改進的RS485通信電路

李　淼, 朱懷娟, 吳義純

(1.國網(wǎng)安徽省電力公司培訓(xùn)中心， 安徽　合肥　230022；2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽　合肥　230051；3.國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽　合肥　230022)

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改進的RS485通信電路

李淼1,2, 朱懷娟3, 吳義純1,2

(1.國網(wǎng)安徽省電力公司培訓(xùn)中心， 安徽合肥230022；2.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 安徽合肥230051；3.國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽合肥230022)

在自動化領(lǐng)域，智能設(shè)備之間的通信占有重要的地位。RS485串行通信方式可以采集遠(yuǎn)程信息和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。針對RS485典型通信電路存在的不足，本文充分利用485芯片的技術(shù)特點設(shè)計了通信電路，并成功地應(yīng)用到電力諧波檢測終端中。

串行通信；RS485

0　引言

在自動化領(lǐng)域，各類智能設(shè)備之間需要交換大量的信息，通信就占有重要的地位。常見的通信方式有并行、串行通信。并行通信速度快但占用口線多，一般只適用于芯片間的信息傳輸；串行占用口線少，適用于遠(yuǎn)距離通信。串行通信又分為RS232、RS422、RS485、USB、1394等，其中RS485具有傳輸距離遠(yuǎn)、成本低、易編程等特點，被大量使用。硬件設(shè)計人員一般根據(jù)芯片的技術(shù)規(guī)格書設(shè)計應(yīng)用電路，即典型應(yīng)用電路。作者經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)RS485的典型應(yīng)用電路存在不足，本文充分利用485芯片的技術(shù)特點重新設(shè)計了通信電路。

1　RS485總線簡介

RS485又稱為EIA-485是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。一般采用兩線制傳輸，利用兩線間的電壓差及差分電壓進行數(shù)據(jù)傳輸。RS485可以滿足通信距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強，傳輸速率高的要求。通過RS485總線連接的智能設(shè)備可以形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，滿足了網(wǎng)絡(luò)信息化的需要。一臺主機可以同時控制多臺從機，這種一對多的主從通信方式極大的提高了通信的效率，也節(jié)省了通信成本。

RS485通信的特點如下：

(1)信號定義

RS485采用二線差分平衡傳輸：

邏輯0：差分信號-2500～-200mv；

邏輯1：差分信號+2500～+200mv；

高阻狀態(tài)：差分信號-200～+200mv。

(2)RS485采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強。

(3)RS485最大的通信距離約為1200m，最大傳輸速率為10Mbps。

(4)RS485僅規(guī)定了接受端和發(fā)送端的電氣特性，它對數(shù)據(jù)協(xié)議未做規(guī)定，因此在通信方案中的協(xié)議要另行設(shè)計，但必須滿足RS485的物理傳輸要求。

(5)一般采用兩線制半雙工通信方式，信息可以雙向傳輸，但不能同時進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。也可以采用四線制，全雙工通信方式，這樣就可以實現(xiàn)同時收發(fā)數(shù)據(jù)。

2　常見的RS485集成收發(fā)器

2.1半雙工通信的485芯片

常用的有SN75176、SN75276、SN75LBC184、[1]MAX485、MAX1487、MAX3082、MAX1483、SP3485等，圖1為半雙工通信電路示意圖。

圖1　半雙工通信電路

2.2全雙工通信的485芯片

常用的有SN75179、SN75180、MAX488～MAX491、MAX1482 等，圖2為全雙工通信電路示意圖。

圖2　全雙工通信電路

3　SP3485 技術(shù)規(guī)格

SP3485[2]是EXAR公司出品的半雙工RS485集成收發(fā)器，常用于電力儀表中。

引腳功能：

圖3　SP3485引腳圖

名稱功能RO接收數(shù)據(jù)的輸出端RE接收使能端DE發(fā)送使能端DI發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入端GND電源地A輸入輸出總線B輸入輸出總線VCC電源

發(fā)送狀態(tài)真值表：

輸入端/DI使能端/DE輸出端AB功能HHHL總線高LHLH總線低XLZZ關(guān)閉發(fā)送功能

接收裝態(tài)真值表：

差分輸入端Vid=VA-VB使能端/RE輸出端/RO功能Vid>Vit+LH收到高Vit+

H：高電平；L:低電平；Z：高阻態(tài)；X：無關(guān)；Vit+典型值0.2V；Vit-典型值-0.2V。

4　RS485典型通信電路

圖4　RS485典型通信電路

圖4是按照SP3485的規(guī)格書直接設(shè)計的485通信電路，圖中U1～U3是普通光耦器件，可以選用TLP521、PC817、EL817、NEC2501等，適用于低速波特率，如果要求高速通信可以更換為高速光耦器件，如6N137等，U4是SP3485。該電路具有顯著特點：

(1)硬件上，RO、DI分別連接到CPU的SCIRXD、SCIRXD引腳。兩個收發(fā)使能腳RE、DE接在一起，連接到CPU的一個GPIO腳，由軟件來實現(xiàn)接受/發(fā)送狀態(tài)控制。

(2)軟件上，需在通信模塊明確控制接受或發(fā)送狀態(tài)。

(3)優(yōu)點是狀態(tài)控制直觀，缺點是元器件數(shù)量多；平臺移植時需考慮GPIO引腳的選擇與配置，移植性稍差。

5　改進的RS485應(yīng)用電路

針對典型應(yīng)用電路的不足，設(shè)計了改進的RS485通信電路，如圖5所示：

圖5　RS485改進的通信電路

圖5改進的電路能夠?qū)崿F(xiàn)485通信是基于SP3485的關(guān)鍵技術(shù)特點：A、B端子的差分電壓閥值低至0.2V，其工作原理分析如下：

(1)接收狀態(tài)

當(dāng)CPU處于非發(fā)送狀態(tài)時，TXD=1，即高電平，使RE/DE=0，從而使SP3485處于接收狀態(tài)。如果軟件的接收模塊運行，就能夠接收其他設(shè)備發(fā)來的信號。

(2)發(fā)送狀態(tài)

CPU發(fā)送數(shù)據(jù)到TXD，當(dāng)TXD=1時，RE/DE=0，SP3485的發(fā)送功能被關(guān)閉，A、B端處于高阻狀態(tài)，差分電壓Vid=VA-VB=3.3×120/(120+2200+2200)=0.265V>0.2V,外部設(shè)備的485芯片可以識別出是總線高。當(dāng)TXD=0時，RE/DE=1，SP3485的發(fā)送功能開啟，此時DI引腳接地，輸出總線低。

6　結(jié)束語

將RS485的兩種通信電路進行比較，改進的通信電路的優(yōu)點是明顯的：

(1)硬件方面，減少了CPU與SP3485之間的器件，同時節(jié)省了CPU的GPIO[3]引腳，明顯地降低成本，降低功耗。尤其是在高速通信應(yīng)用時，幾乎可以降低25%的硬件成本。

(2)軟件方面，無需考慮收發(fā)狀態(tài)切換控制，軟件代碼量減小，加快了速度，同時平臺移植方便。

改進的RS485通信電路已成功地應(yīng)用到電力諧波檢測終端中，能夠滿足RS485通信的要求。

[1] SNx5LBC184 Differential Transceiver With Transient Voltage Suppression(Rev. I)[EB/OL].

http://www.ti.com/product/SN75LBC184.

[2] Low Power Half-Duplex RS485 Transceivers[EB/OL].https://www.exar.com/product.

[3] 蘇奎峰，等.TMS320X281X DSP原理及C程序開發(fā)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[責(zé)任編輯：朱子]

Improved RS485 Communication Circuit

LIMiao1,2,ZHUHuai-juan3,WUYi-chun1,2

(1.TrainingCenterofStateGridAnhuiElectricPowerCorporation,Hefei230022,China;2.AnhuiElectricalEngineeringProfessionalTechniqueCollege,Hefei230051,China;3.StateGridHefeiPowerSupplyCompany,Hefei230022,China)

In the field of automation, communication is very important between intelligent devices. RS485 serial communication can remotely transfer information and data, realize the remote control and remote adjustment. In view of the insufficiency of RS485 typical application circuit, this paper designs the application circuit based on full use of the technical features of 485 chip, and successfully applies this circuit to electrical power harmonic detection device.

serial communication; RS485

2016- 04-20

李淼(1967-)，男，安徽宿州人，碩士，副教授，從事電氣自動化技術(shù)方面的教學(xué)和研究。

朱懷娟(1975-)，女，安徽宿松縣人，高級技師，從事電力調(diào)度與控制工作。

TN911.23

A

1672-9706(2016)03- 0098- 04

吳義純(1973-)，男，安徽安慶人，博士，教授，從事電力系統(tǒng)分析教學(xué)與研究工作。