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深圳市天地華杰科技有限公司北京公司

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提高485通信速率的方法

發布單位:深圳市天地華杰科技有限公司北京公司     發布時間:2008-12-11  

    提高RS485總線通信速度的一種設計
      引言
      工業現場經常要采集多點數據,模擬信號或開關信號,一般用到RS485總線,使用一主帶多從的通信方式,該種方式接線方便只需要兩根屏蔽電纜線,通信距離遠最大可支持1500m,加深圳市天地華杰公司的中繼器(TD-109)還可延長通信距離,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(見圖1),召喚到哪個單元哪個單元上傳數據,總線的使用權完全由主單元分配,各子單元不能擅自占領總線。如果系統的單元多,主單元循環采集一周的時間就很長,子單元信息變化時不能及時發送給主單元,導致系統對突變事件的反應處理速度慢。本文通過總線狀態檢測、從機主動上發的方式解決。
   
    圖1 常規RS485總線主從方式接口圖
      硬件設計
      整個系統由主單元和多個子單元組成(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,總線開放,可外擴程序存儲器FLASH和數據存儲器SDRAM,該系統外擴了SST公司生產的39VF1601和現代生產的HY57V641620HG,2個UART串行接口,使用ADI的隔離RS485芯片ADM2483進行接口電平轉換,總線狀態檢測使用74HC125三態門芯片。
      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
      電源電路采用開關電源供電,開關電源輸入電壓范圍比較寬,輸出直流電壓5V,通過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DC-DC模塊得到。
      總線檢測電路
      總線狀態檢測使用74HC125三態門芯片和單片機的兩個I/O(圖3),當系統都不使用總線時,每個單元的74HC125都輸出高阻狀態,此時總線為低電平,當有單元要使用總線時,他首先檢測總線狀態,如果總線為低電平,該單元迅速把74HC125改為輸出狀態,此時總線變為高電平,該單元占領總線,往總線上發送數據,發送數據完成再把74HC125改為高阻狀態。如果檢測到總線是高電平,等待檢測,直到總線變低后再占領總線。
   
    圖3 總線檢測電路
      隔離485電路
      使用ADI的ADM2483芯片進行接口電平轉換(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一個RS485串口實現,數據格式為16進制,數據位8位,1 個起始位,1個結束位,無寄偶校驗位,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送信息,當主機接收到第一個字節后,判斷該字節是否為設備號,如果不是設備號,接收個數清零,如果是設備號繼續接收第二個字節;判定第二個字節是否為正確的功能碼,如果功能碼錯誤,接收個數清零重新接收,功能碼正確;接收第三個字節,該字節為從單元發送信息的字節個數x,計算從單元發送總字節個數為M=X+3+2,3個開頭字節和2個 CRC校驗碼,主機接收到M個字節后,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。
    信息的上傳通過一個RS232串口實現。當主機接收到從機信息后,進行數據的處理,發現從單元信息發生變化,主機準備把從機信息發送到上位機,首先重新初始化發送緩沖區,然后通過中斷的方式依次發送信息到上位機,發送信息包括設備號、功能碼、發送字節個數、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
      徐龍輝所設計的系統實現了開關信號的多點監測,一個主機單元,32個從機單元,每個從機單元監測32個開關,該系統共可監測1024個開關,使用 9600bps的波特率。采用主從召換的方式,開關信號監測的反應時間一般要用20-30s,使用該種總線檢測的方式,開關信號的反應速度最慢也不超過 1s,快時只有幾百ms,大大提高反應時間,并且由于不用時時召喚,總線數據流少,提高了總線的穩定性。
   

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