電表設計中的紅外和RS-485通信
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在設計電表時(shí)，通信往往是最后考慮的問(wèn)題。目前的電表設計需要收集越來(lái)越多的信息，并且能夠自動(dòng)地把這些信息傳輸到電力公司。在max3120電表參考設計中，通信子系統的工作既是用于這一目的。
為什么要進(jìn)行通信？
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/21406.htm在設計電表時(shí)，通信往往是最后考慮的問(wèn)題。傳統電表使用老式的被動(dòng)通信方式傳輸用電信息：抄表員定期抄表并讀取數值。而新一代電表需要收集的信息越來(lái)越多。如果對工作人員進(jìn)行培訓，用手工方式從每個(gè)電表收集大量數據，并且還要滿(mǎn)足精度要求，似乎是不切實(shí)際的想法。取而代之的是利用電子裝置自動(dòng)把用電信息傳輸到電力公司。在max3120電表參考設計中，通信子系統既是用于這一目的。
兩個(gè)通道
max3120電表參考設計中包括兩個(gè)通信通道：一個(gè)用于與手持終端通信的紅外(ir)通道，另一個(gè)是完全隔離的多點(diǎn)rs-485通道。
兩個(gè)通道使用相同的通信協(xié)議，但具體工作情況有所不同。紅外通道始終是點(diǎn)對點(diǎn)模式；手持終端每次只能與一個(gè)電表通信。由于手持終端不能同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)電表，因此電表可單方面響應廣播消息。但是，在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，這種工作方式會(huì )導致嚴重的數據沖突。
rs-485通道的工作情況與之不同。由于網(wǎng)絡(luò )中有許多電表(雖然不會(huì )有一個(gè)以上的主機)，沒(méi)有電表能夠發(fā)送數據包以響應網(wǎng)絡(luò )廣播。主機發(fā)出一個(gè)消息后，主機收發(fā)器需要經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，為接收數據做好準備。因此，謹慎的措施是在電表響應之前設置一個(gè)傳輸延時(shí)，以防數據丟失。
通信原理
盡管有傳輸通道之分，通信協(xié)議所使用的原理卻是相同的。首先，鏈路特征相同：通道以1200比特每秒的速率進(jìn)行通信，處于異步工作方式，使用一個(gè)終止位和偶校驗。其次，如圖1所示，鏈接協(xié)議是相同的。最后，用于兩個(gè)通道的命令含義相同：在ir通道上發(fā)送命令，與在rs-485通道上發(fā)送命令所起到的作用相同。
圖1. 通信協(xié)議示意圖
數據包具有以下結構：
開(kāi)始標志: 1個(gè)字節，0x68.電表地址: 6個(gè)字節，為變量。網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)電表都具有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò )地址。相比之下，主機(運行網(wǎng)絡(luò )的個(gè)人計算機或手持終端)沒(méi)有地址；主機用來(lái)啟動(dòng)所有通信過(guò)程，是電表發(fā)送任何消息的目標。因此，地址字段的功能是主機向電表發(fā)送消息的目標地址，以及電表向主機發(fā)送消息的源地址。地址99 99 99 99 99 99作為廣播地址予以保留。
分隔符號: 一個(gè)字節，0x68.
命令字節: 一個(gè)字節，具有以下格式：
命令字節中包括如下字段：
一個(gè)方向位: 當數據包由主機發(fā)送給電表時(shí)清零，當數據包由電表發(fā)送給主機時(shí)置1。一個(gè)誤差位: 用于指示電表檢測到主機發(fā)送的消息中存在誤碼。
一個(gè)冗余位: 指示電表對某條消息的響應時(shí)間過(guò)長(cháng)，該消息已被劃分成多條消息。
一個(gè)功能字段：:
0x01: 讀操作，表示主機要求讀取電表的某些寄存器值。
0x02: 讀下一個(gè)數據，表示主機接收到多條消息標記，要求讀取下一部分。
0x03: 重讀操作，指示主機沒(méi)有正確接收上一個(gè)消息段，要求重新發(fā)送該消息段。
0x04: 寫(xiě)操作，主機要求在電表寄存器中存儲一個(gè)值。這個(gè)數據包括2個(gè)字節的寄存器地址長(cháng)度可變的數據。
0x08: 同步操作。這個(gè)數據字段包含時(shí)間和日期。如果電表的內部時(shí)鐘與消息中給出的時(shí)間和日期不同，并且相差小于10分鐘，那么內部時(shí)鐘調整為給出的時(shí)間，否則，內部時(shí)間不變，返回一個(gè)誤差指示信號。
0x0a: 設置網(wǎng)絡(luò )地址，始終是一條廣播消息。該數據字段包含6個(gè)字節的地址，電表將它作為網(wǎng)絡(luò )地址。電表的設置地址按鈕激活表明它接受該地址。
0x0c: 改變波特率命令。波特率可以更改為給定的速率，但只在本次事務(wù)中有效，以后又會(huì )恢復到1,200bps。
0x0f: 改變密碼命令。該數據字段包含8個(gè)字節，包含：(1) 超級用戶(hù)密碼標志符(通常為零); (2) 超級用戶(hù)密碼; (3) 改變密碼的標志符；(4) 新密碼。
0x10: 清除最大需求量寄存器命令。當電表接收到該命令時(shí)，會(huì )清零全月中幾個(gè)子域中的最大需求寄存器。
長(cháng)度標記: 一個(gè)字節。表示整個(gè)消息的長(cháng)度，從開(kāi)始標志到終止標志。
數據: 變量。
校驗和: 一個(gè)字節。這是消息中所有字節以256為模后的求和數，從開(kāi)始標志到終止標志。 紅外通道工作特性。
終止標志：一個(gè)字節，0x16。
紅外通道工作特性
紅外通道按照簡(jiǎn)單的音頻調制技術(shù)工作。即有紅外光束(38khz調制頻率，波長(cháng)850nm)時(shí)表示‘0’，無(wú)紅外光束表示‘1’。下圖(圖2)顯示了字母‘a(chǎn)’ (0x41)的傳輸過(guò)程。
圖2. 紅外通道音頻調制技術(shù)示意圖
通過(guò)max3120 cpu中的調制器傳輸紅外線(xiàn)的物理通道很容易實(shí)現，該調制器集成了其中一個(gè)定時(shí)通道的輸出和其中一個(gè)uart通道。通過(guò)一個(gè)外部集成的紅外接收器進(jìn)行解調(圖3)。
圖3. 一個(gè)外部集成的紅外接收器，用于解調
rs-485通道工作特性
rs-485通道有兩個(gè)特殊要求，因此比紅外通道更加復雜：rs-485通道采用精確的半雙工通信，必須與線(xiàn)纜進(jìn)行電氣隔離。第一個(gè)必要條件可以借助于maxim的半雙工收發(fā)器實(shí)現，可達到滿(mǎn)意的效果。第二個(gè)必要條件可以通過(guò)使用價(jià)格低廉的光藕進(jìn)行電氣隔離，見(jiàn)圖4。
圖4. 通過(guò)使用一個(gè)maxim的半雙工收發(fā)器和價(jià)格低廉的光耦實(shí)現rs-485通信
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