1 O problema
Uma das redes mais usadas no campo de controle e medição industrial é a camada física usando RS -485 interface de comunicação composta pela rede de equipamentos de controle industrial. Essa interface de comunicação pode ser muito conveniente para muitos dispositivos para formar uma rede de controle. A partir da solução atual para resolver a comunicação de longa distância entre microcontroladores na análise de muitos programas, o modo de comunicação de barramento Rs -485 devido a uma estrutura simples, preço baixo, distância da comunicação e taxa de transferência de dados é apropriado e é amplamente utilizado Em instrumentação, sensores inteligentes, controle centralizado, controle de construção, monitoramento e alarme e outros campos. No entanto, o barramento RS485 Há auto-adaptabilidade, a função de autoproteção é frágil e outras deficiências, como não prestar atenção a alguns detalhes do processamento, geralmente falha de comunicação ou mesmo paralisia do sistema e outras falhas, por isso é essencial para melhorar a Confiabilidade operacional do barramento RS -485.
Diagrama esquemático da interface de comunicação RS485
2 problemas de design de circuito de hardware para estar ciente
2.1 Princípio básico do circuito
O design do circuito de hardware de um nó é mostrado na Figura 1, no qual é usado um chip de interface rs -485 sn75lbc184, que adota uma única fonte de alimentação VCC, a tensão na faixa de +3 a {{{{{{{{{{{ 5}}. 5 V podem funcionar normalmente. Comparado com o chip RS comum -485, ele pode não apenas resistir ao impacto dos raios e pode suportar até 8 kV de impacto na descarga eletrostática, o chip integrado quatro tubos de proteção de tensão transitória, pode suportar até 4 {{{{{{ 33}} 0 V Tensão de pulso transitório. Portanto, pode melhorar significativamente a confiabilidade de prevenir danos causados pelo raio no dispositivo. Para alguns dos ambiente mais hostil da cena, pode ser conectado diretamente à linha de transmissão sem componentes de proteção adicionais. O chip também possui um design exclusivo, quando a entrada é de circuito aberto, sua saída é alta, o que pode garantir que o cabo de entrada do receptor tenha uma falha de circuito aberto, não afeta a operação normal do sistema. Além disso, sua impedância de entrada para a impedância de entrada padrão RS485 de 2 vezes (maior ou igual a 24 kΩ), para que você possa conectar 64 transceptores no barramento. O chip é projetado internamente para limitar o driver da inclinação, para que a borda do sinal de saída não seja muito íngreme, para que a linha de transmissão não produza muito componentes de alta frequência, sufocando efetivamente a interferência eletromagnética. Na Figura 1, o Opto-Couplador TLP521 de quatro em um, de modo que o microcontrolador e o SN75LBC184 completamente livre de conexão elétrica entre o trabalho da confiabilidade. O princípio básico é: quando o microcontrolador P1. 6=0, o diodo emissor de luz do fotocusor emite luz, a condução fotossensível do transistor, a saída de uma alta tensão (+5 v), selecionada o final de O chip de interface RS485, permitindo a transmissão. Quando o microcontrolador P1. 6=1, o diodo emissor de luz do fotocupler não emita luz, o transistor fotossensível não conduz, a baixa tensão de saída (0 V), o terminal RE do chip de interface RS485 é selecionado e e recepção é permitida. SN75LBC184 é semelhante ao acima.
2.2 Design do console DE de Rs -485
No sistema de comunicação semi-duplex construído por rs -485 barramento, apenas um nó pode estar no estado de transmissão e enviar dados para o barramento a qualquer momento em toda a rede, e todos os outros nós devem estar no estado de recepção . Se houver 2 nós ou mais de 2 nós para enviar dados para o barramento ao mesmo tempo, levará a todas as falhas de transmissão de dados do remetente. Portanto, no design de hardware de cada nó do sistema, ele deve primeiro procurar evitar o conflito de dados de barramento causado por condições anormais que fazem com que esse nó envie dados para o barramento. Pegue a série MCS51 de microcontroladores como exemplo, porque está na redefinição do sistema, as portas de E/S são em alta, se a porta de E/S estiver diretamente conectada ao driver habilitar o terminal do RS -485 Chip de interface, ele aumentará o alto durante a redefinição da CPU, para que este nó esteja no estado de envio. Se houver outros nós no ônibus enviando dados neste momento, a transmissão de dados será interrompida e falhará, ou até mesmo causará todo o barramento devido à falha de um nó e bloqueio de comunicação, o que, por sua vez, afeta a operação normal de todo o sistema. Levando em consideração a estabilidade e a confiabilidade da comunicação, no design de cada nó deve controlar o pino de transmissor de interface do barramento de barramento RS485 foi projetado para o final da lógica inversa, ou seja, o pino de controle para a lógica de "1", a De final do "0"; Pino de controle para a lógica de "0", o pino de controle para a lógica de "{{1 0}}", o pino de controle para a lógica de "0", o Pino de controle para a lógica de "0", o pino de controle para a lógica de "0". "0" Quando o pino de controle é lógico '1', o lado do é '1'. Na Figura 1, o pino CPU P1.6 através do terminal do terminal do acionamento fotocuplerador, para que o pino de controle seja reiniciado alto ou anormal, de modo que o SN75LBC184 esteja sempre no estado de recebimento, evitando efetivamente o nó do hardware devido ao anormal situação causada pelo impacto de todo o sistema. Isso estabelece a base para uma comunicação confiável de todo o sistema.
Além disso, há um órgão de vigilância max813L no circuito, que pode redefinir automaticamente o programa e entregar o controle do barramento RS -485 quando o nó tiver um loop morto ou outras falhas. Isso garante que todo o sistema não seja um barramento exclusivo devido à falha de um nó, resultando na paralisia de todo o sistema.
2.3 Projeto para evitar conflitos de ônibus
Quando um nó precisar usar o barramento, para realizar a comunicação confiável do barramento, ouça o ônibus primeiro quando houver dados a serem enviados. Na interface de hardware, primeiro inverta o pino de recebimento de dados do rs {{0}} interface chip e conecte -o ao pino de interrupção int 0 da CPU. Na Figura 1, o INT0 está conectado à saída do co-acoplador. Quando o barramento está transmitindo dados, o SN75LBC184 Data Receber End (Terminal R) mostra uma alteração nos níveis altos e baixos, o uso da CPU gerada pela borda queda da interrupção (também pode ser usada para consultar o caminho), Você pode aprender neste momento se o ônibus está "ocupado", ou seja, se há um nó no ônibus está se comunicando. Se "ocioso", você pode ter acesso ao ônibus, que melhor resolve o problema dos conflitos de ônibus. Nesta base, você também pode definir a prioridade de várias mensagens, para que as mensagens de alta prioridade possam ser enviadas primeiro, melhorando ainda mais o sistema em tempo real. Depois de adotar essa maneira de trabalhar, não há mais uma distinção entre os nós mestre e escravo no sistema, e cada nó tem acesso igual ao barramento, evitando efetivamente a situação em que a carga de comunicação dos nós individuais é pesada. A taxa de utilização do barramento e a eficiência da comunicação do sistema podem ser bastante aprimoradas, para que a resposta em tempo real do sistema tenha sido melhorada e, mesmo que os nós individuais no sistema falhem, não afetará os outros nós de a comunicação normal e o trabalho normal. Isso torna descentralizado o "perigo" do sistema, de forma a melhorar a confiabilidade e a estabilidade do sistema.
2.4 RS -485 Design de circuito de saída
Na Figura 1, vd1 ~ vd4 para o diodo do limitador de sinal, seu valor de regulador de tensão deve garantir a conformidade com o padrão RS -485, VD1 e VD3 para tomar 12 V, VD2 e VD4 para tomar 7 V, a fim de garantir que a amplitude do sinal é limitada ao -7 ~ +12 v entre a capacidade de melhorar ainda mais a resistência à sobretensão. Levando em consideração as circunstâncias especiais da linha (como um nó do chip Rs -485 é uma quebra de curto-circuito), a fim de impedir que o barramento de outras extensões da comunicação seja afetado, na saída do sinal SN75LBC184 está conectado em série com dois resistores de 20 Ω R1 e R2, de modo que as falhas de hardware da máquina não fazem com que toda a comunicação do barramento seja afetada. Na construção de campo da engenharia do sistema de aplicação, devido à transportadora de comunicação é um par torcido, sua impedância característica de cerca de 120 Ω, portanto o design da linha, na linha de transmissão de rede RS485 no início e o final deve ser conectado a cada um de O resistor correspondente 1 120 ω (como a Figura 1 no R3), a fim de reduzir o reflexo do sinal transmitido na linha.
2.5 Seleção da fonte de alimentação do sistema
Para a combinação de microcontrolador RS {{0}} rede de medição e controle, deve ter prioridade ao uso do programa de fonte de alimentação independente para cada nó, ao mesmo tempo, a linha de energia não pode ser compartilhada com o RS -485 linha de sinal com um cabo multi-core. RS -485 A linha de sinal deve ser selecionada na área de seção transversal de 0,75 mm2 ou mais par de fios em vez de linha reta plana, e a seleção da fonte de alimentação linear TL750L05 do que a seleção da fonte de alimentação é mais apropriado. O TL750L05 deve ter capacitância de saída, se não houver capacitância de saída, a tensão de saída para a forma de onda de dente de serra, a borda ascendente da forma de onda de dente de serra com as alterações de tensão de entrada, além da capacitância de saída, você pode suprimir o fenômeno.
3 programação de software
SN75LBC184 No modo de recebimento, a, b é a entrada, r é a saída; No modo de transmissão, D é a entrada, a, b é a saída. Quando a direção da transmissão é alterada uma vez, se a entrada não mudar, a saída será um estado aleatório no momento, até que o estado de entrada mude uma vez, o estado de saída será determinado. Obviamente, após a transferência do modo de transmissão para o modo de recebimento, se r for baixo antes da alteração do status A e B e R ainda estiver baixo no primeiro bit de início de dados, a CPU acha que não há um pouco de início neste momento e a CPU não começa a receber os primeiros dados até a primeira borda que cairá, o que resultará em um erro de recepção. Após a transferência do modo de recebimento para o modo de transmissão, antes da alteração D, se a tensão entre A e B for baixa e o primeiro bit de início de dados for enviado, a tensão entre A e B ainda é baixa e não há partida Bit nos pinos A e B, o que também levará a um erro de transmissão. A solução para superar essa conseqüência é: o host envia continuamente duas palavras de sincronização, a palavra de sincronização para incluir várias alterações de borda (como 55h, 0 aah) e enviar duas vezes (a primeira vez pode receber um erro e ignorado), o receptor recebe a palavra de sincronização, os dados podem ser transmitidos, garantindo assim a comunicação correta.
Para trabalhar de maneira mais confiável, no RS485 Bus State, a troca requer um atraso apropriado antes de enviar e receber dados. A prática específica está no estado de transmissão de dados, o primeiro conjunto de terminais de controle "1", atraso 0. 5 ms ou mais e, em seguida, envie dados válidos, a transmissão de dados é concluída e depois atrasa 0. 5 ms, o terminal de controle conjunto "0". Esse processamento fará com que o barramento tenha um processo de trabalho estável durante a troca de estado.
O programa de um nó de comunicação de microcontrolador pode ser basicamente dividido em seis seções principais, que são a seção predefinida, a seção de inicialização, a seção principal do programa, a seção de detecção de status do dispositivo, a seção de recebimento de quadros e a seção de envio de quadros. A peça predefinida define principalmente os sinais de aperto de mão usados na comunicação, o buffer usado para salvar as informações do dispositivo e a variável para salvar o número do dispositivo desse nó. A peça de detecção do status do dispositivo deve poder reagir de acordo quando ocorrer uma falha de hardware após a inicialização do programa. A seção principal do programa deve poder receber quadros de comando e responder de acordo com o conteúdo do comando. Para reduzir o comprimento, apenas o código da seção principal do programa é fornecido aqui.
4 Conclusão
Embora existam algumas deficiências do barramento RS -485, mas, devido ao seu design de linha, é simples, barato, fácil de controlar, desde que os detalhes sejam bem tratados, em algumas aplicações de engenharia ainda podem desempenhar um bom papel. Em suma, a chave para resolver a confiabilidade do projeto antes do início da construção deve ser considerada antes das medidas que podem ser tomadas para resolver o problema fundamentalmente, em vez de esperar até a engenharia tardia se consertar.