RS-485总线的智能家居系统架构

RS-485总线是一种多发送器和多接收器的电路标准，该标准只对传输电平、速率等做了规定，没有规定传输协议。发送器和接收器之间的通信协议需要开发者自行设计。其特点是成本低、技术成熟、结构简单、可靠性高且抗干扰能力强。

1.家电控制模块

现代家庭中主要使用的电器的共同特点是继电器控制。在家电的控制板上将功能继电器相应的控制线与模块MCU连接，通过RS-485总线接口就可以方便地使用该系统进行控制。

使用7 bit输入/输出的达林顿管芯片MC1413驱动继电器，来控制相关的开关量。如对空调来说，温度控制、风向控制等是按键的开关量，都可以由继电器来完成相应的控制。考虑到要嵌入家电中，控制节点尽量做得精小，而且没有复杂的控制对象，故选用AT89C2051单片机作为控制器。 RS-485通信接口使用MAX1487芯片，允许挂接125个家电，采用半双工通信方式，通信速率为2.5Mbit/s。家电控制通信只是进行控制命令和家电状态信息的传输，数据量很小。该芯片通信速率能够满足要求。

2.安防监控模块

安防系统由烟雾传感部分、煤气传感部分、实时监控部分等组成，实现了防火、防煤气中毒、防盜监控等功能。这些组成部分由烟雾传感器和煤气传感器等组成，结合A-D转换芯片传输信息。

实时监控部分采用Ovinmin公司生产的OV7141图像采集芯片。OV7141是高度集成的摄像芯片，支持多种格式： 内设串行控制总线（ Serial Camera Control Bus，SCCB）接口，提供简单控制方式，可以对OV7141芯片内部所有寄存器值进行修改。OV7141包含有8bit数据、同步信号，这些信号需要送给CPU以读取图像数据和保证同步。

由于数据的传输速度受到串口速度的限制，因此必须提高串口波特率。根据系统特点，在使用串口传输方式3时，波特率可变，可以根据传输效果实时改变。

系统采用了RS-485总线通信方式。 通信中采用“轮询制”，中继器作为主设备不断向下发送设备请求应答帧，而接入的从设备不能主动发送数据。任何时刻，总线只处于一种方式，即接收数据或发送数据。系统初始化一旦完成，总线即被置为接收状态，当从设备接收完主设备发来的消息后，立即通过软件将总线置为发送状态，待从设备发送完一帧数据后，又立即转为接收状态，等待主设备的请求帧。如果发来的请求帧中，设备ID地址和自身ID地址一致，接收设备就检查这个帧是否正确。

系统采用嵌入式控制芯片做控制单元，通用RS-485总线组成传输网络，实现了低成本、长距离传输，可满足一般家庭的远程控制家电需求，具有较高的经济性和实用性。

RS-485布线规范如下：

1） 485信号线不可以和电源线一起走线。在实际施工中，由于走线都是通过管线，施工方有时为了省事，直接将485信号线和电源线绑在一起，由于强电具有强烈的电磁信号对弱电进行干扰，从而导致485信号不稳定，导致通信不稳定。

2） 485信号线可以使用屏蔽线进行布线，也可以使用非屏蔽线进行布线。由于485信号是利用差模传输的，即由485+与485-的电压差来作为信号传输。如果外部有一个干扰源对其进行干扰，使用双绞线进行485信号传输时，由于其双绞，干扰对于485+和485-的干扰效果都是一样的，那电压差依然是不变的，对于485信号的干扰缩到了最小。同样的道理，如果有屏蔽线起到屏蔽作用，那么外部干扰源对于其的干扰影响也可以尽可能地缩小。

3）选择使用普通的超五类屏蔽双绞线即网线就可以。由于原材料价格上涨，导致现在市场上的线材良莠不齐，有不良商人利用某种合金来代替铜丝做网线，在外面镀铜以蒙骗客户。具体区别方法：看网线截面，如果是铜色，则就是铜丝;如果是白色，则是用合金以次充好。合金一般比较脆，容易断，而且导电性远不如铜丝，很容易在工程施工中造成问题。线材一般建议选择标准的485线，其为屏蔽双绞线，传输线不是像网线那样为单股的铜丝，而是多股铜丝绞在一起形成一根线，这样即使某根小铜丝断掉，也不会影响整根线的使用。

4） 485布线借助485集线器和485中继器可以任意布设成星形接线与树形接线。485布线规范是必须要“手牵手”的布线，一旦没有借助485集线器和485中继器直接布设成星形连接和树形连接，很容易造成信号反射，导致总线不稳定。很多施工方在485布线过程中，用了星形接线和树形接线，有的时候整个系统非常稳定，但是有的时候总是出现问题，又很难查找原因，一般都是由于不规范布线所引起的。

5） 485总线必须要接地。在很多技术文档中，都提到485总线必须要接地，但是没有详细地提出如何接地。严格采讲，485总线必须要单点可靠接地。单点就是整个485总线上只能有一个点接地，不能多点接地，因为将其接地是要使地线（一般都是屏蔽线作地线）上的电压保持一致，防止共模干扰。如果多点接地则会适得其反。可靠接地时，整个485线路的地线必须要有良好的接触，从而保证电压一致，因为在实际施工中，为了接线方便，将线剪多段再连接，但是没有将屏蔽线进行良好的连接，从而使得其地线分成了多段，使得电压不能保持一致，导致共模干扰。

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