远距离多机分时双工通信芯片SR331

2006-05-07 15:50:08来源: 国外电子元器件

距离多机通信时RS485芯片容易损坏的问题。

1 前言

在许多巡检系统工程应用中,往往需要计算机与多个单片机实现远距离多机双向通信。在计算机为上位机,单片机是下位机的情况下,目前通用的方法是采用RS-485协议,要求芯片通常都具有抗静电干扰、节点多、通信速率高等优点。然而,在笔者设计的几个系统中所使用的多种类型的RS-485、RS-422协议的芯片却都无一例外的特别容易损坏,轻则封装表面出现局部烧黑,重则爆裂,以致于整个系统瘫痪。在郑州车辆段脱轨器微机监控系统中,设计时用1台计算机作为上位机,23个股道的单片机(89C51)作为下位机。系统却在空凋开关、日光灯短路等现象出现时造成芯片不同程序的损坏,几乎每个月都要更换通信芯片20余片,设计者采取了多种保护措施,依然没有解决问题。并且,离上位机距离最近的几个总是最选损坏。

1999年初,新乡三瑞电子技术有限公司精心研制了一种高可靠性、远距离、多机、分时双工串行通信芯片SR331,并由中国台湾加工生产。该器件的最大特点是可能、稳定。SR331利用20mA电流环、光电隔离、多机通信原理有效地实现了复杂电磁环境下的多机通信,在通信距离为1000m时,通信速率达9600bps,而其下位机没有数量限制。

2 SR331芯片介绍

SR331是远距离通信芯片,其主要特点是:可靠性高(这正是研制SR331的初衷)和对下位机数量没有限制。

SR331采用的电源电压为5±0.5V;并采用TTL电平,它的RxD和TxD直接与单片机(如AT89C51)连接;其MTBF大于100万小时;工作温度范围为-30~+70℃。SR331采用8脚DIP封装,其管脚排列如图1所示。各引脚的功能定义如下:

1脚:T+,发送正端;

2脚:T-,发送负端;

3脚:RxD,接收端,接本地CPU的RxD;

4脚:GND,接地,通常接本地CPU的地;

5脚:R-,接收负端;

6脚:R+,接收正端;

7脚:TxD,发送端,接本地CPU的RxD;

8脚:Vcc,+5V的电源端,接本地CPU的Vcc。

3 点对点串行双工通信

利用20mA电流环、光电隔离实现计算机与单片机点对点通信的原理在其它文献[1]中介绍较多,这里不再叙述。

采用SR331实现1台计算机与1个下位机串地通信的原理图如图2所示,计算机使用标准串行口COM1,单片机选用89C51。

MAX232用来实现计算机的标准串行口COM1所输出的RS-232信号电平与TTL电平之间的转换。计算机串行口X1-TxD脚的常态为-12V,D1的9脚输出低电平(0V)到SR331的D2的TxD脚,此时,环路A[(8V)→(R1)→(RP1)→(D3的R+脚)→(D3的R-脚)→(D2的T+脚)→(D2的T-脚)→GND(上位机端)]无电流通过,D3的RxD脚输出高电平(+5V)送给单片机90C51;而当计算机发送信息的起始位时,X1的TxD脚输出为+12V,D1的9脚输出高电平(+5V)到SR331的D2的TxD脚,此时,环路A有20mA的电流通过,D3的RxD脚输出低电平(0V),从而实现上位机到下位机的通信。

当单片机89C51KD4中TxD脚的常态为高电平+5V时,环路B[8V]→(R2) →(RP2) →(D2的R+脚) →(D2的R-脚)→(D3的T+脚)→(D3的T-脚)→GND(上位机端)无电流通过,此时D2的RxD脚输出的高电平(+5V)经MAX232转换为-12V送给计算机;在单片机发送信息的起始位时,D4的TxD脚输出为低电平0V,环路B中有20mA电流通过,D2的RxD脚输出低电平(0V)并经MAX232转换为+12V送给计算机,从而实现下位机到上位机的通信。根据通信距离的远近调节RP1和RP2可以使环路A和环路B中的电流为20mA。

4 多机主从式分时双工串行通信

计算机与单片机的通信除点对点的通信以外,在许多现场控制中,还会出现一机对多机或多机间的通信。下面介绍以计算机作为上位机,多个单片机(89C51)作为下位机的串行通信设计方式。该设计要求下位机要服从上位机的调度和支配,即单片机的通信方式要使用串行口通信方式2,也就是利用第9位。通信各方约定如下:

上位机向下位机发送地址信息时,其第9位必须为1,当向下位机发送命令时,其第9位必须为0。

图3所示为上位机与多个下位机进行分时双工串行通信的电路原理图。当上位机通过SR331向下位机发送地址、命令时,每个下位机通过SR331都能收以。在下位机处于监听状态时,置SM2=1。当确认是本下位机地址时,置SM2=0,以准备接收命令。然后向上位机回送信息。每个下位机均可单独向上位机发送信息。平样就实现了上位机与多个下位机的分时通信。

5 结束语

为了解决多机远距离通信的可靠性问题,新乡三瑞电子技术有发公司才下决心研制SR331,可喜的是:SR331具有出人意料的高可靠性,并且环境适应能力强,无须中继,同时对下位机的数量没有限制(太多时,在电阻R1前使用较高电压即可)。虽然,为了提高可靠性牺牲了部分通信速率,但9600bps对于一般巡检系统已经足够。目前,SR331已经成功应用于郑州车辆段脱轨器微机监控系统(具有29个下位机)、新乡车辆段脱轨器微机监控系统(具有12个下位机)、新乡车辆段列车试风微机监控系统(具有4个下位机)、洛阳车辆段脱轨器微机监控系统(具有12个下位机)、洛阳车辆段空气压缩机微机监控系统(具有4个下位机)等系统中。现在,投入实现运行的300多片在连续工作500天后无一损坏。由此可见,SR331具有极高的可靠性。

关键字:距离

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