RS485總線(xiàn)在智能供電系統中的應用

1引言

　　本文介紹的分布式公寓智能供電管理系統以一臺主控上位PC機為核心，以RS485協(xié)議為基礎，通過(guò)串口連接多臺下位機。下位機以TMS320LF2407DSP為主控芯片。由于下位機要完成每個(gè)房間電壓、電流信號的實(shí)時(shí)采集、電量實(shí)時(shí)計算與負載實(shí)時(shí)識別等多項任務(wù)，算法中包含FFT，計算量大，算法復雜，下位機采用DSP芯片是合理的選擇?？紤]到DSP原開(kāi)發(fā)軟件提供的數據庫函數有限，故該系統將一些實(shí)時(shí)性要求不高的任務(wù)，如參數設定、波形顯示、電能報表輸出等交由上位機處理。本文重點(diǎn)介紹了系統中上下微機之間的串行通訊設計。

2串行通信接口硬件電路設計

　　2.1RS485串行通信標準及MAX485簡(jiǎn)介

　　RS485標準是美國電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì )（EIA）制定的以雙絞線(xiàn)作傳輸線(xiàn)的多點(diǎn)通信標準，采用平衡發(fā)送和差分接收，具有較強的抗共模干擾能力，允許雙絞線(xiàn)上一個(gè)發(fā)送器驅動(dòng)32個(gè)負載設備。它解決了RS232標準傳輸距離近、信號易受干擾的問(wèn)題，是工業(yè)上廣泛采用的串行通信標準。

　　MAX485是MAXIM公司推出的低功耗串行收發(fā)器芯片，該芯片支持RS485協(xié)議，采用單+5V電源工作，內部有一個(gè)接收器和驅動(dòng)器，其電路原理圖見(jiàn)圖1。圖中RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動(dòng)器的輸入，當與DSP芯片連接時(shí)應分別與SCIRXD和SCITXD端相連;/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)，當DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，由于MAX485工作在半雙工狀態(tài)，發(fā)送和接收共用同一物理信道，該信道必須分時(shí)復用，圖中的/RE和DE連接端即為控制信號端。MAX485的A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當A引腳電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數據為1;當A腳電平低于B時(shí)，代表發(fā)送的數據為0。

　　2.2DSP通信模塊介紹

　　TMS320LF2407DSP內部有專(zhuān)用的串行通信模塊（SCI），可支持異步串行通信和多處理器通信，其接收器和發(fā)送器是雙緩沖的,收發(fā)端均有獨立的使能和中斷標志位，可以半雙工或全雙工工作。SCI模塊包括SCIRXD（串行通信數據接收）和SCITXD（串行通信數據發(fā)送）兩個(gè)外部引腳及7個(gè)控制類(lèi)寄存器和3個(gè)數據類(lèi)寄存器。通過(guò)初始化控制類(lèi)寄存器，可設置數據格式、中斷使能、中斷優(yōu)先級、波特率等參數。發(fā)送數據時(shí)，寫(xiě)1到TXWAKE，將數據寫(xiě)入發(fā)送數據緩沖寄存器SCITXBUF即可啟動(dòng)一次串行發(fā)送;接收數據時(shí)，從SCIRXD引腳串行移入數據，存儲在SCIRXBUF中，供CPU讀取。

　　2.3PC機與DSP串行通信接口電路

　　由于普通PC機上僅配有RS232接口，若要利用上位微機的串行口來(lái)實(shí)現RS485標準通信，必須進(jìn)行RS232與RS485接口轉換。本設計采用瑞賽特8520接口卡將串行口的RS232標準電平轉換成與TTL電平兼容的RS485標準電平，該接口卡使用簡(jiǎn)便、無(wú)需再增加任何外圍器件，就可利用標準的PC硬件來(lái)輕松構造工業(yè)級的長(cháng)距離通信系統。另外，DSP芯片的工作電壓為+3.3V，而MAX485的工作電壓為+5V，設計時(shí)在二者之間添加了光隔電路，光隔電路既實(shí)現了電平轉換，又防止了系統模塊與通信模塊在電氣上相互之間的影響。PC機與DSP的串行通信硬件接口電路原理圖如圖1所示。圖中MAX485的接收使能和發(fā)送使能引腳共同由DSP的PC2口控制，以選擇某一時(shí)刻是接收使能還是發(fā)送使能。同時(shí)，為保證與傳輸線(xiàn)阻抗匹配，在差分端口A(yíng)與B之間跨接了120Ω匹配電阻，以消除通信線(xiàn)路中的信號反射。

3串口通訊軟件設計

　　3.1通信協(xié)議

　　為保證串行通信的準確性和可靠性，上、下位機通信雙方必須具有相同的通訊協(xié)議，即相同的波特率及信息傳送格式。因此，本設計規定：

　?。?）通信雙方的波特率為9600bps;

　?。?）TMS320LF2407DSP內部的SCI模塊提供了兩種多機通信模式：空閑線(xiàn)模式和地址位模式，本文中DSP通信采用了較簡(jiǎn)單的地址位模式，以保證上位機同所選擇的下位機可靠通信。因此幀數據格式定義為：8位數據位、1位地址/數據識別位（1表示地址、0表示數據）、1位停止位、無(wú)奇偶校驗位;