RS-485总线通信系统的可靠性措施

一、问题的提出

在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS-485通信接口所组成的工控设备网络。这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看,RS-485总线通信模式由于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点,如不注意一些细节的处理,常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障,因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。

图1RS485通信接口原理图

二、硬件电路设计中需注意的问题

1、电路基本原理

某节点的硬件电路设计如图1所示,在该电路中,使用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184,它采用单一电源Vcc,电压在+3～+5.5V范围内都能正常工作。与普通的RS-485芯片相比,它不但能抗雷电的冲击而且能承受高达8kV的静电放电冲击,片内集成4个瞬时过压保护管,可承受高达400V的瞬态脉冲电压。因此,它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场,可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计,当输入端开路时,其输出为高电平,这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时,不影响系统的正常工作。另外,它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍(≥24kΩ),故可以在总线上连接64个收发器。芯片内部设计了限斜率驱动,使输出信号边沿不会过陡,使传输线上不会产生过多的高频分量,从而有效扼制电磁干扰。在图1中,四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系,提高了工作的可靠性。基本原理为:当单片机P1.6=0时,光电耦合器的发光二极管发光,光敏三极管导通,输出高电压(+5V),选中RS485接口芯片的DE端,允许发送。当单片机P1.6=1时,光电耦合器的发光二极管不发光,光敏三极管不导通,输出低电压(0V),选中RS485接口芯片的RE端,允许接收。SN75LBC184的R端(接收端)和D端(发送端)的原理与上述类似。