Application of RS-485 Bus in Many Nodes and Far Distance
Communication System

DENG Zhongyi

(Electronic Engineering Department of Luoding Vocational and Technological College,?
Luoding 527200, China)

　　Key words: communication systems; RS-485 interface; chip; hardware; software

1SN65HVD3082E接口芯片介紹
　　SN65HVD3082E芯片是一款為RS-485數據總線網絡而設計的半雙工的收發器。它由+5V供電，與TIA/EIA-485A標準完全兼容。通過控制輸出轉換時序，它能夠在長距離雙絞線電纜上傳輸高達200kbps速率的信號。它的供電電流極低，一般小于0.6mA，當處于不活動的關閉模式時，供電電流只有幾個nA，所以特別適合于低功耗方面的應用。它具有寬的共模抑制范圍和高靜電放電保護能力，因此，適用于噪聲容限要求很高的場合。SN65HVD3082E與SN75176的工業標準封裝相匹配。它的上電復位電路能使輸出保持高阻狀態直至供電電壓穩定，其熱關斷功能還可以保護芯片不因系統故障而損壞。它的管腳圖如圖1所示，內部功能圖如圖2所示。其他特性還有：在一條總線上可以多達256個節點；總線引腳上的防靜電保護超過16kV，接收器帶故障保護。

2.1系統總體設計
　　系統由一臺IBM-PC機和多個AT89C52單片機構成，采用主從式結構，以AT89C52芯片為核心的從機既可以獨立地完成數據處理和控制任務，又可以將數據傳給上位PC機。PC機將這些數據進行處理、顯示、打印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現集中管理和最優控制。它們之間的通信由SN65HVD3082E芯片完成。組成框圖如圖3所示。在接口之間接有匹配電阻，用于吸收總線上的反射信號，保證正常傳播信號干凈、無毛刺(其取值與總線的特性阻抗相當)。當總線上沒有信號傳輸時，總線處于懸浮狀態，容易受干擾信號的影響。在總線上，差分信號的正端和+5V電源間接一個10kΩ的電阻；正端和負端之間也接一個10kΩ的電阻；負端和地之間再接一個10kΩ的電阻，形成一個電阻網絡。當總線上沒有信號傳輸時，正端的電平大約為3.2V，負端的電平大約為1.6V，即使有干擾信號，也很難產生串行通信的起始信號0，從而增加了總線抗干擾的能力。
2.2RS232/RS485的轉換部分
　　選用DAQ485A系列產品DAQ485A-6N作為RS-232/RS-485轉換器。其一端為DB9S插頭，可直接與PC機的RS-232口相連，而其另一端為四端子接線座，分別為A、B、GND、VCC。可由計算機RS-232口直接供電，亦可在VCC和GND間外接+5V直流電源；DQ485A轉換器內部具有自動處理功能，外部電源不影響內部竊電，內部竊電亦不影響外部電源，因此，兩者可分而供之，亦可同時供之。DAQ485A-6N系列使用了TI的E系列ESD保護器件，因此，適合于長線室外使用。圖4是RS-232/RS-485轉換器與RS-485的連線圖。

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　　本系統軟件設計以Windows 98為平臺，采用Delphi和C++語言設計，下面僅介紹上下位機通信及界面的主要程序的設計思想和設計方法。通信軟件必須符合RS-485協議標準。因此上位機與下位機之間嚴格實行主從結構形式的通信方式，上位機為主，下位機為從。一切都由主機控制，任一時刻主機只與一臺從機傳輸信息，從機之間不能直接通信，若要通信可通過主機實觀。數據通信波特率定為9600波特，每個從機都有唯一的地址號，用來區分各從機。單片機的數據通信由串口完成，定時器T1為波特發生器，數據傳送格式為1位起始位，8位數據位，1位停止位，1位可編程位(TB8)。工作方式：定時器T1設置為方式2，串口設置為工作方式3。單片機通過中斷方式發送和接收數據。由于RS-485是一種半雙工通信方式，發送與接收共用同一物理信道。各任何時刻只允許一臺單機處于發送狀態。因此，要求應答的單機必須在偵聽到總線上呼叫信號已經發送完畢，且沒有其他單機發出應答信號的情況下才能應答。主從機的時序有嚴格的要求，若配合不好會發生總線沖突，使系統的通信癱瘓，無法正常。應采取的措施：(1)復位時，主從機均應處于接收狀態。在軟件設計時，應使系統上電或正式通信前對串口做幾次空操作，清除端口的非法數據和命令；(2)控制端RE和DE信號的有效脈寬應大于發送或接收一幀信號的寬度；(3)總線上所連接的各單機的發送控制信號在時序上應完全隔開，避免總線沖突。主機程序流程圖如圖5所示，下位機通信框圖如圖6所示。

　　由于RS485總線傳輸距離長(1200米以上)，而且其傳輸線通常暴露于戶外，因此極易因為雷擊等原因遭受過電壓的沖擊。而RS-485收發器工作電壓較低(+5V左右)，其本身耐壓也非常低(-7V～+12V)，一旦遭受過電壓的沖擊，就會被擊穿損壞。在有強烈的浪涌電能出現時，甚至會使收發器爆裂，線路板燒焦。因此，除采用防護電路、選擇優質的防護器件、良好的PCB板設計之外，還采用可靠的接地技術(接地電阻不能超過10Ω)。
　　由RS-485總線構成的多節點遠距離通信系統可用于倉庫通信、電視監控、機器人焊接、考勤機、水表集抄、高速公路收費、脈沖功率裝置、數據采集、工業控制等諸多系統中。它具有傳輸距離遠、抗干擾能力強、價格低、穩定性好、電路簡單等許多優點，應用前景廣闊。