-485芯片最大值的70%选取，传输速率在12009600b/s之间选取，否则会使工作可靠性明显下降。2 节点与主干距离RS-485网络为总线式布局，理论上讲节点与主干之间距离（T头，也称分支线）越短越好，分支线过长，当传输距离远时，会使网络匹配失衡，造成信号反射，使通讯数据产生误码，从而使传输系统不稳定。一般来说，T头小于10m的节点采用T型分支连接对网络匹配并无太大影响，但对于节点间距非常小（小于1m，如LED模块组合屏）

4、应采用星型连接或通过RS-485分配器分成多条总线连接，若采用T型连接就不能正常工作。另外RS-485是一种半双工结构通信总线，大多用于一对多点的通信系统，因此监控主机（控制数据发送设备）应置于一端，不要置于中间而形成主干的T型分布。1.3 多个主控设备控制前端的要求在监控系统中，常常配有多个主控设备，如矩阵控制台、数字硬盘录像机（DVR）、系统副控等。当多个主控设备都要求对前端设备（云台、镜头等）控制时，因其为输出接口，故不能将控制线并接在一起，否则必会造成系统工作不稳定。该类型应用，需配备专用RS-485通讯控制器，1.4 传输系统的工程设计1. 监控系统数据传输网络设计RS-485传输网

5、络为总线式布局，而监控工程中监控动点根据需求确定，分布相对监控中心往往四面八方，要严格按照RS-485布线规范几乎不可能。这就是工程中常常采用星形或树形拓扑结构等按监控点自然走向方式布线的原因。按监控点自然走向方式布线（如图1.2-1）的优点是布线量少，成本低，工程量小，简单容易。缺点是不符合RS-485布线规范使网络匹配失衡，可能造成传输系统不稳定；且由于将所有数据线连接在一起，各个节点相互牵制，通常一个节点出现故障即会导致传输系统整体或局部的瘫痪，而且又难以判断。系统可靠性低，检修困难、可维护性差。另外因数据线直接连接到主控设备，当遇雷击等强电磁感应形成的瞬态高压冲击时，若保护不当，可能造

6、成主控设备损坏，而该类设备为监控系统核心设备，价格昂贵，如果损坏，整个监控系统可能崩溃，经济损失也较大。 图1.2-1如何既满足RS-485布线规范，使系统稳定可靠地运行，又保持按监控点自然走向方式布线的优点？这个问题可通过配置RS-485分配器（RS-485 Hub）来解决。该设备将主控设备过来的一路RS-485控制总线分为多路总线，分配的总线路数根据监控动点数量和布线结构确定。设计布线路由时，按监控点数量和发布方向，从监控中心布多条传输总线（如同星形结构），每条传输总线连接到RS-485分配器的一个分配端口，每条总线上可分支将附近监控动点连接起来（如同树形结构），布线结构如图1.2-2。采

7、用这种方案，将负载合理、均衡地分配到各个RS-485端口，可有效解决由于RS-485布线不规范造成的数据传输系统不稳定的情况，而且又保持了按监控点自然走向布线方式的成本低、工程量小、简单容易的特点。同时该设备接口具有良好的突波保护性能，可有效消除雷击等造成的破坏；同时该设备前端和后端通讯接口间采用耦合隔离（电源）、光电隔离（数据）技术，即避免了节点间共模电压造成的通讯器件的损坏，提高抗共模干扰的能力，又在前端被控设备和后端主控设备间形成一道坚固的防火墙；多个控制线接口相互独立，即使某条控制线上节点故障，也仅会影响该条控制线连接设备的控制，将故障限制在局部，不会造成传输系统的整体瘫痪，大大增强了

8、系统可靠性。而且该设备使用数量少，价格低，对系统整体成本几乎没有影响。图1.2-2对于大部分监控工程，选择12台RS-485分配器即可满足要求，若实际工程中监控动点过多、监控点发布过于散布或距离过长，可按图1.2-3将多个RS-485分配器级联使用。图1.2-32. 多个主控设备控制前端问题的解决方案在解决多个主控设备（矩阵、DVR、系统副控等）对前端设备（云台、镜头等）控制问题，需配置RS-485通讯控制器。该控制器有二组通讯接口，一组接主控设备，一组接前端被控设备。其中主控接口组包括1个主控接口，多个副控接口，主副控接口有控制优先级，控制发码时主控优先。即若主副控同时向被控设备发控制码，主

9、控将优先占用被控总线，副控发码将被禁止进入被控总线；若副控正在控制时，主控将强行占用被控总线，终止副控的控制操作。考虑到控制操作的连续性，主控发码后，还将持续占用被控总线一段时间（持续时间可设置）。主控设备控制完成后，副控方可恢复正常控制操作。多个副控接口为同等优先级，谁先发码，谁先控制。被控接口组为1个或多个（即带分配）RS-485控制线接口，可直接连接前端被控设备或连接到RS-485分配器，通过分配器接入被控总线。一般规模的监控工程中，按照以下三种方式配置即可满足系统要求。 配备1台无分配功能（仅有1路被控接口）的控制器，所有被控设备连接在被控设备接口上。系统连接如图1.2-4A，该种方式

10、适合于监控中心与监控点间距离小于300m、各监控点间距离小于10m,、监控动点数量5个的小型监控系统中。 配备1台配有控制总线分配功能（即包含多个被控总线接口）的控制器，被控设备按前述RS-485分配器方式连接在被控设备接口上，系统连接如图1.2-4B。 配备1台无分配功能（仅有1路被控接口）的控制器，再加上1台RS-485分配器，被控设备按前述RS-485分配器方式连接在分配器被控设备接口上，系统连接如图1.2-4C。、二种方式，适合于大部分的中型监控系统使用。图1.2-4A图1.2-4B图1.2-4C如果系统规模较大，可按图1.2-5将多个RS-485控制器和分配器级联使用，以扩展主控接口

11、和被控接口。图1.2-51.3 传输设备的选型及特点1RS-485分配器选用SYSTEK 485D-5（1路RS-485总线分成5路）或SYSTEK 485D-8（1路RS-485总线分成8路）SYSTEK 485D-5 SYSTEK 485D-8产品特性：l 传输距离远，双向传输可达2000米（9600 baud）以上 l RS-485接口抗雷击和ESD静电保护l RS485总线上可挂接64个控制设备l 硬件控制自动收发转换，零延时l 独特的RS-485总线故障隔离功能。当某路接口或所连接设备故障造成接收数据线变低时，会导致整个数据传输系统的瘫痪。本设备可将故障仅限于该路接口，不会影响其它接

12、口工作，可靠性大大提高。l SYSTEK 485D-8主机接口与控制接口间光电隔离，极大增强抗干扰能力且可有效保护后端设备（矩阵、DVR等）；标准U箱结构，方便机柜安装。l SYSTEK 485D-8配有收发指示灯动态显示各接口工作状态，便于数据通讯系统的工程调试及设备故障诊断。l 能有效的消除由于RS485布线不规范造成信号反射，使通讯可靠性降低的现象，方便工程布线。技术参数：型号SYSTEK485D-5SYSTEK485D-8数据传输速率（最大）256Kbps256Kbps电源DC12VAC220V功耗350mA10W隔离电压无5000Vrms工作温度-20 +80-20 +80工作湿度9

13、0(无冷凝)90(无冷凝)外形尺寸(LHD)722475mm 48348121mm重量0.25kg1.8kg2RS-485通讯控制器选用SYSTEK系列RS-485通讯控制器，有二种类型：SYSTEK 485M-1（1个被控设备接口）、SYSTEK 485M-4（4个被控设备接口）。SYSTEK 485M-1 SYSTEK 485M-4产品特性：l 传输距离远，双向传输可达2000米（9600 baud）以上 l RS-485接口抗雷击和ESD静电保护l RS485总线上可挂接64个控制设备l 硬件控制自动收发转换，零延时l 独特的RS-485总线故障隔离功能。当某路接口或所连接设备故障造成接

14、收数据线变低时，会导致整个数据传输系统的瘫痪。本设备可将故障仅限于该路接口，不会影响其它接口工作，可靠性大大提高。l SYSTEK 485M-4具有四路独立被控设备接口，能有效的消除由于RS-485 布线不规范造成信号反射，使通讯可靠性降低的现象，方便工程布线；标准U箱结构，便于机柜安装。l SYSTEK 485M-4主控设备接口组与被控设备接口组之间光电隔离极大增强抗干扰能力且可有效保护后端设备（矩阵、DVR等）。l SYSTEK 485D-8配有收发指示灯动态显示各接口工作状态，便于数据通讯系统的工程调试及设备故障诊断。技术参数：型号SYSTEK485D-5SYSTEK485D-8数据传输速率（最大）256Kbps256Kbps电源DC12VAC220V功耗350mA10W隔离电压无5000Vrms工作温度-20 +80-20 +80工作湿度90(无冷凝)90