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零延时RS-485接口电路具有很强的抗共模干扰能力

1 概述

RS一485接口是一种基于平衡发送和差分接管的串行总线,具有很强的抗共模滋扰能力,在适当的波特率下传输间隔远;同时易于进行收集扩展,被广泛的利用在很多工业现场。

节能灯寿命检测情况中,主要滋扰来自开关和寿命检测的强电滋扰、开关孕育发生的电磁滋扰、空气轮回设备的滋扰等等;同时因为寿命检测情况温度高,强电系统繁杂,也给系统的运行提出更高的要求。寿命检测系统要求实时申报每一盏节能灯的运行状态、情况温度、电压等,并在寿终谋略出节能灯寿命、光通等参数。可见系统的传输数据量大年夜,实时性强,是以物理总线的拓扑布局和通信协议尤为关键。

2 接口设计

优越的接口设计,应该在硬件上包管系统有优越的抗滋扰性、稳定性和易扩展性。本系统选用了性价比很高的半双工接口芯片SN65HVD3082。它具有以下特征[1]:

①满意或越过TIA/EIA-485A标准的要求;

②低静态电流耗损——有效模式为小于0.3 mA,关闭模式为l nA;

③优化的驱动器输出旌旗灯号,传输率达200kbps时维持低EMI;

④1/8单元负载——1条总线上多达256个节点;

⑤总线引脚ESD保护跨越16 kv;

⑥工业标准SN75176覆盖范围;

⑦掉效保护功能。

基于SN65HVD3082的RS-485接口电路,平日有三种规划。

(1)直接节制收发的RS-485接口电路

此措施应用节制器切换发送使能和接管使能端,节制接口电路数据的发送和接管。因为采纳直接管发,是以必要发送和接管时的转换,只能加入额外的节制器来节制发送和接管的转换;同时,必要用节制器存储转发所有的传输数据,这样,每传输1帧数据,至少丧掉1个单位的接管光阴(储存转发1帧数据的光阴)。此规划晦气于数据量大年夜的实时通信,而且在发送和接管的切换历程中,在VA和VB(VA和VB分手是Rs一485总线的A、B真个电压)有阶跃电压的孕育发生。这个阶跃电压对接管器的接管有滋扰孕育发生。

(2)自动收发转换的RS-485接口电路

图l所示的虚线框中为接口电路,经由过程对真值表进行阐发,其发送和接管历程为:

当发送端DI=O时,DE/RE=1发送O电平,接管端RO=O;当发送端DI=1时,DE/RE=0,VA=VB=2.5V,接管端因为上拉电阻的感化RO=1。

在此接口电路的TXo端加入1kHz的TTL方波对电路进行测试。未加入120Ω端电阻时,接口芯片的485-A和485-B脚都有约50μs的电压变更历程,如图2所示。接管端Ro波形的上升沿有显着的延迟约30~40μs(和数据发送端DI对照),造成很大年夜的传输偏差;加入120Ω端电阻时,延迟显着缩小,约3μs。

此电路在发送高电日常平凡,发送器处于高阻状态,总线上所有接口处于接管状态,总线是余暇的,容许其他接口发送数据,是以轻易引入总线冲突。分外是继续发送商电平比特时,发送器处于高阻状态的光阴越长,引入总线冲突的几率就越大年夜。

(3)零延时的RS-485接口电路

零延时RS-4185接口电路主要采纳74HCl4和电路中的电阻、电容等元件构成一个延时很短的电路,其主要感化是:

①发送器在发送高电平的时刻,在短延时内不再是处于高阻状态,仍有驱动电流存在,这样在必然程度上可以增添接口的抗滋扰能力。

②从真值表可以看出。对付接管器,当VID=VA-VR≥一O.01 V时,RO=1;在发送端,当DE/RE=0,发送驱动器的VA和VB都是高阻态,此时VA=VB=2.5V,是以,这时对付接管端RO=1;而在短延时的光阴内,由千DI=1且DE/RE=1.以是RO=1.可见在短延时和DE/RE=0的光阴内接管端RO=l,这样就完成了对高电平的发送和接管,而且在接管真个上升沿不会有延迟,即零延时,如图3所示。

把图l中自动收发转换的RS-485接口电路换成零延时的RS-485接口电路,如图4所示。同样在TX0端加入1 kHz的方波对电路进行测试,结果是接管端RO的上升沿不会有延迟。这和是否接入120Ω的端电阻没有关系,证明了以上的阐发。

图2、3中虚线箭头指向处的电压为2.5 V。

图4中,根据系统所确定的传输速率来选择R3和C0参数,以达到零延时。传输速率越高,延时越小。这里选择R3=22 kΩ,C0=1000 pF。

自动收发转换的RS-4t85接口电路和零延时的RS-485接口电路都有不够之处,即在发送端发送继续的高电日常平凡,逻辑上发送端是处于发送状态,接管端处于接管状态;但实际上,此时所有SN75HVl53082接口的DE/RE=0,以是,所有的发送端和接管端都处于接管状态。这在对等的收集布局中是不能漠视的,由于在这段光阴内,总线是余暇的,是容许节点发送数据的。

这里采纳的是主从式的收集布局,是以这个问题不会影响系统事情。

3 收集拓扑布局

收集拓扑布局的设计是根据寿命检测系统的实际必要提出的,设计目标是:满意lO个寿命架,每个寿命架64个节点的检测要求,在硬件和软件上做到轻易扩展,走线合理。是以逻辑上采纳主从式收集布局,物理布局上采纳星型拓扑布局,如图5所示。这个拓扑布局有两级总线,主要由以下设备组成:

①RS-232转RS-485。实现RS-232到RS-485电气旌旗灯号的转换,这是第一级RS-485总线。

②10口的485HIJB(集线器)。如图6所示,485HUB是由1个主机和10个从机的零延时的RS-485接口组成,这是在逻辑上实现主从式布局的根基。当主机端下行发送数据时,连接在10个从机接口上的所有接口都可以接管到数据;而当某个从机接口上挂接的节点上行发送数据时,只有主机节点(PS 端)和挂接在同一个从机接口上的其他节点可以接管到数据。这是第二级RS-485总线。

单片机节点。有4种节点,即节能灯状态采集节点、温度采集节点、供电电压采集节点和模式节制节点。每个单片机节点的通信接口都采纳零延时的RS-485接口电路,每一个节点都有自己的地址,用于PC端寻址。

理论上,SN75HVD3082的一条总线可以连接多达256个节点,是以在每个从机接口上可以扩展更多的节点;同时在RS-232转RS-485转换器的总线上也可以连接更多的485HUB。这样就可以实现硬件上的扩展。

4 通信协议

采纳9600 bps的波特率,固定长度帧布局,帧长度10字节。帧信息定义如下:帧头(0x55 0xAA)、敕令(1字节)、数据(4字节)、从机地址(2字节)、校验(1字节)。

在通信协议中采纳帧校验和帧超时,以达到软件抗滋扰的目的。

①帧校验:采纳累加和校验。在发送时,把帧头、敕令、数据、从机地址几个域相加并取最低字节添补到校验域。假如节点不处于接管状态,则启动发送,否则等待;假如在未超时,并完备地接管到10字节时,把帧头、敕令、数据、从机地址几个域相加,并与校验域对照,相同表示成功接管到1帧数据。

②帧超时:帧超时定义是,在接管到第一个字节时,进入接管状态,并设置8ms准时,今后每接管到一个字节,重置8ms准时。正常环境下,接管一个字节约1 ms光阴。假如跨越8ms,则退出接管状态,丢弃当前接管帧,回到余暇状态,等待下一帧的接管。

在法度榜样设计中,帧超时的定义与法度榜样的架构和波特率有关,原则上只要大年夜于1个字节的接管光阴就可以了。这里选择8ms与法度榜样的架构有关。

5 测试结论和利用前景

在设置了所有节点的地址后,即可在现场对系统进行测试。测试规划是,在PC机端运行测试软件,约每隔50ms发送一次测试敕令轮询所有的节点。每一次发送都要求稀有据返回,否则视为通信差错。软件继续运行7天,没有发明差错,阐明系统稳定靠得住。

今朝设计的节能灯寿命检测系统已经在现场成功投入应用,运行效果优越。此系统设计思惟对付设计具有大年夜量节点、大年夜数据量的实时智能检测系统起到借鉴感化,在自动化检测领域中将有较为广泛的利用代价。

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