校園一卡通系統中通信故障的分析與探討

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者： 人氣： 發表時間：2011年12月11日

    摘要：本文對校園一卡通系統中的通信架構作了分析,對校園一卡通系統的網絡布線的實施提供了經驗借鑒,對于潛在故障提出了可行的解決方法。

    1、引言

    “校園一卡通”的應用領域越來越廣泛，已由最早的活躍在食堂的售飯系統發展成為集個人證件、住宿管理、餐飲消費、學籍考試、圖書借閱、購物消費、體育健身、醫療服務等功能于一體的綜合性消費與管理系統，它已成為整個校園網信息系統的重要組成部分。在此系統中，網絡通信的暢通對于保證“校園一卡通”系統的可靠穩定運行，起著非常重要的作用。本人在此領域做了一些探索和總結，愿與大家探討。

    2．“校園一卡通”系統的網絡架構

    “校園一卡通”系統的網絡結構一般分為兩層。第一層為以數據庫服務器為中心的局域網的分布式結構， 目前常用百兆或千兆以太網實現。第二層為以第一層局域網的網絡工作站作為控制主機的RS-485通訊網絡結構，該層網絡控制各個校園卡收費終端，是一種單片機系統的一機對多機的串行實時通信，如圖1所示。“校園一卡通”系統第一層一般采用服務器／客戶機模式，系統可根據校園業務的發展而增加網絡工作站，來源一卡通世界。每個工作站可以完成一項子系統功能，如售飯系統、洗浴系統等。第二層是各子系統中網絡工作站與該子系統終端機間的通信，網絡工作站計算機內裝、或外連子系統主控器，該主控器是一個單片機系統，由它作為系統主機與系統中各終端機通信，形成單片機的多機通信。子系統終端機通信個數，具有良好的可擴展性，通常子系統主控器會有4路RS一485通信口，每路能帶32臺終端機。這樣的網絡架構除了能夠容易實現校園卡集中管理，子系統獨立運行以外，還較容易實現多校區互通、分區結算。

 

    3. “校園一卡通”系統中常見的通信故障

    “校園一卡通”系統第一層是典型的以太網構架，很多院校是將其納入校園網通信中的。以太網的通信采用星形拓撲結構，各建筑樓群間敷設光纖，建筑物內敷設超五類雙絞線，整個網絡采用結構化綜合布線。布線相對完善，各通信站點相互獨立，故障較少。該層主要提供“校園一卡通”各子系統間的信息共享，對數據傳輸的實時性要求不高，本文不做探討。

    作為“校園一卡通”系統第二層的RS-485通信網，是一種造價低廉、容易組網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(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，應用十分方便。這種RS一485通信網被廣泛應用在“校園一卡通’啄統的各類終端設備間的數據傳遞，成為該領域的信息“大動脈”。來源一卡通世界。然而，這種通信網也有其薄弱環節，對于大范圍的布線，負載的種類、數量較多時表現的不十分可靠，會造成系統時好時壞，影響正常使用。當前各個院校的學生人數都在增加，食堂、浴室、公寓、圖書館等都在擴建，原有的系統要擴充終端機，新的功能子系統要集成進來，通信線路要增添延續，這就使實際使用中的“校園一卡通”系統要面臨許多問題。如何使“校園一卡通”系統在發展中繼續穩定可靠，我們在技術上需要做好一些細節工作。

    4．解決策略

    4．1 RS4855通信網的布線及終端匹配的合理設計

    RS485通信采用差分信號負邏輯，+2v～+6V表示“O”，一6v～一2V表示“1”。可采用兩線制接線方式，網絡拓撲采用總線型結構，最長傳輸距離能達到1200米。在構建網絡時，應注意處理好如下問題：

    1)線到每個分支節點的引出線長度應盡量短。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重，主要原因是信號在各支路末端、在特性阻抗不連續點反射，反射信號與原信號疊加，波形畸變，會造成信號質量下降。
    2)總線的各區段采用相同型號的電纜。由于不同型號電纜的電氣參數不同，連接在一起使用，極易造成信號傳輸的反射及雜波噪聲的產生。我們的線路施工既要延續從前的，又要考慮到將來可能還要擴充。
    3)終端機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性。
    4)要注意終端負載電阻問題。在終端機少、距離較短的情況下，不加終端負載電阻，整個網絡也能很好的工作，但隨著距離的增加性能將降低。根據實際的信號測試情況(許多廠家的終端POS機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通信網的抗干擾措施

    (1)消除干擾源：目前“校園一卡通”系統中的終端機RS485收發器共模電壓范圍為-7～+12v，因此RS485通信網絡線路上應避免低于-7V、高于+I2V共模電壓的存在，以保證通信的穩定可靠、終端機RS-485收發器芯片不被損壞。如，遠離大功率電氣設備、避免和電源線路并行等。
    (2)加裝抗雷擊電路：夏天雷雨季節，雷電頻繁，RS一485通信網絡總線上大都帶有許多終端機，一旦局部遭受雷擊，就會導致整個系統的多個終端機Rs一485收發器芯片(75LS174、75LS175等)損壞，造成“校園一卡通”系統大面積癱瘓。可以采用TED一485防雷管為基礎，構建防雷擊電路。
    (3)屏蔽接地處理：對于RS-485網絡來講，盡管是差分傳輸，一條由線路屏蔽層擔當的低阻信號地線還是必不可少的。這樣可以為RS-485驅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構電路中短路。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接大地處理。

    5．結語

    本人參與處理多起“校園一卡通”系統通信故障，此類故障直接導致系統局部不正常甚至大面積網絡癱瘓，影響眾多終端機不能正常交易，因此解決好通信線路設計和實施的技術細節，對于“校園一卡通”系統應用良性發展有著非常積極的意義。

    參考文獻：
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    [2]邢玉生．基于單片機通信網絡的分布式數據采集與控制系統的實現Ⅱ]． 現代電子技術，2002，(6)：31—33．
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