校园一卡通系统中通信故障的分析与探讨
文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者： 人气： 发表时间：2011年12月11日
摘要：本文对校园一卡通系统中的通信架构作了分析,对校园一卡通系统的网络布线的实施提供了经验借鉴,对于潜在故障提出了可行的解决方法。
1、引言
“校园一卡通”的应用领域越来越广泛，已由最早的活跃在食堂的售饭系统发展成为集个人证件、住宿管理、餐饮消费、学籍考试、图书借阅、购物消费、体育健身、医疗服务等功能于一体的综合性消费与管理系统，它已成为整个校园网信息系统的重要组成部分。在此系统中，网络通信的畅通对于保证“校园一卡通”系统的可靠稳定运行，起着非常重要的作用。本人在此领域做了一些探索和总结，愿与大家探讨。
2．“校园一卡通”系统的网络架构
“校园一卡通”系统的网络结构一般分为两层。第一层为以数据库服务器为中心的局域网的分布式结构， 目前常用百兆或千兆以太网实现。第二层为以第一层局域网的网络工作站作为控制主机的RS-485通讯网络结构，该层网络控制各个校园卡收费终端，是一种单片机系统的一机对多机的串行实时通信，如图1所示。“校园一卡通”系统第一层一般采用服务器／客户机模式，系统可根据校园业务的发展而增加网络工作站，来源一卡通世界。每个工作站可以完成一项子系统功能，如售饭系统、洗浴系统等。第二层是各子系统中网络工作站与该子系统终端机间的通信，网络工作站计算机内装、或外连子系统主控器，该主控器是一个单片机系统，由它作为系统主机与系统中各终端机通信，形成单片机的多机通信。子系统终端机通信个数，具有良好的可扩展性，通常子系统主控器会有4路RS一485通信口，每路能带32台终端机。这样的网络架构除了能够容易实现校园卡集中管理，子系统独立运行以外，还较容易实现多校区互通、分区结算。
3. “校园一卡通”系统中常见的通信故障
“校园一卡通”系统第一层是典型的以太网构架，很多院校是将其纳入校园网通信中的。以太网的通信采用星形拓扑结构，各建筑楼群间敷设光纤，建筑物内敷设超五类双绞线，整个网络采用结构化综合布线。布线相对完善，各通信站点相互独立，故障较少。该层主要提供“校园一卡通”各子系统间的信息共享，对数据传输的实时性要求不高，本文不做探讨。
作为“校园一卡通”系统第二层的RS-485通信网，是一种造价低廉、容易组网的总线式串行通信模式，它只需一对双绞线就可以接驳32台终端机(如售饭P0S、用水P0S、门禁控制器等)，最大传输距离约为1200米，最大传输速率为10Mb／s，传输线成本低，应用十分方便。这种RS一485通信网被广泛应用在“校园一卡通’啄统的各类终端设备间的数据传递，成为该领域的信息“大动脉”。来源一卡通世界。然而，这种通信网也有其薄弱环节，对于大范围的布线，负载的种类、数量较多时表现的不十分可靠，会造成系统时好时坏，影响正常使用。当前各个院校的学生人数都在增加，食堂、浴室、公寓、图书馆等都在扩建，原有的系统要扩充终端机，新的功能子系统要集成进来，通信线路要增添延续，这就使实际使用中的“校园一卡通”系统要面临许多问题。如何使“校园一卡通”系统在发展中继续稳定可靠，我们在技术上需要做好一些细节工作。
4．解决策略
4．1 RS4855通信网的布线及终端匹配的合理设计
RS485通信采用差分信号负逻辑，+2v～+6V表示“O”，一6v～一2V表示“1”。可采用两线制接线方式，网络拓扑采用总线型结构，最长传输距离能达到1200米。在构建网络时，应注意处理好如下问题：
1)线到每个分支节点的引出线长度应尽量短。过长的总线引出线，在短距离、低速率可能正常工作，但随着通信距离的延长或通信速率的提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号在各支路末端、在特性阻抗不连续点反射，反射信号与原信号叠加，波形畸变，会造成信号质量下降。
2)总线的各区段采用相同型号的电缆。由于不同型号电缆的电气参数不同，连接在一起使用，极易造成信号传输的反射及杂波噪声的产生。我们的线路施工既要延续从前的，又要考虑到将来可能还要扩充。
3)终端机在总线上的布局要均匀 这样可以保证总线特性阻抗较好的连续性。
4)要注意终端负载电阻问题。在终端机少、距离较短的情况下，不加终端负载电阻，整个网络也能很好的工作，但随着距离的增加性能将降低。根据实际的信号测试情况(许多厂家的终端POS机都具有通信测试功能)，决定在总线电缆的开始和末端并接终端电阻。大多数双绞线电缆特性阻抗大约在100～120 Ω，终端电阻取120Ω即可。
4．2 RS485通信网的抗干扰措施
(1)消除干扰源：目前“校园一卡通”系统中的终端机RS485收发器共模电压范围为-7～+12v，因此RS485通信网络线路上应避免低于-7V、高于+I2V共模电压的存在，以保证通信的稳定可靠、终端机RS-485收发器芯片不被损坏。如，远离大功率电气设备、避免和电源线路并行等。
(2)加装抗雷击电路：夏天雷雨季节，雷电频繁，RS一485通信网络总线上大都带有许多终端机，一旦局部遭受雷击，就会导致整个系统的多个终端机Rs一485收发器芯片(75LS174、75LS175等)损坏，造成“校园一卡通”系统大面积瘫痪。可以采用TED一485防雷管为基础，构建防雷击电路。
(3)屏蔽接地处理：对于RS-485网络来讲，尽管是差分传输，一条由线路屏蔽层担当的低阻信号地线还是必不可少的。这样可以为RS-485驱动器输出信号的共模部分提供返回通路，避免向外辐射电磁波，也可将外界的共模干扰电压在此结构电路中短路。具体做法为：将屏蔽层与通信芯片的工作地连接起来，再将线路的屏蔽层做系统接大地处理。
5．结语
本人参与处理多起“校园一卡通”系统通信故障，此类故障直接导致系统局部不正常甚至大面积网络瘫痪，影响众多终端机不能正常交易，因此解决好通信线路设计和实施的技术细节，对于“校园一卡通”系统应用良性发展有着非常积极的意义。
参考文献：
[1]许纲理．校园一卡通系统集成技术与应用Ⅱ]．河南科技大学学报自然科学版，2004，(4)：58-62．
[2]邢玉生．基于单片机通信网络的分布式数据采集与控制系统的实现Ⅱ]． 现代电子技术，2002，(6)：31—33．
[3]虞日跃，沈洪源．RS485总线的理论与实践Ⅱ]． 电子技术应用．2001。(11)：55—57．
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