1、导言
在工业操控及丈量范畴较为常用的网络之一便是物理层选用RS-485通讯接口所组成的工控设备网络。这种通讯接口能够非常便利地将许多设备组成一个操控网络。从现在处理单片机之间中长间隔通讯的许多计划剖析来看，RS-485总线通讯形式因为具有结构简略、价格低廉、通讯间隔和数据传输速率恰当等特色而被广泛运用于仪器仪表、智能化传感器集散操控、楼宇操控、监控报警等范畴。但RS485总线存在自适应、自维护功用软弱等缺陷，如不留意一些细节的处理，常呈现通讯失利乃至体系瘫痪等毛病，因而进步RS-485总线运转牢靠性至关重要。
2、硬件电路规划中需留意的问题
图1 RS485通讯接口原理
2.1 电路根本原理
某节点的硬件电路规划如图1所示，在该电路中，运用了一种RS-485接口芯片SN75LBC184，它选用单一电源Vcc，电压在＋3～＋5.5 V范围内都能正常作业。与一般的RS-485芯片比较，它不但能抗雷电的冲击而且能接受高达8 kV的静电放电冲击，片内集成4个瞬时过压维护管，可接受高达400 V的瞬态脉冲电压。因而，它能明显进步防止雷电损坏器材的牢靠性。对一些环境比较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需求任何外加维护元件。该芯片还有一个共同的规划，当输入端开路时，其输出为高电平，这样可确保接纳器输入端电缆有开路毛病时，不影响体系的正常作业。别的，它的输入阻抗为RS485规范输入阻抗的2倍（≥24 kΩ），故能够在总线上衔接64个收发器。芯片内部规划了限斜率驱动，使输出信号边缘不会过陡，使传输线上不会产生过多的高频重量，然后有用扼制电磁搅扰。在图1中，四位一体的光电耦合器TLP521让单片机与SN75LBC184之间彻底没有了电的联络，进步了作业的牢靠性。根本原理为：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（＋5 V），选中RS485接口芯片的DE端，答应发送。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（0 V），选中RS485接口芯片的RE端，答应接纳。SN75LBC184的R端（接纳端）和D端（发送端）的原理与上述相似。
2.2 RS-485的DE操控端规划
在RS-485总线构筑的半双工通讯体系中，在整个网络中任一时刻只能有一个节点处于发送状况并向总线发送数据，其他一切节点都必须处于接纳状况。假如有2个节点或2个以上节点一起向总线发送数据，将会导致一切发送方的数据发送失利。因而，在体系各个节点的硬件规划中，应首要力求防止因反常状况而引起本节点向总线发送数据而导致总线数据抵触。以MCS51系列的单片机为例，因其在体系复位时，I/O口都输出高电平，假如把I/O口直接与RS-485接口芯片的驱动器使能端DE相连，会在CPU复位期间使DE为高，然后使本节点处于发送状况。假如此刻总线上有其他节点正在发送数据，则此次数据传输将被打断而告失利，乃至引起整个总线因某一节点的毛病而通讯堵塞，继而影响整个体系的正常运转。考虑到通讯的安稳性和牢靠性，在每个节点的规划中应将操控RS485总线接口芯片的发送引脚规划成DE端的反逻辑，即操控引脚为逻辑“1”时，DE端为“0”；操控引脚为逻辑“0”时，DE端为“1”。在图1中,将CPU的引脚P1.6经过光电耦合器驱动DE端，这样就能够使操控引脚为高或许反常复位时使SN75LBC184一直处于接纳状况，然后从硬件上有用防止节点因反常状况而对整个体系形成的影响。这就为整个体系的通讯牢靠奠定了根底。
此外，电路中还有1片看门狗MAX813L，能在节点产生死循环或其他毛病时，主动复位程序，交出RS-485总线操控权。这样就能确保整个体系不会因某一节点产生毛病而独占总线，导致整个体系瘫痪。
2.3 防止总线抵触的规划
当一个节点需求运用总线时，为了完成总线通讯牢靠，在有数据需求发送的状况下先侦听总线。在硬件接口上，首要将RS-485接口芯片的数据接纳引脚反相后接至CPU的中止引脚INT0。在图1中，INT0是连至光电耦合器的输出端。当总线上有数据正在传输时，SN75LBC184的数据接纳端（R端）表现为改动的凹凸电平，运用其产生的CPU下降沿中止（也可选用查询方法），能得知此刻总线是否正“忙”，即总线上是否有节点正在通讯。假如“闲暇”，则能够得到对总线的运用权限，这样就较好地处理了总线抵触的问题。在此根底上，还能够界说各种音讯的优先级，使高优先级的音讯得以优先发送，然后进一步进步体系的实时性。选用这种作业方法后，体系中现已没有主、从节点之分，各个节点对总线的运用权限是相等的，然后有用防止了单个节点通讯担负较重的状况。总线的运用率和体系的通讯功率都得以大大进步，然后也使体系呼应的实时性得到改进，而且即便体系中单个节点产生毛病，也不会影响其他节点的正常通讯和正常作业。这样使得体系的“风险”分散了，从某种程度上来说增强了体系的作业牢靠性和安稳性。
2.4 RS-485输出电路部分的规划
在图1中，VD1～VD4为信号限幅二极管,其稳压值应确保契合RS-485规范，VD1和VD3取12 V,VD2 和VD4取7 V,以确保将信号起伏限定在-7～+12 V之间，进一步进步抗过压的才干。考虑到线路的特殊状况（如某一节点的RS-485芯片被击穿短路），为防止总线中其他分机的通讯受到影响，在SN75LBC184的信号输出端串联了2个20 Ω的电阻R1和R2，这样本机的硬件毛病就不会使整个总线的通讯受到影响。在运用体系工程的现场施工中，因为通讯载体是双绞线，它的特性阻抗为120 Ω左右，所以线路规划时，在RS485网络传输线的始端和结尾应各接1个120 Ω的匹配电阻（如图1中的R3），以削减线路上传输信号的反射。
2.5体系的电源挑选
关于由单片机结合RS-485组成的测控网络，应优先选用各节点独立供电的计划，一起电源线不能与RS-485信号线共用同一股多芯电缆。RS-485信号线宜选用截面积0.75 mm2以上的双绞线而不是平直线,而且选用线性电源TL750L05比选用开关电源更适宜。TL750L05必须有输出电容，若没有输出电容，则其输出端的电压为锯齿波形状，锯齿波的上升沿随输入电压改动而改动，加输出%&&&&&%后，能够按捺该现象。
3、软件的编程
SN75LBC184在接纳方法时，A、B为输入，R为输出；在发送方法时，D为输入，A、B为输出。当传送方向改动一次后，假如输入未改动，则此刻输出为随机状况，直至输入状况改动一次，输出状况才确认。明显，在由发送方法转入接纳方法后，假如A、B状况改动前，R为低电平，在第一个数据开端位时，R仍为低电平，CPU以为此刻无开端位，直到呈现第一个下降沿，CPU才开端接纳第一个数据，这将导致接纳过错。由接纳方法转入发送方法后，D改动前，若A与B之间为低电压，发送第一个数据开端位时，A与B之间仍为低电压，A、B引脚无开端位，同样会导致发送过错。战胜这种结果的计划是：主机接连发送两个同步字，同步字要包括屡次边缘改动(如55H ，0AAH)，并发送两次(第一次或许接纳过错而疏忽) ，接纳端收到同步字后，就能够传送数据了，然后确保正确通讯。
为了更牢靠地作业，在RS485总线状况切换时需求恰当延时，再进行数据的收发。详细的做法是在数据发送状况下，先将操控端置“1”，延时0.5 ms左右的时刻，再发送有用的数据，数据发送完毕后，再延时0.5 ms，将操控端置“0”。这样的处理会使总线在状况切换时，有一个安稳的作业进程。数据通讯程序根本流程图如图2所示。
图2 数据通讯程序根本流程图
单片机通讯节点的程序根本上能够分为6个首要部分，分别为预界说部分、初始化部分、主程序部分、设备状况检测部分、帧接纳部分和帧发送部分。预界说部分首要界说了通讯中运用的握手信号，用于保存设备信息的缓冲区和保存本节点设备号的变量。设备状况检测部分应能在程序初始化后，当硬件产生毛病时，作出相应的反响。主程序部分应能接纳指令帧，并依据指令的内容作出相应的回应。为缩短篇幅，这儿仅给出主程序部分的代码。如下所示：
/* 主程序流程*/
while(1) { //主循环
if(recv_cmd(&type)==0) //产生帧过错或帧地址与本机
//地址不符，丢掉当时帧后回来
continue;
switch(type) {
case __ACTIVE_: //主机问询从机是否存在
send_data(__OK_, 0,dbuf);//发送应对信息
break;
case __GETDATA_:
len = strlen(dbuf);
send_data(__STATUS_, len,dbuf);//发送状况信息
break;
default:
break; //指令类型过错，丢掉当时帧后回来
}
}
4、定论
RS-485因为运用了差分电平传输信号，传输间隔比RS-232更长，最多能够到达3000 m，因而很合适工业环境下的运用。但与CAN总线等更为先进的现场工业总线比较，其处理过错的才干还稍显差劲，所以在软件部分还需求进行特别的规划，以防止数据过错等状况产生。别的，体系的数据冗余量较大，关于速度要求高的运用场所不适宜用RS-485总线。尽管RS-485总线存在一些缺陷，但因为它的线路规划简略、价格低廉、操控便利，只需处理好细节，在某些工程运用中依然能发挥杰出的效果。总归，处理牢靠性的关键在于工程开端施工前就要全盘考虑可采纳的办法，这样才干从根本上处理问题，而不要比及工程后期再去亡羊补牢。
