一种RS485信号质量自评估方法及系统与流程

本发明涉及通信领域，具体涉及一种rs485信号质量自评估方法及系统。

背景技术：

1、rs485是一种串行通行标准，它定义了数据通信的物理层和电气特性。rs485接口可用于在多个设备之间进行点对点或多点通信。它使用差分信号传输方式，即在两根数据线上通过电压的正负变化来表示二进制数据。rs485接口广泛应用于工业控制系统、自动化设备、楼宇自控等领域，用于实现多个设备之间的可靠数据通信。在rs485接口的基础上，可以使用不同的协议(如modbus rtu、profibus等)来实现更高层次的数据传输和协议处理。rs485是嵌入式系统中一种常用的接口，在各个设备进行连接时一般采用总线型网络拓扑结构。

2、总线型网络拓扑结构(bus topology)是一种常见的计算机网络布局形式，其中所有计算机节点通过单一的共享传输介质连接。在总线型网络中，所有计算机节点共享同一个传输线，这条传输线通常称为总线。

3、总线型网络拓扑结构正好符合rs485接口的特性和应用场景。rs485接口允许多个设备通过相同的传输线(通常是双绞线)连接起来，形成一个总线。这个总线上可以有一个或多个主设备以及多个从设备。

4、在rs485总线中，所有设备共享同一个传输介质，也就是连接它们的双绞线。主设备可以通过总线上的数据线发送指令或数据，从设备则可以通过同样的总线接受并响应这些指令或数据。这种方式可以实现多个设备之间的双向通信和协同工作。

5、然而，尽管rs485总线具作为一种常用的通信接口标准，在工业自动化和数据采集领域广泛应用，并具有较高的可靠性和抗干扰能力，但是设备出现信号问题市面上仍然存在，主要与以下因素有关：1、不合适的安装和布线：若在安装和布线过程中忽略了rs485总线的规范要求，如电缆敷设不当、信号线杂乱等，就可能导致信号问题；2、设备质量问题：如果使用的设备质量不佳，例如接口芯片、驱动器或终端设备出现故障等，也会导致信号问题；3、外接干扰：在特殊环境下，如高电磁干扰场所或存在强电流线路附近，可能引入干扰，影响rs485总线的信号质量；4、通信速率设置错误：若通信设备之间的通信速率设置不匹配，可能引发数据传输错误或丢失；5、不合理的网络拓扑结构：如果网络拓扑结构设计不合理，如总线长度过长、分支过多或终端设置位置布局不当，也会增加信号问题的几率。

6、以上等等情况都会导致rs485总线上的部分设备无法正常通信，市面上常规方式是当部分设备无法通信时，就需要查找哪部分设备无法通信，再通过信号测量装置测量信号质量，确认是什么原因导致的无法通信后再加以改进，从而解决。

7、比如检查rs485总线上的终端电阻，通常需要进行以下步骤：1、确认终端电阻位置：首先，确定rs485总线的起始和终止节点位置。通常，在rs485总线的两端都需要安装终端电阻；2、断开电源：在检查终端电阻之前，务必断开rs485总线上的电源，以确保安全操作；3、检查终端电阻数值：使用万用表或电阻测量仪器，将其设定为适合终端电阻范围的测量档位(通常为欧姆档位)。然后，依次测量每个终端电阻的电阻值；4、比较标准值：根据rs485总线规范或设备制造商提供的信息，确认终端电阻的标准值。通常，rs485总线的终端电阻标准值为120欧姆，但具体数值可能因系统而异；5、检查电阻匹配：将测量到的终端电阻值与标准值进行比较。如果测量到的电阻值与标准值相差较大(例如，超过20％)，可能表示存在问题，需要进一步检查和修复。

8、类似以上终端电阻的检查，在查找出问题设备，测量信号质量耗时费力，且还得搬运测量设备非常不便利。

技术实现思路

1、本发明提供一种rs485信号质量自评估方法及系统，通过对rs485信号质量进行实时多维度的评估，获取信号质量实时图，能够快速定位rs485通信中出现的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种rs485信号质量自评估方法，包括以下步骤：

4、s1、将信号质量分析上位机和信号质量采集器设备挂载在rs485总线的前端和/或末端和/或中部；

5、s2、信号质量分析上位机与信号质量采集器设备通信，并通过信号质量采集器设备获取信号质量相关参数；

6、s3、信号质量分析上位机根据公式y＝funa(x)*funb(x)*func(x)实时评定信号质量的高低，其中，y为信号质量，x为原始信号，funa(x)为信噪比因素，funb(x)为信号变化因素，func(x)为信号压降因素。

7、作为上述方案的优选，信号质量相关参数包括电压值、信号幅值、信号上升时间/下降时间、延时。

8、作为上述方案的优选，信噪比因素funa(x)根据以下公式(1)计算：

9、

10、式中，snr表示信噪比；a表示信噪比合理值，为常数，取值范围在20-30之间；信号幅值表示rs485信号的幅值，即信号的最高电平与最低电平之间的电压差值；噪声幅值表示rs485信号中的噪声幅值，即信号中不相关部分的电压范围。

11、作为上述方案的优选，信号变化因素funb(x)根据以下公式(2)或(3)计算：

12、

13、

14、式中，b表示理想时间，可取5us；c表示容忍极限时间，可取20us。

15、作为上述方案的优选，信号压降因素func(x)根据以下公式(4)计算：

16、

17、式中，d表示容忍极限差分信号，可取200mv；e表示理想信号，可取2000mv。

18、作为上述方案的优选，还包括以下步骤：

19、s4、信号质量分析上位机通过实时电压值，绘制rs485的a，b信号；

20、s5、实时监控插拔rs485终端设备时对rs485总线影响；

21、s6、在出现异常情况下，知道异常发生时刻，根据其发生时间的质量参数分析确定异常原因；未知发生时刻情况，根据质量参数变化情况确定异常原因。

22、一种rs485信号质量自评估系统，包括一个rs485上位机、若干个rs485终端，通过rs485总线连接在一起；还包括信号质量采集模块和信号质量分析模块，挂载在rs485总线的前端和/或末端和/或中部；信号质量采集模块用于通过将rs485信号引入到嵌入式adc接口，通过adc接口对rs485信号进行实时采样，同时实时处理并记录采样数据，并将数据通过封装成特定格式发送到信号质量分析模块；信号质量分析模块用于根据信号质量采集模块的数据进行多维度的算法处理，并给出实时的数据信号评估结果。

23、作为上述方案的优选，所述信号质量采集模块采用信号质量采集器终端，信号质量分析模块采用信号质量分析上位机，两者通过uart连接。

24、作为上述方案的优选，所述信号质量采集器终端集成有一路rs485收发电路、单片机、rs485通信口ab信号线，rs485通信口ab信号线能够通过分压降低到单片机可采样的电压范围，并接入到单片机的io口，单片机通过rs485收发电路确定信号高低跳变的发生沿，确定信号沿的adc变换期以及数据稳定期，并通过嵌入式adc接口进行信号质量相关参数的数据采集。

25、作为上述方案的优选，所述信号质量采集模块集成在信号质量分析模块内部。

26、由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

27、本技术无需信号测量设备即可快速查找在rs485总线型网络拓扑结构通信中，因rs485信号质量导致的无法通信问题的原因；快速查找出导致rs485信号质量变差的设备；快速判断rs485信号质量差的原因；且在设备运行过程中，实施监控信号质量，有利于维护人员做的预判性的操作。