RS-485中继器

2024-05-31

RS-485中继器(精选7篇)

RS-485中继器 篇1

0 引言

在电力通信网中,前端数据采集是通信管理系统的数据来源,是通信管理系统正常运行的基础, 数据采集功能是否正常有效对整个用电管理系统将产生重要影响[1]。在现阶段居民用户用电信息采集系统的实施过程中,离散安装的智能电能表是通过RS485总线连接到附近表箱内的采集器上的,因其施工与维护工作量大而成为用电信息采集抄收的瓶颈。本文提出借助一种无线RS485中继器方案来解决上述问题,并对其实现方法进行了探讨。

1 用电信息采集系统安装调试现状

用电信息采集系统主要负责采集辖区内所有电能表的数据,包括楼道灯专用表、街边商铺用表、临时用电表、车棚用表、旧居民楼分户表等离散安装的电能表(以下简称为“离散表”)。

离散表与集中表箱的距离相对较远,采用载波模块或无线模块这2种通信模式的用电信息采集系统虽然无需布线、施工简单,但电能表数据传输到集中器需要经多级路由才能完成。而离散表因分布距离远,系统需要的路由级数较多,路由级数越多传输效果越差,无法满足实际业务要求。

针对离散表,一般采用RS485总线将智能电能表和采集器连接,实现对用电信息的采集,其数据传输的可靠性及成本等方面相对前者有较大优势,但该采集模式尚存在以下一些问题。

1)施工工作量大:RS485走线长,需穿墙钻孔。

2)资金投入较高:表箱外布的RS485线易遭破坏,需套PVC管进行保护,因此资金投入较高。

3)易发生故障:RS485线随着距离的增加,信号衰减严重,且易受雷击干扰而使总线上的设备发生故障。

4)维护困难:线路过长,故障很难排查,给维护带来很大不便。

2 无线 RS485 中继器的应用

2.1 解决办法

解决离散表与采集器的连接问题比较好的办法是采用电力线载波和微功率无线2种通信技术设计中继器,取代RS485与表箱间的布线,即先将发送端RS485信号转换成电力线载波或微功率无线信号,经过传输后,在接收端还原成RS485信号。

两者相比较,采用电力线载波通信时一对中继器必须是ABC三相中的同一相,而微功率无线通信与供电相位无关。因此,采用微功率无线通信方式实现RS485中继器是最佳选择。无线RS485中继器如图1所示。

2.2 无线 RS485 中继器技术要求

2.2.1 规约兼容性

在居民用电信息采集系统中,电能表与采集器之间的通信遵循DL/T 645—1997[2]和DL/T 645—2007[3]规约(统称为645规约)。目前采用这2种规约的电能表混装情况还大量存在,中继器必须兼容这2种规约。

2.2.2 波特率自适应

645规约要求电能表的RS485接口支持1 200/2 400/4 800/9 600/19 200 bps等几种通信速率。同一采集器可按不同电能表的波特率进行数据采集, 因此,中继器设计时应考虑波特率自适应。

2.2.3 延时间隔

在645规约中,对数据通信中的传输响应有2个延时要求:

1)帧响应延时Td:20 ms≤Td≤500 ms;

2)字节传输间隔Tb:Tb≤500 ms。

2.3 一般 RS485 中继器的设计方法

2.3.1 硬件同步转发

对于半双工的异步串口,在空闲时,接收端判断为数据“1”,且只对发送的数据“0”进行传输,若将发送数据“1”切换为接收状态,同样可满足RS485通信。因此,在数据转发过程中可以采用硬件电路, 以发送的数据作为接收与发送状态的判断依据,直接实现同步转发。这种方式只要器件响应速度满足要求,不论采用何种通信波特率,数据都可转发。

2.3.2 帧转发

对于从RS485总线接收的数据,可根据645规约的帧格式判断是否整帧接收完成,因此可以采用整帧接收后再转发的方式,即帧中继方式。645规约帧格式见表1所列。

帧中继需整帧接收完成后才能转发,当帧超过一定长度时,会出现超过最大帧响应延时(500 ms) 的情况。例如在1 200 bps通信速率时,下发和返回各30字节数据,帧转发消耗时间为550 ms。

2.3.3 字节转发与位转发

以正确的波特率收到一个字节或数据位后,再以对应的波特率将该字节或数据位转发。中继的延时增加1个字节或数据位的传输时间。

2.3.4 无格式数据流转发

采用较高的速率进行数据采样,然后以高速率进行转发,在接收端再进行还原。这种方式还原的波形与原波形可能会有±2个采样脉冲宽度的偏差, 一般情况下,至少要保证2/3脉宽是原信息,因此,选择采样速率是最高波特率的6倍以上才能保证正常转发。

3 无线 RS485 中继器的实现方法

3.1 数据转发方式的选择

无线RS485中继器理论上可以使用硬件同步转发方式,只对“0”发送无线信号,但由于不能预知要发送的信号宽度,无法进行数据编码,而无编码的数据在空中传输易受干扰,因此,硬件同步转发方式不适合无线RS485中继器。帧中继方式由于存在帧响应时间问题,同样不适合。

字节转发或位转发能够满足无线中继的要求, 但需要先自适应波特率。在自适应波特率后,字节在MCU运算方面容易处理,因此字节转发或位转发方式更有优势。

无格式数据流转发比较简单,但是需要使用较高的采 样速率。645规约定义RS485最高速率 为19 200 bps,则采样速率至少要达到115 200 bps。考虑到无线通信还需要进行编码与纠错处理,这种方式并不适合低成本设计。

综合来看,字节转发方式比较适合无线RS485中继器的设计。

3.2 设计思路

3.2.1 硬件设计

由于无线RS485中继器要 适应多种 波特率, MCU中的串口数量有限,因此,不可能用MCU的多个串口配置不同波特率来实现波特率自适应,需要从接收的信息中先找到正确的波特率。

为实现上述要求,除了将RS485通信芯片按常规方式与MCU串口连接外,同时将MCU串口的Rx D脚接到带有下降沿中断功能的IO口,因为异步串行通信的起始位是“0”,空闲时,数据维持在“1”, 当第1个字节的起始位传输过来时,会产生1个下降沿中断。中继器串口连接如图2所示。

图 2 中继器串口连接 Fig.2 Repeater serial port connection

3.2.2 数据采样

从接收数据帧第1个字节的起始位产生下降沿中断后,关闭IO口下降沿中断,取T=1/B(B为设计的最高波特率),先延时1/3~1/2T,然后以T作为定时器间隔,利用定时器中断,对IO口进行数据采样。

645规约中使用的波特率均为1 200 bps的2n 倍,如果选择最高的波特率的进行数据采样,那么一个更低波特率的数据位的采样次数也是2n倍。

3.2.3 波特率自适应

当采样时间超过以最低波特率传输1个字节所需要的时间时,按以下步骤进行波特率自适应分析:

1)取 i=0 ;

2)将采样的数据进行分组,每组2i个采样数据;

3)将每组数据当成1个有效位,若该组采样0超过2i-1个,记为0,否则记为1 ;

4)用分组后的有效位按字节传输中的位顺序去判断是否为有效字节数据,如果是645规约的帧起始符68H,且剩余数据都满足字节传输格式要求,则可判断接收的数据是一个有效的645规约帧开始, 并且其波特率为最高采样速率除以2i,自适应完成并退出,否则进入下一步;

5)令i=i+1,重复步骤2~4,若i=n时仍不能分析出波特率,进行下一步;

6)继续采集1个数据,采用先进先出方式去掉最早的1个采样数据,重复步骤1~5,直到找到正确的波特率。

自适应波特率后,将标准串口波特率设置为自适应的值,然后接收后续数据,同时以该波特率将自适应时得到的有效字节和后续从标准串口接收的字节通过无线信道转发。

3.3 无线信道处理

3.3.1信道选择

为了防止相邻中继器的干扰,将中继器所用的频率范围划分为若干信道,每个中继器选择一个信道进行通信。另外,设定一个公共信道,当中继器初装或长时间无通信时,自动切换到公共信道,等待主机配置信道。实际使用时,连接到采集器一端的中继器为主设备,可主动选择信道。

3.3.2 直序列扩频

扩频通信能提高抗窄带干扰的能力和多个用户共用同一频带[4],功率谱密度很低,是比较理想的微功率无线通信技术。扩频通信是将待传送的信息数据采用伪随机编码调制,实现频谱扩展后再传输[5], 等同于数据进行冗余编码后传输,以提高抗干扰能力。为使中继器不发生传输阻塞,需使用统一的、较高的传输码率,且编码后的数据在空中传输的总时间应不超过正常的数据传输时间。

由于中继器要求低成本,其MCU处理能力不能实现复杂的算法,因此,设计时选用PN码长为15位的直序列扩频技术,且采用简单的BFSK调制。

3.3.3 控制码与数据

数据在空中传输过程中,有的信息是用于中继器间协商的不需转发的控制码,有的是需要转发至RS485的645规约数据,为了便于区分控制码和数据,将每字节数据附加1位识别位,当该位为“1”时, 表示数据,该位为“0”时表示控制码,由于从RS485收到的645规约数据带偶校验位,且校验位无需进行无线传输,因此总传输位数不变[6,7,8]。控制码包括波特率选择和信道选择2部分。控制码见表2所列。

如果控制码接收错误,可能会导致后面的数据全部出错,因此,控制码的有效信息部分必须重复2次以防止出错。

4 结语

无线RS485中继器是针对目前用电信息采集系统中的离散表跨表箱连接存在的诸多问题而提出的一种解决方案。本文通过分析相关规约和标准的特征,不仅从理论上证实了该设计的可行性,而且结合实际提出了改善和解决用电信息采集系统施工量大、成本高、运营维护困难的措施。无线RS485中继器在用电信息采集系统中的应用,将极大减少现场施工工作量及未来的维护和运营难度,从而实现智能电网建设中用电信息的“全覆盖、全采集、全费控”目标。

RS-485中继器 篇2

RS 485总线是计算机测控领域广泛采用的一种现场总线形式,其发送和接收数据均采用双端差分信号,可以有效地克服共模干扰,有较高的数据传输速率和传输距离。其最大传输距离为1 200 m,且最大传输距离的增加是以牺牲数据传输速率为代价的。但要传输更远的距离或更多的通信节点就必须使用中继器[1,2]。

此外,随着单片机的使用日益频繁,用其作前置机进行采集和通信也常见于各种应用,一般是利用前置机采集各种终端数据后进行处理储存,再主动或被动上报给管理站。这种情况下采集会需要一个串口,上报又需要另一个串口,这就要求单片机具有双串口的功能。双串口单片机功能集成度高,只使用其双串口功能又会造成系统资源的大量浪费,成本也会相应提高;然而传统的51单片机只提供一个串口,因此另一个串口可以采用程序模拟[3]。

1RS 485接口电路

RS 485 接口电路的主要功能:将来自微处理器的发送信号TXD通过“发送器”转换成通信网络中的差分信号,也可以将通信网络中的差分信号通过“接收器”转换成被微处理器接收的RXD信号。任一时刻,RS 485收发器只能够工作在“接收”或“发送”两种模式之一,因此,必须为RS 485接口电路增加一个收/发逻辑控制电路。另外,由于应用环境的各不相同,RS 485接口电路的附加保护措施也是必须重点考虑的环节[4]。

系统中,单片机AT89C51的标准串口TXD和RXD负责与PC机通信,模拟串口P3.2和P3.3负责采集下位机的数据。这样,中继器就可以不停地采集下位机的数据,当PC机发出命令时可以立刻响应随时把数据传递出去,而不是接到PC机命令去采集下位机数据然后再传递给PC机,从而提高了数据传递效率,增强了系统实时性。

1.1 光电隔离

在应用系统中,由于要对现场进行实时监控及响应,通信数据的波特率往往做的较高(通常4 800 b/s以上)。限制通信波特率提高的瓶颈不是现场的导线(现场施工一般使用5类非屏蔽双绞线),而是在与单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。图1采用NEC2501光电隔离芯片,微处理器的RXD,TXD,P3.2,P3.3通过光电隔离电路连接RS 485芯片的RO,RE,DE,DI控制其使能和读写,信号单向传输,输入端与输出端实现了电气隔离,同时抗干扰能力大大增强[6]。

1.2 零延时转换电路

在RS 485电路设计中,通常将RE和DE短接,用一根信号线来控制,这样可以做到收/发的切换。在单片机电路中,一般用一根I/O线来控制RS 485芯片的接收和发送状态的转换。这样需由软件来控制I/O引脚的电平,以达到控制RS 485收/发转换的目的。但是这样的控制方法存在一些问题:在想要发送数据和真正发送数据之间存在一定的转换时间;如果发送到接收的时机不当就会丢失数据;在接收和发送转换之间容易引入干扰,使UART单元收到多余的杂乱数据。因而,此系统采用零延时转换电路以改善其中不足。

如图1所示,当不发送数据时,TTL电平的TXD信号为高电平,经Q1反向为低电平,RS 485芯片处于接收状态。当发送数据时,若TXD为低电平,经Q1反向后DE为高电平,此时由于DI接地,RS 485芯片的输出端A,B产生表示低电平的差分信号,低电平的TXD被送出;若TXD为高电平,经Q1反向后DE为低电平,RS 485的A,B端处于高阻状态。此时靠电阻的下拉和上拉作用,使总线上产生正的差分信号,从而将TXD的高电平送出。模拟串口发送端P3.3工作原理同上。

在这个电路中,只要保证总线是半双工数据传输,程序不必用指令控制RE,DE进行接收和发送的转换。转换由硬件自身完成。

1.3 上电抑制电路

图1所示电路中,当TXD信号为“1”,即无输入信号时,MAX1487芯片工作在“接收”状态;当TXD信号为“0”,即有输入信号时,MAX1487芯片工作在“发送”状态,执行发送功能,来自TXD信号上的有效电平将自动禁能接收器,使能发送器,从而将TXD信号发送到RS 485网络。

但是,由于RS 485接口电路的自动换向将占用一部分接口电路的切换时间开销和信号驱动开销,因此,这种低成本的RS 485接口电路并不适用所有的RS 485电路。

1.4 掉电数据保护功能的实现

单片机控制系统中,通常一些重要的数据需要具有在系统掉电以后不丢失,当系统再次上电后能够正确读取的功能。实现掉电保护功能的方法很多,常用的有系统扩展易失性存储器外加电池的方法和系统扩展非易失性存储器的方法。其中,系统扩展非易失性存储器的方法中常使用E2PROM和FLASH作为存储介质,由于本系统需要实现掉电保护的数据不多,所以使用具有支持I2C总线数据传送协议的串行CMOS E2PROM AT24C128作为系统掉电数据保护介质[7,8]。

掉电数据保护介质及其软件的任务主要包括以下两个方面:

(1) I2C总线的原理及用单片机普通I/O口模拟I2C总线的方法。

(2) AT24C128芯片读写驱动程序的编写。

2软件设计

RS 485标准只对接口的电气特性作出规定,而不涉及接插件、电缆或协议;因此,用户需要在RS 485应用网络的基础上建立自己的应用层通信协议。由于RS 485标准是基于PC的UART芯片上的处理方式,因此,其通信协议也规定了串行数据单元的格式(8-N-1格式):1位逻辑0的起始位,6/7/8位数据位,1位可选择的奇(ODD)/偶(EVEN)校验位,1/2位逻辑1的停止位。

目前,RS 485在国内有着非常广泛的应用,许多领域,比如工业控制、电力通信、智能楼宇等都经常可以见到具有RS 485接口电路的设备。但是,这些设备采用的用户层协议(术语参考自OSI的7层结构)都不相同;这些设备之间并不可以直接连接通信。在自动抄表系统中,通信规约如下[9]。

2.1 系统通信协议

2.1.1 通信字节格式

通信字节格式如图2所示。

传送方向从低到高位,1个起始位、1个停止位、1个偶校验位、8位数据位,总共11位。

2.1.2 通信帧格式

通信帧格式如表1所示。

前导字节:在发送信息之前,发送1个或多个字节FEH,以唤醒接收方。

帧起始符68H:标识一帧信息的开始,其值为68H=01101000B。

地址域A0~A5:当地址位为999999999999H时,为广播地址,同时当从控制器接收到一帧数据时,地址域相同时应响应命令,取得总线控制权,当响应命令之后,应把总线控制权归还给主控器。

命令码C:执行操作的依据。控制码的格式如表2所示。

数据长度L:L为数据域的字节数。读数据时L≤200,写数据时L≤50,L=0表示无数据。

数据域Data:数据域包括数据标识和数据、密码等,其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加33H处理,接收方按字节进行减33H处理。

校验码CS:从帧起始符开始到校验码之前的所有字节的模256的和,即各个字节二进制算术和,不计超过256的溢出值。

结束符16H:标识一帧信息的结束,其值为16H=00010110B。

2.2 程序设计

整个通信程序分为3个部分:数据接收部分、命令执行部分、数据发送部分。

2.2.1 数据接收部分

数据接收程序主要接收一帧正确的数据。数据帧错误的判断符合以下原则:有一个字节偶校验错误,数据帧错误;数据帧格式不正确,数据帧错误;数据帧校验码不正确,数据帧错误。

程序流程图如图3所示。

2.2.2 命令执行部分

这一部分是主程序执行部分,是从机接收一帧正确数据后,通过地址域判断RS 485总线中主控器是否呼叫本从机,如果是广播地址则所有接收到的从机都应响应命令,地址和数据保存在E2PROM中。如有需要可以通过密码的方式设置权限,密码也将保存在E2PROM中。程序流程如图4所示。

2.2.3 数据发送部分

当PC机发出采集数据指令时,中继器将立即发送数据至PC机。

程序流程如图5所示。

2.3 模拟串口实现

在设计单片机控制系统时往往会出现单片机很多引脚处于空闲状态,另一方面,市场上双串口单片机集成多种功能,对于本系统只用于通信的需求会造成很大浪费且成本提高。因此,本文提出利用模拟串口的方式从软件上补充硬件不足,且进一步充分利用单片机资源以及节约开发成本。

本文所说的模拟串口,就是利用51单片机的两个输入输出引脚P3.2和P3.3,置1或0分别代表高、低电平,也就是串口通信中所说的位,如起始位用低电平,则将其置0,停止位为高电平,则将其置1,各种数据位和校验位则根据情况置1或置0。而串口通信的波特率只是每位电平持续的时间,波特率越高,持续的时间越短。

该系统模拟串口只用于与下位机采集模块通信,波特率设定为4 800 b/s,即每一位传送时间为1 000/4 800=0.208 ms,即位与位之间的延时为0.208 ms。单片机的延时是通过执行若干条指令来达到目的的,因为每条指令为1~3个指令周期,即是通过若干个指令周期来进行延时的。系统单片机选用11.059 2 MHz的晶振,用此频率则每个指令周期的时间为(12/11.059 2) μs,那么波特率为9 600 b/s每位要间隔的指令周期s=(1 000 000/4 800)/(12/11.059 2)=192。

51单位片机的计数器在每指令周期加1,直到溢出,同时硬件置溢出标志位。这样就可以通过预置初值的方法让机器每96个指令周期产生一次溢出,程序不断地查询溢出标志来决定是否发送或接收下一位[10]。

3结语

本文设计的中继器已在自动抄表系统中使用,充分考虑工业现场因素,抗干扰能力强,对系统进行实时保护,性能可靠,成本低廉,易于实现,传输速度大大提高。将单片机从慢速的串行通信中解脱出来,显著提高了单片机的实时处理能力。

参考文献

[1]修智宏.一种简单实用的RS 485总线光电隔离中继器设计[J].电子制作,2006(7):15-16.

[2]姜香菊.RS 485总线上中继器的研究[J].信息技术,2004,28(2):39-41.

[3]Anon.IO口模拟串口的三种方法[EB/OL].[2010-10-01].http://wenku.baidu.com/view/4c6df27da26925c52cc5bfd7.html.

[4]广州周立功单片机发展有限公司.RS 485协议标准[S].广州:广州周立功单片机发展有限公司,2004.

[5]王东平.低功率转换速率限定的RS 485/RS-422收发器[J].电子技术,1995(7):13-16.

[6]张行,佃松宜,汪道辉.基于MAX1487芯片的远程多机通信应用[J].微计算机信息,2002(2):55-57.

[7]戢卫平,胡耀辉,朱朝华,等.单片机系统开发实例经典[M].北京:冶金工业出版社,2006.

[8]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

[9]中华人民共和国国家发展和改革委员会.中华人民共和国电力行业标准DL/T 645-2007[S].北京:中国电力出版社,2007.

RS-485中继器 篇3

在孵化设备的科研过程中, 常常用多路温度测试仪来对孵化机器内部的温度场进行测量, 而我们以前用的多路温度测试仪是用两片16选1的模拟开关来完成对32路温度的测量, 温度的采样时间受模拟开关开通关断时间的限制, 开关信号对温度采样也造成了一定的干扰。在实际使用过程中还常受到温度采样路数 (如8路、20路、64路、70路, 128路等) 的限制, 为能更灵活的应用该多路温度测试仪, 我们采用了主从机RS-485通讯的模式来完成多路温度的测量。每个从机采样8路温度并作为一个模块, 每个从机有独立的地址, 这样我们就可以在主机通讯负载能力范围内灵活的配置从机模块的数量, 并且能提高温度采集的及时性和准确性, 为科研实验提供便利工具。

硬件设计

总线式主从机结构框图如图1。

主机我们采用Atmel公司的高性能8位处理器ATMEG128L-8AI, 该芯片具有128k的ISP-FLASH、4k的EEPROM、4k的SRAM, 该芯片容量大、可重复在系统编程、指令丰富并且执行速度快。

主机主要完成以下功能:从机地址识别、与从机的通讯、实时温度显示、按键处理、温度软校准以及从机扩张选择, 主机功能框图如图2。实时温度显示采用19264单色点阵液晶, 该液晶没有背光时仍能正常查看, 只是为了在夜间查看, 我们增加了液晶背光功能。温度软校准功能是为了保证多路温度测量的准确性, 消除系统误差。在实际测量过程中, 很难保证用来测量的不同的温度探头的一致性, 电路结构、探头线长度、以及每个温度传感元件本身的不一致性都最终影响温度测量的准确性。为了方便校准, 我们可利用软件对单个温度探头或全部温度探头进行软件校准。这样尽量减小各个温度探头的不一致而带来的测量差值。为保证主机的可靠工作, 在电路中还增加了处理器监控芯片MAX706, 用来监控电源电压和系统是否正常工作, 否则发出复位信号使系统恢复正常。从机扩展功能主要是用来选择从机模块的数量, 如果从机数量为1, 则在该功能选项中选择“1路采样模块”, 依次类推, 考虑到实际应用过程中对温度探头数量的要求, 本系统中最大的从机模块配置数量为8, 也就是最多可以测量64路温度信号。

主机的按键是行列线组成的2输入4输出结构形式, 采用定时扫描, 利用MCU内部的定时器产生10ms定时中断, CPU响应中断时对键盘进行扫描, 并在有键按下时识别出该键并执行相应的键功能程序。

从机采用A t m e l公司的ATMEG16L-8AI作为处理器, 该芯片具有16k的ISP-FLASH、512B的EEPROM、1k的SRAM, 该芯片同样可以在系统编程, 该芯片具有8路10位A/D转换器, 当采样的基准电压为5V时, 系统的采样精度可达到5毫伏每字, 即基准电压变化5毫伏, 采样的数字量变化1个字。

从机模块主要完成8路温度采样、与主机的通讯、硬件地址编码, 从机功能框图如图3。每个从机模块有个地址编码跳线器, 由硬件完成对该模块的地址编码。这样在扩张时, 将每个模块的地址唯一确定, 不会由于通讯地址的重复造成通讯的不成功。我们采用的RS-485芯片最多可以负载32个从机模块, RS-485芯片采用Maxim公司的MAX483CPA。不同的RS-485芯片, 其负载能力不同, 有的RS-485芯片如MAX487可以带120个负载, MAX1487能够将负载数量扩大到230个。

RS-485串行通讯

在工程实践当中, 多点数据采集系统的网络拓扑一般采用总线方式, 传送数据采用主从机结构的方法。

RS-485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信:在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出, 经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线, 又是差分传输, 因此有极强的抗共模干扰的能力, 接收灵敏度也相当高。同时, 最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以10kb/s速率传输数据时传输距离可达12m, 而用100kb/s时传输距离可达1.2km。如果降低波特率, 传输距离还可进一步提高。本系统的波特率设置为2400b/s。

图1就是用RS-485构成的总线型网络系统, 采用主从方式进行多机通信。主机采用8位微处理器ATMEG128L, 从机采用ATMEG16L。每个从机通过地址编码拥有自己固定的地址, 由主机控制完成网上的每一次通信。图4是MAX485和微处理器的接口电路, A、B为RS-485总线接口, D是发送端, R为接收端, 分别与单片机串行口的TXD、RXD连接, 由于采用半双工通讯, 所以还有收发控制端, MAX485的RE、DE为收发使能端, 由微处理器的PE4 (主机) 、PC5 (从机) 口作为收发控制。该控制口高电平时, MAX485处于发送状态, 将微处理器TXD处的数据经A、B差分送出到RS-485的总线上;当该控制口为低电平时, MAX485处于接受状态, 将RS-485总线上的差分信号转换成TTL电平的信号由R端输出到微处理器的RXD端。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。应将总线上差分信号的正端A+和+5V电源间接一个10KΩ电阻;正端A+和负端B-间接一个10KΩ电阻;负端B-和地间接一个10KΩ电阻, 形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时, 正端A+的电平大约为3.2V, 负端B-的电平大约为1.6V, 即使有干扰信号, 却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。

本系统对RS-485串行通讯的应用电路中, 在A和B端预留了上拉电阻、和AB之间的匹配电阻, 但实际使用过程中, 由于通讯距离很短 (10m以内) , 所以匹配电阻并没有焊上, 而是在MAX485和微处理器的TXD和RXD接口处增加了两个10KΩ的上拉电阻。用示波器测量其通讯信号波形时, 发现R2、R3两个上拉电阻接上后, 通讯数据的波形得到了明显的改善, 通讯成功率大大提高。

RS-485通讯需要严格遵循通讯协议, 否则通讯是不会建立起来的。尤其是在主从机采用不同的处理器时, 软件处理一定的仔细查看其说明文件, 不能一视同仁。在本电路的实验过程中, 就发现一个波特率设置的问题。波特率的设置公式如下:

其中BAUD为通讯速率, Fosc为系统时钟频率, U B R R为波特率寄存器UBRRH、UBRRL中的值 (0~4095) 。

波特率的设置公式中用到了微处理器的系统时钟频率Fosc, 我们的主从机虽然都使用了外部4M晶振, 但主机内部将4M频率三分频, 而从机仍然使用4M主频, 软件编写过程中, 将主从机的波特率寄存器初始化值置为一样的, 这样就造成了主从机的波特率相差2倍, 通讯当然是不能成功的。

为了保证通讯成功, 开始时所有从机复位, 即处于监听状态, 等待主机的呼叫。当主机向网上发出某一从机的地址时, 所有从机接收到该地址并与自己的地址相比较。如果相符, 说明主机在呼叫自己, 应发回应答信号, 表示准备好开始接收后面的命令和数据;否则不予理睬, 继续监听呼叫地址。主机收到从机的应答后, 则开始一次通信。通信完毕, 从机继续处于监听状态, 等待呼叫。由于发送和接收共用同一总线。在任意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, 并且没有其它单机发出应答信号的情况下, 才能应答。接受状态和发送状态的转换是通过方向口高低电平的变化来完成的。

温度采集和显示

从机模块完成的主要功能是8路温度模拟信号的采集和向主机正确的发送这8个采样温度, 本系统中采用温度传感器为AD590。AD590是一个电流型集成温度传感器, 其输出电流正比于绝对温度, 当温度为273开氏度时, 其输出电流为273微安。温度每变化1K (也可以理解为1℃) , 输出电流变化1微安。将电流信号经运算放大器后输出0~5V (参考电压为5V) 的电压信号, 经过ATMEG16L的10位A/D转换后变为数字信号存放在从机的缓存区。当主机发出与该从机相应的地址信号后, 从机应应答并将采样后的数据经RS-485总线送给主机并显示在液晶屏幕上。

从机通过自己的A/D口直接进行模拟量采集比利用多路模拟开关来采集数据要方便的多, 为使采样的温度数据更接近实际值, 我们在软件上增加了一些处理措施, 如求多次采样的平均值、中值滤波等。

为消除一些人为造成的误差, 我们在该主从机中使用了一个开关电源, 这样开关电源电压的波动对所有温度探头的影响是一致的。另外, 所有的温度探头线的长度都保持一致。温度探头线和主从机的通讯线都必须使用屏蔽双绞电缆, 并将屏蔽电缆进行良好接地。特别是在RS-485串行通讯中, 主从机必须共地, 否则严重时会有共模干扰, 导致数据传输出错。

在实际的使用过程中, 为保证数据采集的可靠性, 还必须对每个温度探头进行校准, 一般情况下, 我们将32个或64个温度探头尽量放在一起, 并将其统一放在一个温度比较稳定的老化实验箱中, 稳定2个小时后, 在同一点将所有的探头校准, 并做升温处理观察在升温后各个温度点的探头测量值是否保持一致。否则应在高温段再校准并做降温过程的跟踪观察。

结语

本文介绍了主从机用RS-485串行总线, 完成对多路温度信号的测量。特别介绍了RS-485通讯电路在实际使用中的一些措施。孵化设备多路温度测试仪器正是采用了这些措施, 使得测试过程中通讯稳定, 测量路数配置灵活, 测量数据稳定可靠。

参考文献

[1]马潮.高档8位单片机ATMEG128原理与开发应用指南[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004

[2]MAX483 Datasheet.Maxim, 2009

[3]ATMEG128L、ATMEG16L Datasheet.Maxim, 2009

[4]耿德根, 宋建国, 马潮等.AVR高速嵌入式单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004

RS-485接口检测方法的设计 篇4

1 MAX485特性

在通信距离为几米到上千米, 速率要求不高时, RS-485串行总线标准得到广泛采用。RS-485采用平衡发送和差分接收, 抑制共模干扰的能力较强。同时总线收发器具有较高灵敏度, 能检测低至200m V的电压。RS-485采用半双工工作方式时, 任何时候只能有一点处于发送状态, 发送电路须由使能信号加以控制。

2 待检产品RS485接口硬件软件实现过程

2.1 产品RS485接口的硬件组成及工作过程

产品RS485接口电路主要有芯片MAX485及与其匹配的控制电路。其功能是将产品采集到的位置坐标信息发送给与之相连的导航设备。以往为了测试方便, 只将RS485接口的驱动器同相输出端和反相输出端短接, 产品软件留有一个检测模块, 通过检测输入输出端有数据即认为RS485接口工作正常。但在实际工作发现, 这种检测方法没有真正模拟产品与外联设备的实际工作过程, 容易出现无法检测到的异常情况。产品实际工作情况见图1所示:

3 RS485接口检测设备构成

为尽可能简化RS485接口检测设备的组成、降低操作难度及提高检测设备的可靠性, 笔者在设计过程中采用了普通台式机和RS485转RS232接口模块作为主要硬件。工作中使用的普通台式机就可满足我们上位机的使用要求, 避免了额外花销。这样的硬件设计思路不仅降低开发难度, 同时大大降低了开发成本。根据产品在现场实际工作情况, 开发设计了RS485接口检测应用软件作为专用上位机软件。

4 RS485接口检测设备功能实现过程

按照笔者的设计思路, 工作重点就在设计稳定可靠的上位机应用软件。根据前面介绍的产品RS485接口的实现过程, 笔者确定了基于VC++6.0的开发环境, 开发与产品能够正常通信的上位机应用软件的开发思路。

4.1 RS485通讯协议

产品RS485接口所发数据包为16字节, 低位在前, 高位在后, 数据格式为16进制。具体定义为:字头为F2 (表示接受数据设备名称) ;X坐标占4个字节, 内容为99+实际值;Y坐标占4个字节, 内容为99+实际值;H坐标占2个字节, 内容为实际值 (负数用补码表示) ;然后为一个空字节;最后为发送时间, 具体为小时 (1字节) 、分钟 (1字节) 、秒 (1字节) 。

4.2 上位机RS485接口检测软件

为简化开发过程, 笔者采用了微软公司的串口控件MSCOMM32.OCX来对发送到串口的数据进行采集处理。通过响应函数On Comm Mscomm () 的设计, 对串口接受的数据按照RS485通讯协议分析, 通过对比与产品发送的信息是否一致, 来判断RS485接口工作正常与否。

RS485接口检测设备与产品连接时, 上位机检测软件工作界面如图2所示:

5 结论

本文详细的介绍了RS-485通讯接口的特点, 并结合笔者所从事的工作, 介绍了以芯片MAX485EPA核心的典型应用。针对目前RS-485接口调试检测方法中的不足, 结合实际工作情况, 提出了一种准确检测通讯接口的方法。通过在实际工程中的应用, 完全满足了RS-485接口检测的要求, 解决以往存在的问题。同时这种思路对其它类似的接口检测也有较大的借鉴参考意义。

参考文献

[1]徐继红.提高RS-485网络可靠性的若干措施[Z].Maxim北京办事处, 2005.

以太网与RS485通讯的探讨 篇5

关键词:以太网,RS485,Quantum PLC,Bentley3500

在发电系统中, 控制汽轮机常用的系统包括:PLC系统 (Programmable Logic Controller) 、汽轮机数字电液控制系统 (Digital Electro-Hydraulic Control System简称DEH) 、Bentley3500.一般情况下, Bentley3500与DEH之间的数据通讯是通过导线连接, 将重要的测点先传输到Bentley3500上面, 然后Bentley3500通过设置参数输出闭合接点信号和将模拟量的输出到DEH。通常的设计也将Bentley3500的数据传输到PLC上, Bentley3500的网关通讯只有RS485, 而PLC一般是通过以太网进行传输数据, 这里就需要把以太网与RS485进行通讯。下面我以Quantum PLC为例, 详述通讯的方法。

1 Quantum PLC

施耐德电气公司推出的世界上第一个通用自动化平台Quantum, 是具有强大处理能力的大型控制系统, 可以满足大部分离散和过程控制的经济和灵活的硬件控制平台。本次工程设计选用SCHNEI-DER CPU:140CPU67160、SCHNEIDER通讯模块140NOE77101、交换机SCHNEIDER TCSESM083F2CU0 (ConneXium管理型交换机, 6电口/2多模光口) 、交换机SCH-NEIDERTSXETG100 (Ethernet/Modbus网关, 1个10Base-T/100Base-TX (RJ45) , 1个Modbus SL端口 (RJ45) ) 。

2 Bentley3500

Bentley3500系统提供连续、在线监测功能, 适用于机械保护应用, 并完全符合美国石油协会API670标准对该类系统的要求。它是本特利内华达采用传统框架形式的系统中功能最强、最灵活的系统, 具有其它系统所不具备的多种性能和先进功能。本次选用与P L C连接的模块为3 5 0 0/9 2通讯网关模块, 此模块采用RS485接口输出。

3 以太网与RS485的通讯

3.1 硬件连接

前面提到的SCHNEIDER TSXETG100, 这是施耐德提供的RS485转以太网转换连接设备, 将RS485电缆将3500/92通讯网关模块与TSXETG100连接, 然后在通过网线将TSXETG100与SCHNEIDER TCSESM083F2CU0交换机连接, 这样就将Quantum PLC与Bentley3500硬件连接 (如图1) 。

3.2 软件设置

3.2.1 TSXETG100设置

进入SCHNEIDER TSXETG100进行参数设置, 初始地址为192.168.0.1。首先设置Ethernet&TCP/IP (如图2) 。这里我们需要注意的是, 选用的IP地址要与CPU的地址不同, 否则会有冲突。在有就是设置的IP地址是下次进入设置参数的地址。其次设置Serial Port (如图3) 。到这里我们将TSXETG100设置完毕。

3.2.2 Quantum PLC设置

这次工程选用的是SCHNEIDER CPU:140CPU67160和SCHNEIDER通讯模块140NOE77101。

进入Unity下位机程序, 从结构视图中进入通讯网络, 进行IO扫描设置 (如图4) 。需要说明的是, 这里的IP地址是我们刚才在TSXETG100设置的IP地址, 读主对象就是CPU存储区变量的起始地址, 读长度是我们需要多少个工位这里就设置多少, 其余参数都是默认设置。

4 结语

RS-485中继器 篇6

1 总体结构和功能设计

图1为总体结构。

1.1 总体结构

总体结构如图1所示,在一个监测点可以布置多个测力锚杆,每个测力锚杆连接一个监测分站,监测点的所有监测分站连接到一个通信分站,所有监测点的通信分站连接到监测主站,通过监测主站与地面的上位机相连。整个系统理论上支持255个通信分站,每个通信分站支持255个监测分站。

测力锚杆是利用现有煤矿用测力锚杆进行改造,因金矿顶板相比煤矿顶板没有老顶,所以测力锚杆需要的锚固长度更长,所以选用长度加长的全程锚固式测力锚杆,而且测力点从6个增加的8个。现有测力锚杆留有485通信接口,可以写入设置命令和读取传感器数值。

监测分站主要功能是对测力锚杆进行参数设置、读取显示测力锚杆监测数据、485通信、声光报警。测力锚杆参数的设置也可以通监测主站进行全局设置。参数设置包括编号、零点、传感器对数、报警值的设置。当读取到的测力锚杆传感器值超过报警值后就发出声光报警。

设置的报警值要小于通过前期试验得到的顶板发生冒落时的顶板应力值。

通信分站主要的功能是通信中继功能。实时显示当前正在传输的监测分站编号及其传输状态和报警状态。

监测主站主要功能包括参数设置、显示查询浏览、SD卡存储、报警。参数设置是对所有的测力锚杆进行全局设置。查询浏览可以按时间浏览各监测分站的数据。

上位机是备选功能,可以选择监测主站把数据传到上位机进行实时显示和数据分析。利用曲线图能更好的监测顶板应力变化,预测顶板冒落事故的发生。

1.2 通信结构

基于485总线的多机通信结构,选用65hvd3082芯片,此芯片支持256节点的485通信。

系统采用主—从技术,每次由监测主站向一个监测分站发出命令,由通信分站中转发向监测分站,监测分站接收后判断命令字是设置参数还是传输数据,如果是设置参数就向测力锚杆发出设置参数命令设置完后发回回复,如果是传输数据命令就读出测力锚杆当前数值并显示后判断是否超出报警值同时把数据传回监测主站。这样所有通信都由监测主站发起,且总线上总是只有一个站点在传输数据,保证了数据传输之间不会相互干扰。系统主控芯片采用的是AVR单片机,AVR单片机置位UCSRA的多处理器通信模式位(MPCM)可以对USART接收器接收到的数据帧进行过滤。51单片机无此功能。那些没有地址信息的帧将被忽略,也不会存入接收缓冲器。这种过滤有效的减少了需要CPU处理的数据帧的数量。设置数据帧长度为9位,当第9位(RXB8)为1时为地址帧,否则为数据帧。在多机通信模式下,每个从机可以从主机接收数据。首先要通过解码地址帧来确定所寻址的是哪一个从机。如果寻址到某一个从机,它将正常接收后续的数据,而其他的从机会忽略这些帧直到接收到另一个地址帧。当从机寻址主机时,如果地址为0就说明是寻址主机。

2 硬件设计

图2为监测分站硬件电路。

监测分站采用Atmega8单片机是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器有23个可编程的I/O口,32个8位通用工作寄存器,8K的系统内可编程Flash,512字节的EEPROM,两个具有独立预分频器8位定时器/计数器,两个可编程的串行USART。

在这个系统在井下用12V电源供电,用L7805转换成5V电压为芯片供电。LCD2004利用四线制连接方式与单片机连接,以节约单片机接口。LCD的BLA口连接背光控制电路,用定时器方式控制背光,在背光开关按键按下时背光打开,过5秒自动关闭以节约电能。

晶振采用3.6864MHz无源晶振。

按键电路有4个按键,包括复位键、背光开关、两个参数设置按键。

报警模块是由蜂鸣器和LED灯组成,当报警时蜂鸣器鸣LED灯闪烁。

485通信模块选用65hvd3082芯片,它是一款适用于高要求应用环境的RS-485数据总线系统半双工收发器。如图3所示,RX0接单片机数据输入端RXD口,TX0接单片机数据输出端TXD口,CH口是数据传输方向选择端口,RT口为数据读写选择端。当RT为0时65hvd3082芯片RE口置0,485总线为读状态,当RT为1时65hvd3082芯片DE口置1,485总线为写状态。当CH为0时是485总线向上传输,反之是向下传输。

通信分站硬件电路与监测分站的基本相同。

而监测主站因为要增加SD卡和实时电路所以采用有32个可编程的I/O口,8K的系统内可编程Flash的Atmega32单片机。它比Atmega8具有更多的控制端口更大的可编程存储器。其他模块与监测分站类似。

SD卡电路以CS为使能端,DI和DOUT分别为SD卡的输入和输出,分别接单片机的MOSI和MISO。SD开始用3.3V电压所以还要用Lm1117把5V转成3.3V。

实时电路使用DS1302实时芯片,来提供为SD卡数据存储提供实时时间。

3 软件设计

监测主站、通信分站、监测分站软件设计主要是功能实现程序和485总线数据传输程序。

功能实现程序主要是LCD驱动、SD卡驱动、按键扫描程序、参数设置程序等。监测主站和监测分站的485子程序如图4所示,而通信分站的485传输主要是数据的中继转发,把监测主站发来的数据转发给监测分站,在监测分站发来的数据前封装上监测主站地址合和自身地址发给监测主站。

485通信的差错控制有AVR内部的奇偶校验、帧校验和485传输中的CRC校验。当发生奇偶校验、帧校验错误和CRC校验错误时放弃数据不做处理等待监测主机的超时程序重发命令。在监测主机发出命令后启动计时程序当超过20ms未收到回复或回复有错误时,就重发命令,当重发超过三次是就认为通信线路中断。

上位机软件是VB和MySQL设计。可提供系统参数设置、数据存储、报警、数据查询浏览、图表分析等功能,利用曲线图可以分析某观测点顶板应力变化规律,对顶板冒落事故进行预警。

4 结束语

本系统主要是通过485总线对顶板应力进行实时监测,以预防顶板冒落事故的发生。对顶板的离层量没有监测,将来可以加入顶板离层监测,更能准确的分析离层与应力之间的关系。

摘要:介绍了一套基于RS-485总线的金矿顶板监测系统,系统以AVR单片机为核心,利用测力锚杆监测顶板应力,通过RS-485总线传输到上位机进行数据分析,对顶板事故进行预警。系统可以实现远程多点的动态监测,有利于减少金矿的顶板冒落事故的发生。经试验表明系统有较好的稳定性和可行性。

关键词:AVR单片机,RS-485总线,金矿顶板监测

参考文献

[1]邓杰海,汤彬,李卫红,祝红琴.基于AVR ATmega128的工业网关的实现[J].单片机开发与应用,2007(2):87-89.

[2]陈铁军,谢春萍.PC机与RS485总线多机串行通信的软硬件设计[J].现代电子技术,2007(5):103-105.

RS-485中继器 篇7

关键词:ESD,RS-485,总线节点,瞬态保护

电气过应力所致功能失灵带来的工业网络故障使网络节点保护变得非常有必要,特别是静电放电、电感开关和雷击所引起的电气瞬态的保护。因此,国际电工委员会(IEC)定义了三种瞬态抑制测试标准,旨在保证测试期间和测试后电路的正确运行。

本文简要介绍了这些测试,并建议使用工业RS-485线缆和低电容瞬态电压抑制器为您的网络保护提供一种最有效的方法。

瞬态抑制测试系列

我们将讨论三种IEC标准:

●静电放电(E S D)抗扰度(IEC61000-4-2);

●电气快速瞬态(EFT)抗扰度,或脉冲抗扰度(IEC61000-4-4);

●浪涌抗扰度(IEC61000-4-5。

ESD测试模拟了人体的静电放电对电子设备的影响。ESD发生器产生的测试脉冲为短历时(100ns以下)脉冲,并有一个约1ns的快速上升时间。尽管这种测试脉冲为低能量,但可以形成许多毁灭性的高电流,足以毁坏一个收发器的内部保护电路。一个最小ESD测试序列由20次放电、10个正极脉冲、10个负极脉冲,以及每个脉冲之间的一秒暂停间隔组成。

(注:电流和电压被标准化。若要了解绝对值,请参考实际标准。)

脉冲测试模拟了电感开关、继电器触点回跳等引起的日常开关瞬态。相比单测试脉冲的ESD测试,脉冲发生器会产生一个完整序列的测试脉冲(称作一个脉冲)。每个脉冲包括约15000个瞬态。一个完整测试序列的六个10s脉冲(相互之间的暂停间隔为10s)可在一分钟内产生数百万次脉冲。一次单脉冲持续时间很短(请参见图1b),因此能量较低,但这种对收发器完全无休止的瞬态轰击,会给其内部保护单元带来巨大的挑战。

浪涌测试是所有测试中最严格的测试,因为它模拟了雷电引起的开关瞬态。浪涌发生器产生的瞬态比ESD或脉冲瞬态长约1000倍。另外,发生器的低源阻抗允许高压下的高浪涌电流,从而代表高能量脉冲。由于其高能量成份,测试序列一般由五次正浪涌脉冲和五次负浪涌脉冲(一分钟或更短时间脉冲之间存在时间间隔)组成。

保护总线节点

选择低成本的CAT5工业RS-485线缆或平带(flat-band)线缆可以消除引入总线线路的主要瞬态能量。Belden 3107A(如图2)等线缆具有编织屏蔽作用,可以极大地降低耦合至信号导线中的噪声。更低的信号线噪声,意味着对下列保护电路的瞬态影响更小。

图2所示工业RS-485线缆是单双工及半双工数据链路的理想选择。它允许将一个信号对用作总线信号线,而另一个信号对用作接地线,从而降低瞬态电流返回通路的电感。其他一些好处还包括线缆的120Ω额定特性阻抗。这样便可保证阻抗匹配RS-485收发器开关特性和加蔽线的添加,从而允许线缆屏蔽的简单接地。请注意,应该仅在一个线缆末端接地,更好的选择是在最接近单接地参考总线接地基准的末端。

图3显示了一个具有瞬态电压抑制器二极管(TVS)保护的典型RS-485节点电路的简化示意图。最近的工艺技术进步,才实现了快速、低电容TVS二极管的制造。前几代TVS设计表现出来的数纳秒响应时间,对于ESD和脉冲瞬态的快速上升时间来说都太慢。另外,其电容负载超出了每TVS器件1000 nF,其在数据速率未降至极低水平的情况下,并不具备有效的多节点网络保护。

许多现代高精密抑制器设计都具有低至皮秒范围的响应时间,同时拥有约10 pF~100 pF的电容(具体取决于器件拓扑结构和额定功率),从而实现单总线节点保护。

在差动数据信号中,例如:RS-485等,一般要求三个瞬态抑制器来模拟有效的现实世界瞬态保护:两个TVS器件用于实现共模瞬态(出现在A线路及接地和B线路及接地之间)保护,第三个TVS用于抑制A线路和B线路之间的差动瞬态。

作为RS-485连接器的螺旋式接线柱,将传输线缆连接至收发器(XCVR)。三个瞬态电压抑制器二极管(TVS)用于消除A线路及接地和B线路及接地之间的共模瞬态,以及A和B之间的差动瞬态。

图4显示了双向瞬态电压抑制器的对称电压-电流(V-I)特性。在一些低至切断电压VWM的低电压下,瞬态抑制器带来了信号线的高阻抗,并且仅有数微安培的器件漏电流。这种状态下,数据链路必定能够正常运行。因此,选择TVS用于RS-485链路时,其切断电压必须高于最大总线电压,其中包括RS-485标准规定接地电位差(GPD)的±7V,其必然要求VWM≥12V。

在总线电位超出TVS击穿电压VBR的瞬态事件中,器件变为传导高电流到接地的低阻抗。但是,它的动态阻抗会引起器件的压降,其随上升电流成比例增加。这种电压常常表示为可以高达35V的钳位电压VC,其明显超出了收发器总线电位的最大额定值。

尽管高ESD额定值的收发器可以应对这种短期过应力,但一些较弱的组件会受益于浪涌额定电阻,其以串联方式切换至收发器总线终端(参见图3)。10Ω到20Ω典型取值的电阻器可降低钳位动作期间流向收发器的电流,从而最小化对其ESD单元的影响。

除这些危险的电压和电流电平以外,现实世界瞬态还带来大量的宽带噪声。例如,ESD脉冲的噪声有大约3 MHz~3 GHz的频谱。因此,除瞬态抑制外,我们还建议利用噪声滤波和高频布局方法来确保一个面对电磁干扰(EMI)时稳健的电路板设计。

这些建议将帮助您完成这种设计。在您的电路设计之初就要考虑的瞬态保护方案包括:

1)使用一个四层印刷电路板,其堆叠顺序为:总线信号层、接地层、电源层和控制信号层;

2)将接地层紧挨总线信号层放置,以建立阻抗跟踪控制,并为返回电流提供低电感通路;

3)将TVS二极管尽可能地靠近总线连接器放置,以防止瞬态渗入电路板电路;

4)将旁路电容器(10nF~100nF)尽可能地靠近电路板上的所有IC放置;

5)利用多个过孔(每个终端至少2个)将瞬态抑制器和旁路电容与接地层连接;

6)通过简单的R-C低通滤波器将EMI滤波器应用于收发器的单端侧。

请注意,因为高频电流沿最小电感通路传导,所以大多数上述建议都以转移通过低电感通路的高频噪声为目标。

结论

一些精密的瞬态抑制器二极管具备对RS-485网络中所有总线节点都进行高效保护的能力。尽管有效的瞬态保护会增加初始设计的成本,但其可以防止未来实地运行故障、网络停运以及可能出现的产品召回所带来的高昂费用。

参考文献

[1]RS-485接口产品应用手册[R/OL].www.ti.com/rs485-ca2

[2]接口选择指南[R/OL].www.ti.com/interface-ca

[3]低电容瞬态电压抑制器详情1[R/OL].www.protekdevices.com

[4]低电容瞬态电压抑制器详情2[R/OL].www.semtech.com

[5]低电容瞬态电压抑制器详情3[R/OL].www.vishay.com/

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