RS-485总线在多节点远距离通信系统中的应用

介绍RS-485接口SN65HVD3082E芯片的结构、性能特点，及以该芯片为主的通信系统的构成，包括它们的硬件电路和软件设计方法；说明了该系统的优点及应用领域。

SN65HVD3082E芯片是一款为RS-485数据总线网络而设计的半双工的收发器。它由+5V供电，与TIA/EIA-485A标准完全兼容。通过控制输出转换时序，它能够在长距离双绞线电缆上传输高达200kbps速率的信号。它的供电电流极低，一般小于0.6mA，当处于不活动的关闭模式时，供电电流只有几个nA，所以特别适合于低功耗方面的应用。它具有宽的共模抑制范围和高静电放电保护能力，因此，适用于噪声容限要求很高的场合。SN65HVD3082E与SN75176的工业标准封装相匹配。它的上电复位电路能使输出保持高阻状态直至供电电压稳定，其热关断功能还可以保护芯片不因系统故障而损坏。它的管脚图如图1所示，内部功能图如图2所示。其他特性还有：在一条总线上可以多达256个节点；总线引脚上的防静电保护超过16kV，接收器带故障保护。

2.1系统总体设计

系统由一台IBM-PC机和多个AT89C52单片机构成，采用主从式结构，以AT89C52芯片为核心的从机既可以独立地完成数据处理和控制任务，又可以将数据传给上位PC机。PC机将这些数据进行处理、显示、打印，同时将各种控制命令传给各个从机，以实现集中管理和最优控制。它们之间的通信由SN65HVD3082E芯片完成。组成框图如图3所示。在接口之间接有匹配电阻，用于吸收总线上的反射信号，保证正常传播信号干净、无毛刺(其取值与总线的特性阻抗相当)。当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。在总线上，差分信号的正端和+5V电源间接一个10kΩ的电阻；正端和负端之间也接一个10kΩ的电阻；负端和地之间再接一个10kΩ的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时，正端的电平大约为3.2V，负端的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，也很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰的能力。

2.2RS232/RS485的转换部分

选用DAQ485A系列产品DAQ485A-6N作为RS-232/RS-485转换器。其一端为DB9S插头，可直接与PC机的RS-232口相连，而其另一端为四端子接线座，分别为A、B、GND、VCC。可由计算机RS-232口直接供电，亦可在VCC和GND间外接+5V直流电源；DQ485A转换器内部具有自动处理功能，外部电源不影响内部窃电，内部窃电亦不影响外部电源，因此，两者可分而供之，亦可同时供之。DAQ485A-6N系列使用了TI的E系列ESD保护器件，因此，适合于长线室外使用。图4是RS-232/RS-485转换器与RS-485的连线图。

本系统软件设计以Windows 98为平台，采用Delphi和C++语言设计，下面仅介绍上下位机通信及界面的主要程序的设计思想和设计方法。通信软件必须符合RS-485协议标准。因此上位机与下位机之间严格实行主从结构形式的通信方式，上位机为主，下位机为从。一切都由主机控制，任一时刻主机只与一台从机传输信息，从机之间不能直接通信，若要通信可通过主机实观。数据通信波特率定为9600波特，每个从机都有唯一的地址号，用来区分各从机。单片机的数据通信由串口完成，定时器T1为波特发生器，数据传送格式为1位起始位，8位数据位，1位停止位，1位可编程位(TB8)。工作方式：定时器T1设置为方式2，串口设置为工作方式3。单片机通过中断方式发送和接收数据。由于RS-485是一种半双工通信方式，发送与接收共用同一物理信道。各任何时刻只允许一台单机处于发送状态。因此，要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，且没有其他单机发出应答信号的情况下才能应答。主从机的时序有严格的要求，若配合不好会发生总线冲突，使系统的通信瘫痪，无法正常。应采取的措施：(1)复位时，主从机均应处于接收状态。在软件设计时，应使系统上电或正式通信前对串口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令；(2)控制端RE和DE信号的有效脉宽应大于发送或接收一帧信号的宽度；(3)总线上所连接的各单机的发送控制信号在时序上应完全隔开，避免总线冲突。主机程序流程图如图5所示，下位机通信框图如图6所示。

由于RS485总线传输距离长(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因遭受过电压的冲击。而RS-485收发器工作电压较低(+5V左右)，其本身耐压也非常低(-7V～+12V)，一旦遭受过电压的冲击，就会被击穿损坏。在有强烈的浪涌电能出现时，甚至会使收发器爆裂，线路板烧焦。因此，除采用防护电路、选择优质的防护器件、良好的PCB板设计之外，还采用可靠的接地技术(接地电阻不能超过10Ω)。

由RS-485总线构成的多节点远距离通信系统可用于仓库通信、电视监控、机器人焊接、考勤机、水表集抄、高速公路收费、脉冲功率装置、数据采集、工业控制等诸多系统中。它具有传输距离远、抗干扰能力强、价格低、稳定性好、电路简单等许多优点，应用前景广阔。