RS485總線(xiàn)通信速度提高改進(jìn)設計

　　工業(yè)現場(chǎng)經(jīng)常要采集多點(diǎn)數據，模擬信號或開(kāi)關(guān)信號，一般用到RS485總線(xiàn)，使用一主帶多從的通信方式，該種方式接線(xiàn)方便只需要兩根屏蔽電纜線(xiàn)，通信距離遠最大可支持1500m，加中繼器還可延長(cháng)通信距離，采用差分信號方式抗電磁干擾好。但該方式通信速度不能太快，一般采用主從召喚的方式采集各子單元的數據，即主單元依次召喚各子單元(見(jiàn)圖1)，召喚到哪個(gè)單元哪個(gè)單元上傳數據，總線(xiàn)的使用權完全由主單元分配，各子單元不能擅自占領(lǐng)總線(xiàn)。如果系統的單元多，主單元循環(huán)采集一周的時(shí)間就很長(cháng)，子單元信息變化時(shí)不能及時(shí)發(fā)送給主單元，導致系統對突變事件的反應處理速度慢。本文通過(guò)總線(xiàn)狀態(tài)檢測、從機主動(dòng)上發(fā)的方式解決。

　　圖1 常規RS485總線(xiàn)主從方式接口圖

　　硬件設計

　　整個(gè)系統由主單元和多個(gè)子單元組成(圖2)，主單元包括：ARM7微控制器、程序存儲器、數據存儲器、與子單元通信RS485、與主單元通信RS485、系統電源和通信隔離電源;子單元包括：MSP430單片機、與子單元通信RS485、系統電源和通信隔離電源。

　　圖2 系統框圖

　　主單元

　　ARM微控制器是主單元的核心，采用三星32位ARM7TDMI內核芯片S3C44B0，該芯片最高處理速度可達76MHZ，總線(xiàn)開(kāi)放，可外擴程序存儲器FLASH和數據存儲器SDRAM，該系統外擴了SST公司生產(chǎn)的39VF1601和現代生產(chǎn)的HY57V641620HG，2個(gè)UART串行接口，使用ADI的隔離RS485芯片ADM2483進(jìn)行接口電平轉換，總線(xiàn)狀態(tài)檢測使用74HC125三態(tài)門(mén)芯片。

　　子單元

　　子單元的微控制器使用TI的MSP430F133單片機，該單片機處理速度可達8MHz，8K字節片內FLASH存儲，256K字節片內SRAM。

　　電源電路

　　電源電路采用開(kāi)關(guān)電源供電，開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍比較寬，輸出直流電壓5V，通過(guò)SP1117-3.3和SP1117-2.5芯片輸出3.3V電源。RS485需要的隔離5V電源通過(guò)DC-DC模塊得到。

　　總線(xiàn)檢測電路

　　總線(xiàn)狀態(tài)檢測使用74HC125三態(tài)門(mén)芯片和單片機的兩個(gè)I/O(圖3)，當系統都不使用總線(xiàn)時(shí)，每個(gè)單元的74HC125都輸出高阻狀態(tài)，此時(shí)總線(xiàn)為低電平，當有單元要使用總線(xiàn)時(shí)，他首先檢測總線(xiàn)狀態(tài)，如果總線(xiàn)為低電平，該單元迅速把74HC125改為輸出狀態(tài)，此時(shí)總線(xiàn)變?yōu)楦唠娖?，該單元占領(lǐng)總線(xiàn)，往總線(xiàn)上發(fā)送數據，發(fā)送數據完成再把74HC125改為高阻狀態(tài)。如果檢測到總線(xiàn)是高電平，等待檢測，直到總線(xiàn)變低后再占領(lǐng)總線(xiàn)。

　　圖3 總線(xiàn)檢測電路

　　隔離485電路

　　使用ADI的ADM2483芯片進(jìn)行接口電平轉換(圖4)，該芯片屬于隔離485，雙電源供電輸入輸出隔離。

　　圖4 隔離485電路

　　軟件設計

　　主機程序部分需要實(shí)現各從機上傳數據的接收、處理和上傳。主機接收子單元信息通過(guò)一個(gè)RS485串口實(shí)現，數據格式為16進(jìn)制，數據位8位，1 個(gè)起始位，1個(gè)結束位，無(wú)寄偶校驗位，波特率9600bps。采用串行口中斷的方式接收，主機程序初始化完成后等待各從機發(fā)送信息，當主機接收到第一個(gè)字節后，判斷該字節是否為設備號，如果不是設備號，接收個(gè)數清零，如果是設備號繼續接收第二個(gè)字節;判定第二個(gè)字節是否為正確的功能碼，如果功能碼錯誤，接收個(gè)數清零重新接收，功能碼正確;接收第三個(gè)字節，該字節為從單元發(fā)送信息的字節個(gè)數x，計算從單元發(fā)送總字節個(gè)數為M=X+3+2,3個(gè)開(kāi)頭字節和2個(gè) CRC校驗碼，主機接收到M個(gè)字節后，首先判斷CRC校驗碼是否正確，錯誤舍棄所有信息，正確則把從單元的信息保存到數據區，該次接收結束，主機繼續等待接收。

　　信息的上傳通過(guò)一個(gè)RS232串口實(shí)現。當主機接收到從機信息后，進(jìn)行數據的處理，發(fā)現從單元信息發(fā)生變化，主機準備把從機信息發(fā)送到上位機，首先重新初始化發(fā)送緩沖區，然后通過(guò)中斷的方式依次發(fā)送信息到上位機，發(fā)送信息包括設備號、功能碼、發(fā)送字節個(gè)數、信息字節和CRC校驗碼。

　　主機單元接收數據流程圖示于圖5。

　　圖5 程序流程圖

　　結語(yǔ)

　　筆者所設計的系統實(shí)現了開(kāi)關(guān)信號的多點(diǎn)監測，一個(gè)主機單元，32個(gè)從機單元，每個(gè)從機單元監測32個(gè)開(kāi)關(guān)，該系統共可監測1024個(gè)開(kāi)關(guān)，使用 9600bps的波特率。采用主從召換的方式，開(kāi)關(guān)信號監測的反應時(shí)間一般要用20-30s，使用該種總線(xiàn)檢測的方式，開(kāi)關(guān)信號的反應速度最慢也不超過(guò) 1s，快時(shí)只有幾百ms，大大提高反應時(shí)間，并且由于不用時(shí)時(shí)召喚，總線(xiàn)數據流少，提高了總線(xiàn)的穩定性。

　　參考文獻：

　　1. 李朝青著(zhù)，PC機及單片機數據通信技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社

　　2 田澤著(zhù)，嵌入式系統開(kāi)發(fā)與應用，北京航空航天大學(xué)出版社