1 问题的提出
在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看,RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点,如不注意一些细节的处理,常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。
图1RS485通信接口原理图
2 硬件电路设计中需注意的问题
2.1 电路基本原理
某节点的硬件电路设计如图1所示,在该电路中,使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184,它采用单一电源Vcc,电压在+
2.2 RS-485的DE控制端设计
在RS-485总线构筑的半双工通信系统中,在整个网络中任一时刻只能有一个节点处于发送状态并向总线发送数据,其他所有节点都必须处于接收状态。如果有2个节点或2个以上节点同时向总线发送数据,将会导致所有发送方的数据发送失败。因此,在系统各个节点的硬件设计中,应首先力求避免因异常情况而引起本节点向总线发送数据而导致总线数据冲突。以MCS51系列的单片机为例,因其在系统复位时,I/O口都输出高电平,如果把I/O口直接与RS-485接口芯片的驱动器使能端DE相连,会在CPU复位期间使DE为高,从而使本节点处于发送状态。如果此时总线上有其他节点正在发送数据,则此次数据传输将被打断而告失败,甚至引起整个总线因某一节点的故障而通信阻塞,继而影响整个系统的正常运行。考虑到通信的稳定性和可靠性,在每个节点的设计中应将控制RS485总线接口芯片的发送引脚设计成DE端的反逻辑,即控制引脚为逻辑“1”时,DE端为“0”;控制引脚为逻辑“0”时,DE端为“1”。在图1中,将CPU的引脚P1.6通过光电耦合器驱动DE端,这样就可以使控制引脚为高或者异常复位时使SN75LBC184始终处于接收状态,从而从硬件上有效避免节点因异常情况而对整个系统造成的影响。这就为整个系统的通信可靠奠定了基础。
此外,电路中还有1片看门狗MAX813L,能在节点发生死循环或其他故障时,自动复位程序,交出RS-485总线控制权。这样就能保证整个系统不会因某一节点发生故障而独占总线,导致整个系统瘫痪。
2.3 避免总线冲突的设计
当一个节点需要使用总线时,为了实现总线通信可靠www.cechina.cn,在有数据需要发送的情况下先侦听总线。在硬件接口上,首先将RS-485接口芯片的数据接收引脚反相后接至CPU的中断引脚INT0。在图1中,INT0是连至光电耦合器的输出端。当总线上有数据正在传输时,SN75LBC184的数据接收端(R端)表现为变化的高低电平控制工程网版权所有,