校園一卡通系統(tǒng)中通信故障的分析與探討

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年12月11日

    摘要：本文對校園一卡通系統(tǒng)中的通信架構(gòu)作了分析,對校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布線的實(shí)施提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒,對于潛在故障提出了可行的解決方法。

    1、引言

    “校園一卡通”的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，已由最早的活躍在食堂的售飯系統(tǒng)發(fā)展成為集個人證件、住宿管理、餐飲消費(fèi)、學(xué)籍考試、圖書借閱、購物消費(fèi)、體育健身、醫(yī)療服務(wù)等功能于一體的綜合性消費(fèi)與管理系統(tǒng)，它已成為整個校園網(wǎng)信息系統(tǒng)的重要組成部分。在此系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)通信的暢通對于保證“校園一卡通”系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，起著非常重要的作用。本人在此領(lǐng)域做了一些探索和總結(jié)，愿與大家探討。

    2．“校園一卡通”系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

    “校園一卡通”系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般分為兩層。第一層為以數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為中心的局域網(wǎng)的分布式結(jié)構(gòu)， 目前常用百兆或千兆以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。第二層為以第一層局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)工作站作為控制主機(jī)的RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該層網(wǎng)絡(luò)控制各個校園卡收費(fèi)終端，是一種單片機(jī)系統(tǒng)的一機(jī)對多機(jī)的串行實(shí)時通信，如圖1所示。“校園一卡通”系統(tǒng)第一層一般采用服務(wù)器／客戶機(jī)模式，系統(tǒng)可根據(jù)校園業(yè)務(wù)的發(fā)展而增加網(wǎng)絡(luò)工作站，來源一卡通世界。每個工作站可以完成一項(xiàng)子系統(tǒng)功能，如售飯系統(tǒng)、洗浴系統(tǒng)等。第二層是各子系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)工作站與該子系統(tǒng)終端機(jī)間的通信，網(wǎng)絡(luò)工作站計算機(jī)內(nèi)裝、或外連子系統(tǒng)主控器，該主控器是一個單片機(jī)系統(tǒng)，由它作為系統(tǒng)主機(jī)與系統(tǒng)中各終端機(jī)通信，形成單片機(jī)的多機(jī)通信。子系統(tǒng)終端機(jī)通信個數(shù)，具有良好的可擴(kuò)展性，通常子系統(tǒng)主控器會有4路RS一485通信口，每路能帶32臺終端機(jī)。這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)除了能夠容易實(shí)現(xiàn)校園卡集中管理，子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行以外，還較容易實(shí)現(xiàn)多校區(qū)互通、分區(qū)結(jié)算。

    3. “校園一卡通”系統(tǒng)中常見的通信故障

    “校園一卡通”系統(tǒng)第一層是典型的以太網(wǎng)構(gòu)架，很多院校是將其納入校園網(wǎng)通信中的。以太網(wǎng)的通信采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各建筑樓群間敷設(shè)光纖，建筑物內(nèi)敷設(shè)超五類雙絞線，整個網(wǎng)絡(luò)采用結(jié)構(gòu)化綜合布線。布線相對完善，各通信站點(diǎn)相互獨(dú)立，故障較少。該層主要提供“校園一卡通”各子系統(tǒng)間的信息共享，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性要求不高，本文不做探討。

    作為“校園一卡通”系統(tǒng)第二層的RS-485通信網(wǎng)，是一種造價低廉、容易組網(wǎng)的總線式串行通信模式，它只需一對雙絞線就可以接駁32臺終端機(jī)(如售飯P0S、用水P0S、門禁控制器等)，最大傳輸距離約為1200米，最大傳輸速率為10Mb／s，傳輸線成本低，應(yīng)用十分方便。這種RS一485通信網(wǎng)被廣泛應(yīng)用在“校園一卡通’啄統(tǒng)的各類終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳遞，成為該領(lǐng)域的信息“大動脈”。來源一卡通世界。然而，這種通信網(wǎng)也有其薄弱環(huán)節(jié)，對于大范圍的布線，負(fù)載的種類、數(shù)量較多時表現(xiàn)的不十分可靠，會造成系統(tǒng)時好時壞，影響正常使用。當(dāng)前各個院校的學(xué)生人數(shù)都在增加，食堂、浴室、公寓、圖書館等都在擴(kuò)建，原有的系統(tǒng)要擴(kuò)充終端機(jī)，新的功能子系統(tǒng)要集成進(jìn)來，通信線路要增添延續(xù)，這就使實(shí)際使用中的“校園一卡通”系統(tǒng)要面臨許多問題。如何使“校園一卡通”系統(tǒng)在發(fā)展中繼續(xù)穩(wěn)定可靠，我們在技術(shù)上需要做好一些細(xì)節(jié)工作。

    4．解決策略

    4．1 RS4855通信網(wǎng)的布線及終端匹配的合理設(shè)計

    RS485通信采用差分信號負(fù)邏輯，+2v～+6V表示“O”，一6v～一2V表示“1”?？刹捎脙删€制接線方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎每偩€型結(jié)構(gòu)，最長傳輸距離能達(dá)到1200米。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)注意處理好如下問題：

    1)線到每個分支節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短。過長的總線引出線，在短距離、低速率可能正常工作，但隨著通信距離的延長或通信速率的提高，其不良影響會越來越嚴(yán)重，主要原因是信號在各支路末端、在特性阻抗不連續(xù)點(diǎn)反射，反射信號與原信號疊加，波形畸變，會造成信號質(zhì)量下降。
    2)總線的各區(qū)段采用相同型號的電纜。由于不同型號電纜的電氣參數(shù)不同，連接在一起使用，極易造成信號傳輸?shù)姆瓷浼半s波噪聲的產(chǎn)生。我們的線路施工既要延續(xù)從前的，又要考慮到將來可能還要擴(kuò)充。
    3)終端機(jī)在總線上的布局要均勻 這樣可以保證總線特性阻抗較好的連續(xù)性。
    4)要注意終端負(fù)載電阻問題。在終端機(jī)少、距離較短的情況下，不加終端負(fù)載電阻，整個網(wǎng)絡(luò)也能很好的工作，但隨著距離的增加性能將降低。根據(jù)實(shí)際的信號測試情況(許多廠家的終端POS機(jī)都具有通信測試功能)，決定在總線電纜的開始和末端并接終端電阻。大多數(shù)雙絞線電纜特性阻抗大約在100～120 Ω，終端電阻取120Ω即可。

    4．2 RS485通信網(wǎng)的抗干擾措施

    (1)消除干擾源：目前“校園一卡通”系統(tǒng)中的終端機(jī)RS485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12v，因此RS485通信網(wǎng)絡(luò)線路上應(yīng)避免低于-7V、高于+I2V共模電壓的存在，以保證通信的穩(wěn)定可靠、終端機(jī)RS-485收發(fā)器芯片不被損壞。如，遠(yuǎn)離大功率電氣設(shè)備、避免和電源線路并行等。
    (2)加裝抗雷擊電路：夏天雷雨季節(jié)，雷電頻繁，RS一485通信網(wǎng)絡(luò)總線上大都帶有許多終端機(jī)，一旦局部遭受雷擊，就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的多個終端機(jī)Rs一485收發(fā)器芯片(75LS174、75LS175等)損壞，造成“校園一卡通”系統(tǒng)大面積癱瘓。可以采用TED一485防雷管為基礎(chǔ)，構(gòu)建防雷擊電路。
    (3)屏蔽接地處理：對于RS-485網(wǎng)絡(luò)來講，盡管是差分傳輸，一條由線路屏蔽層擔(dān)當(dāng)?shù)牡妥栊盘柕鼐€還是必不可少的。這樣可以為RS-485驅(qū)動器輸出信號的共模部分提供返回通路，避免向外輻射電磁波，也可將外界的共模干擾電壓在此結(jié)構(gòu)電路中短路。具體做法為：將屏蔽層與通信芯片的工作地連接起來，再將線路的屏蔽層做系統(tǒng)接大地處理。

    5．結(jié)語

    本人參與處理多起“校園一卡通”系統(tǒng)通信故障，此類故障直接導(dǎo)致系統(tǒng)局部不正常甚至大面積網(wǎng)絡(luò)癱瘓，影響眾多終端機(jī)不能正常交易，因此解決好通信線路設(shè)計和實(shí)施的技術(shù)細(xì)節(jié)，對于“校園一卡通”系統(tǒng)應(yīng)用良性發(fā)展有著非常積極的意義。

    參考文獻(xiàn)：
    [1]許綱理．校園一卡通系統(tǒng)集成技術(shù)與應(yīng)用Ⅱ]．河南科技大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2004，(4)：58-62．
    [2]邢玉生．基于單片機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)Ⅱ]． 現(xiàn)代電子技術(shù)，2002，(6)：31—33．
    [3]虞日躍，沈洪源．RS485總線的理論與實(shí)踐Ⅱ]． 電子技術(shù)應(yīng)用．2001。(11)：55—57．

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