--#-RS-485通訊接口與硬件電路1引言智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網通信接口。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領域，通常情況下是采用串口通信的方式進行數(shù)據(jù)交換。隨著工業(yè)應用通信越來越多，最初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來采用的方式是RS232接口，由于工業(yè)現(xiàn)場比較復雜，各種電氣設備會在環(huán)境中產生比較多的電磁干擾，會導致信號傳輸錯誤。除此之外，RS232接口只能實現(xiàn)點對點通信，不具備聯(lián)網功能，最大傳輸距離也只能達到十幾米，不能滿足遠距離通信要求。而RS485則解決了這些問題，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，可以有效的解決共模干擾問題，最大距離可達1200米，并且允許多個收發(fā)設備接到同一條總線上。2通信方式對于點對點之間的通信，按照消息傳送的方向與時間關系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。單工通信(SimplexCommunication)是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。在單工通信中，通信的信道是單向的，發(fā)送端與接收端也是固定的，即發(fā)送端只能發(fā)送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息。半雙工通信(Half-duplexCommunication)可以實現(xiàn)雙向的通信，但不能在兩個方向上同時進行，必須輪流交替地進行。全雙工通信(FullduplexCommunication)是指在通信的任意時刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸。全雙工通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，又稱為雙向同時通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。3電氣特性RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。根據(jù)RS485工業(yè)總線標準，RS485工業(yè)總線為特性阻抗120Q的半雙工通訊總線，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制oRS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線，其最大負載能力為32個有效負載(包括主控設備與被控設置)其主要電氣特性為：采用差分信號，發(fā)送端，邏輯”1”以兩線間的電壓差為+(2~6)V表示；邏輯”0”以兩線間的電壓差為-(2~6)V表示；在接收端，大于200mv為邏輯1,小于-200mv為邏輯0,便于實現(xiàn)遠距離傳輸。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10MbpSoRS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。rs485兩線一般定義為：“A,B”或“Date+,Date-”，即常說的：”485+,485—”。很多情況下，連接RS-485

通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。1典型RS-485連IcalRS-485networ|點，匹配電阻要Fig.1這種匹配方法簡單有效，但有.太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用-”匹配質量間進行但電容C的取值是個難點,需要在功接網絡圖sconnectiondiagram消耗較大功率，對亠只電容C隔斷直亠一節(jié)省大部分功率。，這種方4.RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸速率與傳輸距離成反比，在lOOKbpS的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到1281典型RS-485連IcalRS-485networ|點，匹配電阻要Fig.1這種匹配方法簡單有效，但有.太適合。另外一種比較省電的匹配方式是RC匹配。利用-”匹配質量間進行但電容C的取值是個難點,需要在功接網絡圖sconnectiondiagram消耗較大功率，對亠只電容C隔斷直亠一節(jié)省大部分功率。，這種方案雖未實現(xiàn)真正的“匹配”，但它利用二極管的鉗位作用能迅速削弱反射信號，達到改善信號質量的目的,節(jié)能效果顯著。表1RS-485、RS—232和RS—422引腳對照表Tab.1RS-485、RS-232andRS-422pincontrasttablePinRS-232RS-422RS-4851DCDTX-DATA-2RXTX+DATA+3TXRX+NC4DTRRX-NC5GNDGNDGND6DSRRTS-NC7RTSRTS+NC8CTSCTS+NC9RICTS-NC在一般場合采用普通的雙絞線就可以，在要求比較高的環(huán)境下可以采用帶屏蔽層的同軸電纜。在使用RS485接口時，對于特定的傳輸線路，從RS485接口到負載其數(shù)據(jù)信號傳輸所允許的最大電纜長度與信號傳輸?shù)牟ㄌ芈食煞幢?，這個長度數(shù)據(jù)主要是受信號失真及噪聲等影響所影響。RS485具體能傳輸多遠視周圍環(huán)境而定。如果真需要長距離傳輸，可以采用光纖為傳播介質，收發(fā)兩端各加一個光電轉換器，多模光纖的傳輸距離是5~10公里，而采用單模光纖可達50公里的傳播距離。

4硬件電路4.1RS-485電路結構RS-485接口電路的主要功能是：將來自微處理器的發(fā)送信號TX通過“發(fā)送器”轉換成通訊網絡中的差分信號，將通訊網絡中的差分信號通過“接收器”轉換成被微處理器接收的RX信號。圖2是RS-485接收發(fā)器的結構簡圖。A和B上的上、下拉偏置電阻主要是為了避免出現(xiàn)不確定的中間態(tài)。圖2RS-485電路結構簡圖Fig.2RS-485circuitschematicdiagram任一時刻，RS-485收發(fā)器只能夠工作在“接收”或“發(fā)送”兩種模式之一，因此，必須為^-485接口電路增加一個收/發(fā)邏輯控制電路。圖3中choose端為收發(fā)使能端，R16的120Q電阻為匹配電阻，消除反射信號，D3、D4、D5、D6為保護電路，防止雷擊、浪涌等。圖3RS-485傳輸電路Fig.3RS-485transmissioncircuit4.2隔離型RS485總線典型電路在某些工業(yè)控制領域，由于現(xiàn)場情況十分復雜，各個節(jié)點之間存在很高的共模電壓。雖然RS-485接口采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，但當共模電壓超過RS-485接收器的極限接收電壓，即大于+12V或小于一7V時，接收器就再也無法正常工作了，嚴重時甚至會燒毀芯片和儀器設備。解決此類問題的方法是通過DC-DC將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離；通過隔離器件將信號隔離,徹底消除共模電壓的影響。傳統(tǒng)方式為用光耦、帶隔離的DC-DC、RS-485芯片構筑電路03EXD4：沾—R133K^=-6N13701Gi-JI：'485紺WC485EtT4S5R142KI5I：-4856N1376N1375.IKGiE：03EXD4：沾—R133K^=-6N13701Gi-JI：'485紺WC485EtT4S5R142KI5I：-4856N1376N1375.IKGiE：'485VCC485T圖4隔離型RS-485電路R0VCCREBDEA%.GHI：'—C19U.I11FVCC485—JG1K：'485T1485Fig.4IsolatedRS-485circuit圖4中我們以高速光耦6N137為例來說明一下隔離型RS485電路。實際電路中對傳輸速度要求不高的場合無需使用高速光耦。VDD與VCC485是兩組不共地的電源，一般用隔離型的DC-DC來實現(xiàn)。通過光耦隔離來實現(xiàn)信號的隔離傳輸，ADM487與MCU系統(tǒng)不共地，完全隔離則有效的抑制了高共模電壓的產生，大大降低了485的損壞率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但也存在電路體積過大、電路繁瑣、分立器件過多、傳輸速率受光電器件限制等缺點，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有一定的影響。為避免以上缺點，出現(xiàn)了一些二次集成芯片，如ADM2483、ADM257E等，來進行保護。VDD1VDD1VDD26TxDVDD1VDD2ADM24S3ERWCON4號^KE6.8CAGKD2JITOD2GND1ONDiOND2VDD1VDD1VDD26TxDVDD1VDD2ADM24S3ERWCON4號^KE6.8CAGKD2JITOD2GND1ONDiOND2GND210GHD2n-P6KE6.8CA圖5隔離型RS485芯片ADM2483應用圖Fig.5TheapplicationofADM2483diagramofisolatedRS485chipADM2483是ADI推出的隔離型485芯片，SOW-16封裝，內部集成了一個三通道的磁隔離器件和一個半雙工485收發(fā)器，2500V隔離電壓、傳輸速率500K、共模電壓抑制能力25KV/yS。但此電路仍需雙電源供電，因此也會在一定程度上存在電路體積過大的問題。ADM2587E是ADI繼ADM2483之后，推出的單電源隔離型485芯片。SOW-20封裝，2500V隔離電壓，全/半雙工、傳輸速率500K、共模電壓抑制能力25KV/yS、±15KV的ESD保護。適合用于工控、電力、儀表、安防等各種485隔離場合。

圖6完全隔離型圖6完全隔離型RS485/422芯片ADM2587E應用圖Fig.6CompleteisolationofRS485/422chipADM2587Eapplicationdiagram5基于RS485的空調控制系統(tǒng)設計如圖7所示，該智能暖通空調系統(tǒng)的溫控器、室外機、室內機三個控制器之間通過RS485總線互相通信，進行信息傳輸并控制。RS485總線2線溫控器至外機室內機22線溫控器至外機室內機2線多個設備圖7基于RS485的空調控制系統(tǒng)圖Fig.7TheairconditionercontrolsystembasedonRS485在同步方式下，主機負責初始化從機節(jié)點，并啟動通信時序，主機將控制或監(jiān)控各從機節(jié)點。主機必須要有足夠的存儲容量用來存儲從機特征信息，它可詢問及配置從機的特征信息，并把修改后的信息回傳給從機。若設備被配置為從機，主機會控制此設備的通信。若從機不需和其它設備通信，那么從機就不需知道在此網絡有什么樣的其它設備存在。如果從機間需要通信，那么必須通過主機來進行。如室內機控制板為主機，溫控器只和室內機控制板通訊，但是溫控器可以通過室內機控制板知道網絡中有室外機存在。參考文獻:JanAxelson著，精英科技譯.Serialportcomplete:programmingandcircuitsforRS-232andRS-485linksandnetworks[M].北京:中國電力出版社,2001.李曉林?單片機原理與接口技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,2015毛曉波?單片機原理及接口技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2015高春甫?單片機原理及接口技術實用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014/info/5521.html/qrs/2014/0815/article_17973.HYPERLINK"/blaider/article/details/1214350