基于可应用在复杂的工业场合的RS485总线节点设计.doc
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1、基于可应用在复杂的工业场合的RS485总线节点设计引言在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中,RS485总线因其硬件设计简单、控制方便、成本低等优点,广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动,各节点之间的通信是以一对双绞线作为传输介质。与RS232接口相比,RS485总线的传输距离更长、抗干扰能力也更强。RS485总线具有以下一些特点:接口采用平衡驱动器和差分接收器,抗共模干扰能力强,即抗噪声干扰性好。收发器输出A、B之间的电平为+2+6 V,是逻辑“1”;为62 V,是逻辑“0”。信号电平比RS232降低了,
2、不易损坏接口芯片。另有“使能”控制信号,可使收发器处于高阻状态,切断与传输线的连接。接收器的输入灵敏度为200 mV。即在当收端VAVB+200 mV时,输出为逻辑“0”;VAVB200 mV时,输出为逻辑“1”。最高传输速率为10 Mbps,最大传输距离标准值为1 200 m。在节点数为32个、配置120 终端电阻的情况下,驱动器至少还能输出15 V电压(终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关)。具有多站点传输能力,即总线上允许挂接多个收发器,可建立设备网络。在传统的RS485总线节点设计的基础上,本文基于ADI公司推出的带隔离的增强型RS485收发器ADuM2483,采用磁耦隔离和硬件零延时
3、技术所设计的RS485总线节点,具有良好的抗干扰性和较高的通信速率,可应用在一些环境比较复杂的工业场合。1 设计思想RS485总线节点由单片机STC12C5410AD、带隔离的RS485收发器ADuM2483、高速三极管等组成。其中,ADuM2483的应用图如图1所示。STC12C5410AD是宏晶科技生产的单时钟机器周期(1T)单片机,是高速低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍。其内部集成MAX810专用复位电路、4路PWM、通用全双工异步串行口(UART),可用定时器软件实现多串口;8路高速10位AD转换,宽电压,不怕电源抖动,高抗静电(E
4、SD保护),特别适用于强干扰场合。在情况比较复杂的现场中,各节点之间存在很高的共模电压。虽然RS485总线采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动,具有一定的抗共模干扰能力,但当共模电压超过其极限接收电压时,RS485收发器就无法工作了,严重时甚至会烧毁芯片和仪器设备。因此,为了适应强干扰环境甚至更苛刻的性能要求,必须对RS485总线各节点实行电气隔离。传统的RS485隔离总线节点是由光电耦合器和RS485总线收发器(如MAX485)构成,使用光束来隔离和保护检测电路,在高压和低压电气环境之间提供一个安全接口。目前,一般使用6N137光电隔离器件,用MAX485作为RS485总线收发器。T
5、oshiba公司的6N137工作电压为5V,数据最高传输速率为10 Mbps,工作温度一般为070;隔离电压为2 500 V(有效值),以DIP8封装,每个芯片仅提供一个隔离通道,体积大,稳定性差,功耗高,LED易老化。这些性能已经限制了6N137在更高要求的环境中应用。本文选用ADI公司的ADuM2483。它是一款带隔离的RS485收发器和一个3通道的数字隔离器,是目前性价比很高的RS485收发器,功能上相当于1个MAX485和3个6N137光耦隔离器,可满足RS485总线节点的要求。2 ADuM2483简介ADuM2483采用的iCoupler技术是基于芯片尺寸的变压器,而不是基于光电耦合
6、器所采用的LED与光电二极管的组合。这种技术由于取消了光电耦合器中的光电转换过程,并且采用iCoupler变压器专利技术集成变压器驱动和接收电路,从而实现了光电隔离器无法比拟的性能优势。由于使用晶片级制造工艺直接在芯片上制造iCoupler变压器,所以iCoupler通道比光电耦合器更为有效地实现通道之间的集成,也更容易地实现其他半导体功能。iCoupler数字隔离器无需驱动LED的外部电路,功耗仅为光电耦合器的110150。这种新的基于电磁的隔离方法,在抗高温影响方面远优于光电耦合器。iCoupler数字隔离器在125高温环境下性能和可靠性并不下降,因此可以采用低成本、小体积的SOIC封装。
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