RS485應(yīng)用電路圖

      1 問題的提出

在應(yīng)用系統(tǒng)中，RS-485半雙工異步通信總線是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間系統(tǒng)簡圖如圖1所示

       由于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，往往分散控制單元數(shù)量較多，分布較遠(yuǎn)，現(xiàn)場存在各種干擾，所 以通信的可靠性不高，再加上軟硬件設(shè)計(jì)的不完善，使得實(shí)際工程應(yīng)用中如何保障RS-485總線的通信的可靠性成為各研發(fā)機(jī)構(gòu)的一塊心病

在使用RS-485總線時(shí)如果簡單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí)際工程中可能有以下兩個(gè)問題出現(xiàn)一是通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問題；二是在多機(jī)通信方式下，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障（如死機(jī)），往往會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的通信框架崩潰，而且給故障的排查帶來困難

針對(duì)上述問題，我們對(duì)485總線的軟硬件采取了具體的改進(jìn)措施

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

現(xiàn)以8031單片機(jī)自帶的異步通信口，外接75176芯片轉(zhuǎn)換成485總線為例其中為了實(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在8031的異步通信口與75176之間采用光耦隔離電路原理圖如圖2所示

充分考慮現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，在電路設(shè)計(jì)中注意了以下三個(gè)問題

2.1 SN75176 485芯片DE控制端的設(shè)計(jì)

由于應(yīng)用系統(tǒng)中，主機(jī)與分機(jī)相隔較遠(yuǎn)，通信線路的總長度往往超過400米，而分機(jī)系統(tǒng)上電或復(fù)位又常常不在同一個(gè)時(shí)刻完成如果在此時(shí)某個(gè)75176的DE端電位為“１”，那么它的485總線輸出將會(huì)處于發(fā)送狀態(tài)，也就是占用了通信總線，這樣其它的分機(jī)就無法與 主機(jī)進(jìn)行通信這種情況尤其表現(xiàn)在某個(gè)分機(jī)出現(xiàn)異常情況下（死機(jī)），會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)通信崩潰因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)75176的DE端電位為“0"由于8031在復(fù)位期間，I/O口輸出高電平，故圖2電路的接法有效地解決復(fù)位期間分機(jī)“咬”總線的問題

2.2 隔離光耦電路的參數(shù)選取

在應(yīng)用系統(tǒng)中，由于要對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及響應(yīng)，通信數(shù)據(jù)的波特率往往做得較高（通常都在4800波特以上）限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場的導(dǎo)線（現(xiàn)場施工一般使用5類非屏蔽的雙絞線），而是在與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光耦電路上此處采用TIL117電路設(shè)計(jì)中可以考慮采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片，也可以優(yōu)化普通光耦電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作狀態(tài)例如：電阻R2、R3如果選取得較大，將會(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢；如果選取得過小，退出飽和也會(huì)很慢，所以這兩只電阻的數(shù)值要精心選取，不同型號(hào)的光耦及驅(qū)動(dòng)電路使得這兩個(gè)電阻的數(shù)值略有差異，這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要特別慎重，不能隨意，通常可以由實(shí)驗(yàn)來定

2.3 485總線輸出電路部分的設(shè)計(jì)

輸出電路的設(shè)計(jì)要充分考慮到線路上的各種干擾及線路特性阻抗的匹配由于工程環(huán)境比較復(fù)雜，現(xiàn)場常有各種形式的干擾源，所以485總線的傳輸端一定要加有保護(hù)措施在電路設(shè)計(jì)中采用穩(wěn)壓管D1、D2組成的吸收回路，也可以選用能夠抗浪涌的TVS瞬態(tài)雜波抑制器件，或者直接選用能抗雷擊的485芯片（如SN75LBC184等）

考慮到線路的特殊情況（如某一臺(tái)分機(jī)的485芯片被擊穿短路），為防止總線中其它分機(jī)的通信受到影響，在75176的485信號(hào)輸出端串聯(lián)了兩個(gè)20Ω的電阻R10、R11這樣本機(jī)的硬件故障就不會(huì)使整個(gè)總線的通信受到影響

在應(yīng)用系統(tǒng)工程的現(xiàn)場施工中，由于通信載體是雙絞線，它的特性阻抗為120Ω左右，所以線路設(shè)計(jì)時(shí)，在RS-485網(wǎng)絡(luò)傳輸線的始端和末端各應(yīng)接1只120Ω的匹配電阻（如圖2中R8），以減少線路上傳輸信號(hào)的反射

由于RS-485芯片的特性，接收器的檢測靈敏度為± 200mV，即差分輸入端VA－VB ≥ +200mV，輸出邏輯1，VA－VB ≤－200mV，輸出邏輯0；而A、B端電位差的值小于200mV 時(shí)，輸出為不確定如果在總線上所有發(fā)送器被禁止時(shí)，接收器輸出邏輯0，這會(huì)誤認(rèn)為通信幀的起始引起工作不正常解決這個(gè)問題的辦法是人為地使A端電位高于B兩端電位，這樣RXD的電平在485總線不發(fā)送期間（總線懸浮時(shí)），8031單片機(jī)就不會(huì)被誤中斷而收到亂字符通過在485電路的A、B輸出端加接上拉、下拉電阻R7、R9，即可很好地解決這個(gè)問題