提高RS485总线通信速度的一种设计

2008-11-12 09:48:48来源: EDN CHINA

  引言

  工业现场经常要采集多点数据,模拟信号或开关信号,一般用到RS485总线,使用一主带多从的通信方式,该种方式接线方便只需要两根屏蔽电缆线,通信距离远最大可支持1500m,加中继器还可延长通信距离,采用差分信号方式抗电磁干扰好。但该方式通信速度不能太快,一般采用主从召唤的方式采集各子单元的数据,即主单元依次召唤各子单元(见图1),召唤到哪个单元哪个单元上传数据,总线的使用权完全由主单元分配,各子单元不能擅自占领总线。如果系统的单元多,主单元循环采集一周的时间就很长,子单元信息变化时不能及时发送给主单元,导致系统对突变事件的反应处理速度慢。本文通过总线状态检测、从机主动上发的方式解决。

  

  图1 常规RS485总线主从方式接口图

  硬件设计

  整个系统由主单元和多个子单元组成(图2),主单元包括:ARM7微控制器程序存储器、数据存储器、与子单元通信RS485、与主单元通信RS485、系统电源和通信隔离电源;子单元包括:MSP430单片机、与子单元通信RS485、系统电源和通信隔离电源。

  

  图2 系统框图

  主单元

  ARM微控制器是主单元的核心,采用三星32位ARM7TDMI内核芯片S3C44B0,该芯片最高处理速度可达76MHZ,总线开放,可外扩程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM,该系统外扩了SST公司生产的39VF1601和现代生产的HY57V641620HG,2个UART串行接口,使用ADI的隔离RS485芯片ADM2483进行接口电平转换,总线状态检测使用74HC125三态门芯片。

  子单元

  子单元的微控制器使用TI的MSP430F133单片机,该单片机处理速度可达8MHz,8K字节片内FLASH存储,256K字节片内SRAM。

  电源电路

  电源电路采用开关电源供电,开关电源输入电压范围比较宽,输出直流电压5V,通过SP1117-3.3和SP1117-2.5芯片输出3.3V电源。RS485需要的隔离5V电源通过DC-DC模块得到。

  总线检测电路

  总线状态检测使用74HC125三态门芯片和单片机的两个I/O(图3),当系统都不使用总线时,每个单元的74HC125都输出高阻状态,此时总线为低电平,当有单元要使用总线时,他首先检测总线状态,如果总线为低电平,该单元迅速把74HC125改为输出状态,此时总线变为高电平,该单元占领总线,往总线上发送数据,发送数据完成再把74HC125改为高阻状态。如果检测到总线是高电平,等待检测,直到总线变低后再占领总线。

  

  图3 总线检测电路

  隔离485电路

  使用ADI的ADM2483芯片进行接口电平转换(图4),该芯片属于隔离485,双电源供电输入输出隔离。

  

  图4 隔离485电路

  软件设计

  主机程序部分需要实现各从机上传数据的接收、处理和上传。主机接收子单元信息通过一个RS485串口实现,数据格式为16进制,数据位8位,1 个起始位,1个结束位,无寄偶校验位,波特率9600bps。采用串行口中断的方式接收,主机程序初始化完成后等待各从机发送信息,当主机接收到第一个字节后,判断该字节是否为设备号,如果不是设备号,接收个数清零,如果是设备号继续接收第二个字节;判定第二个字节是否为正确的功能码,如果功能码错误,接收个数清零重新接收,功能码正确;接收第三个字节,该字节为从单元发送信息的字节个数x,计算从单元发送总字节个数为M=X+3+2,3个开头字节和2个 CRC校验码,主机接收到M个字节后,首先判断CRC校验码是否正确,错误舍弃所有信息,正确则把从单元的信息保存到数据区,该次接收结束,主机继续等待接收。

  信息的上传通过一个RS232串口实现。当主机接收到从机信息后,进行数据的处理,发现从单元信息发生变化,主机准备把从机信息发送到上位机,首先重新初始化发送缓冲区,然后通过中断的方式依次发送信息到上位机,发送信息包括设备号、功能码、发送字节个数、信息字节和CRC校验码。

  主机单元接收数据流程图示于图5。

  

  图5 程序流程图

  结语

  笔者所设计的系统实现了开关信号的多点监测,一个主机单元,32个从机单元,每个从机单元监测32个开关,该系统共可监测1024个开关,使用 9600bps的波特率。采用主从召换的方式,开关信号监测的反应时间一般要用20-30s,使用该种总线检测的方式,开关信号的反应速度最慢也不超过 1s,快时只有几百ms,大大提高反应时间,并且由于不用时时召唤,总线数据流少,提高了总线的稳定性。

  参考文献:

  1. 李朝青著,PC机及单片机数据通信技术,北京航空航天大学出版社

  2 田泽著,嵌入式系统开发与应用,北京航空航天大学出版社

 

关键字:RS485总线  设备号  功能码  CRC校验  上位机  电平转换  北京航空航天大学出

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2008/1112/article_1353.html
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