怎樣提高485總線的可靠性
2.2 隔離光耦電路的參數(shù)選取
在應(yīng)用系統(tǒng)中,由于要對現(xiàn)場情況進(jìn)行實時監(jiān)控及響應(yīng),通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高(通常都在4800波特以上)。限制通信波特率提高的“瓶頸”,并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線(現(xiàn)場施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線),而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號隔離的光耦電路上。此處采用TIL117。電路設(shè)計中可以考慮采用高速光耦,如6N137、6N136等芯片,也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計,使之能工作在最佳狀態(tài)。例如:電阻R2、R3如果選取得較大,將會使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢;如果選取得過小,退出飽和也會很慢,所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取,不同型號的光耦及驅(qū)動電路使得這兩個電阻的數(shù)值略有差異,這一點在電路設(shè)計中要特別慎重,不能隨意,通??梢杂蓪嶒瀬矶?。
2.3 485總線輸出電路部分的設(shè)計
輸出電路的設(shè)計要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配。由于工程環(huán)境比較復(fù)雜,現(xiàn)場常有各種形式的干擾源,所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施。在電路設(shè)計中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路,也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件,或者直接選用能抗雷擊的485芯片(如SN75LBC184等)。
考慮到線路的特殊情況(如某一臺分機(jī)的485芯片被擊穿短路),為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響,在75176的485信號輸出端串聯(lián)了兩個20Ω的電阻R10、R11。這樣本機(jī)的硬件故障就不會使整個總線的通信受到影響。
在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中,由于通信載體是雙絞線,它的特性阻抗為120Ω左右,所以線路設(shè)計時,在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻(如圖2中R8),以減少線路上傳輸信號的反射。
由于RS-485芯片的特性,接收器的檢測靈敏度為± 200mV,即差分輸入端VA-VB ≥+200mV,輸出邏輯1,VA-VB ≤-200mV,輸出邏輯0;而A、B端電位差的絕對值小于200mV時,輸出為不確定。如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時,接收器輸出邏輯0,這會誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常。解決這個問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位,這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間(總線懸浮時)呈現(xiàn)唯一的高電平,8031單片機(jī)就不會被誤中斷而收到亂字符。通過在485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻R7、R9,即可很好地解決這個問題。
3 軟件的編程
485芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于485總線是異步半雙工的通信總線,在某一個時刻,總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài),所以這種方式一般適用于主機(jī)對分機(jī)的查詢方式通信,總線上必然有一臺始終處于主機(jī)地位的設(shè)備在巡檢其它的分機(jī),所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的,每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭;長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度;命令碼是主機(jī)對分機(jī)(或分機(jī)應(yīng)答主機(jī))的控制命令;地址碼是分機(jī)的本機(jī)地址號;“內(nèi)容”是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息;校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標(biāo)志,可以采用奇偶校驗、和校驗等不同的方式。
在485芯片的通信中,尤其要注意對485控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作,在485總線狀態(tài)切換時需要做適當(dāng)延時,再進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下,先將控制端置“1”,延時1ms左右的時間,再發(fā)送有效的數(shù)據(jù),一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時1ms后,將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時,有一個穩(wěn)定的工作過程。
4 結(jié)論
經(jīng)過以上的軟硬件共同處理,RS-485總線在應(yīng)用系統(tǒng)工程中的可靠性大大提高,在通常的環(huán)境條件下,24小時連續(xù)開機(jī),系統(tǒng)的通信始終處于正常狀態(tài),整機(jī)性能滿足了現(xiàn)場工程的需要。
但是RS-485總線仍然只是一種常規(guī)的通信總線,它不能夠做總線的自動仲裁,也就是不能夠同時發(fā)送數(shù)據(jù)以避免總線競爭,所以整個系統(tǒng)的通信效率必然較低,數(shù)據(jù)的冗余量較大,對于速度要求高的應(yīng)用場所不適宜用RS-485總線。同時由于RS-485總線上通常只有一臺主機(jī),所以這種總線方式是典型的集中-分散型控制系統(tǒng)。一旦主機(jī)出現(xiàn)故障,會使整個系統(tǒng)的通信陷于癱瘓狀態(tài),因此做好主機(jī)的在線熱備份是一個重要措施。
盡管RS-485總線存在這樣那樣的問題,但由于它的線路設(shè)計簡單、價格低廉、控制方便,只要合理的使用在某些場所仍然能發(fā)揮良好的作用。
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