2.3RS485接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　RS485是一種串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)，他以差分平衡方式傳輸信號(hào)，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，其最大傳輸距離可達(dá)4000英尺（約1219m），并且允許在一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。

　　RS485有全雙工和半雙工兩種連接方式。其中采用全雙工連接方式時(shí)，與RS422一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備;另外，由于每一個(gè)傳輸方向都有自己的傳輸通路，不需要對(duì)傳輸方向進(jìn)行控制。采用半雙工連接方式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，但由于發(fā)送和接收共享一個(gè)信號(hào)通道，在某一個(gè)時(shí)刻只允許接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，因此需要對(duì)傳輸方向進(jìn)行控制。

　　RS485接口1采用全雙工連接方式進(jìn)行通信，這種通信方式操作簡單，不需要對(duì)傳輸方向進(jìn)行控制。RS485芯片采用MAX1482，他是低功耗的RS485和RS422通信收發(fā)器。他的特征是進(jìn)行了轉(zhuǎn)換速率限制，可以減少電磁干擾（EMI）和降低通信電纜阻抗不匹配引起的反射，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到250kb/s;具有1/8單位負(fù)載的輸入負(fù)載阻抗，可以最多帶256個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　RS485接口2采用具有抗雷擊能力的RS485芯片SN75LBC184，其硬件電路如圖3所示。為了保護(hù)RS485接口，采用光偶進(jìn)行隔離保護(hù)，考慮到RS485的波特率可能會(huì)比較高，所以采用高速光偶6N137進(jìn)行隔離保護(hù)。此接口采用半雙工方式進(jìn)行連接，用一根I/O線R/DC對(duì)傳輸方向進(jìn)行控制，當(dāng)他輸出高電平時(shí)，發(fā)送使能有效，數(shù)據(jù)可以通過TxD線發(fā)送出去;當(dāng)他輸出低電平時(shí)，接收使能有效，可以通過RxD線接收數(shù)據(jù)。為了提高RS485通信的可靠性和抗干擾能力，特別加了R1和R3和兩個(gè)偏置電阻和匹配電阻R2。

　　圖3RS485接口2硬件電路圖

　　3采集終端的各軟件模塊的設(shè)計(jì)

　　采集終端的軟件模塊可以分為3個(gè)部分：與集中器通信任務(wù)模塊、定時(shí)抄表和存儲(chǔ)模塊以及脈沖采集和錯(cuò)誤顯示模塊。

　　與集中器通信任務(wù)模塊采集終端與集中器通信主要是進(jìn)行抄收電表數(shù)據(jù)、校時(shí)、設(shè)置電表地址以及查詢采集終端狀態(tài)等操作。他們之間采用主從式通信方式，集中器為主叫方，采集終端為被叫方;只有當(dāng)集中器向采集終端發(fā)送指令后，采集終端才能進(jìn)行相應(yīng)的回應(yīng)。其中RS485通信采用數(shù)據(jù)幀方式傳輸，其通信協(xié)議由筆者自己設(shè)定，每個(gè)數(shù)據(jù)幀包括以下幾個(gè)部分：前導(dǎo)符、地址域、命令碼、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)碼和結(jié)束符等。其中前導(dǎo)符用來喚醒對(duì)方，校驗(yàn)采用模256校驗(yàn)和，即各字節(jié)二進(jìn)制的算術(shù)和，不計(jì)超過256的溢出值。其總體通信流程如圖4所示。當(dāng)采集終端收到的數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)錯(cuò)誤或者收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)，則發(fā)送異常應(yīng)答幀，若收到正確數(shù)據(jù)幀，則發(fā)送正確應(yīng)答幀。

　　圖4與集中器通信任務(wù)流程圖

　　定時(shí)抄表和存儲(chǔ)模塊采集終端每隔一定的時(shí)間要抄收電能表的電量數(shù)據(jù)，并把這些電量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在E2PROM中。若是采集終端工作在脈沖式電能表工作模式，則不需要對(duì)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行抄收而直接把自己采集的16個(gè)電能表的脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在E2PROM中。若是工作在RS485電能表模式，則需要對(duì)各個(gè)電表進(jìn)行抄表操作。采集終端和帶RS485接口的電能表用的通信規(guī)約是DL/T645-1997———多功能電表通信規(guī)約。其抄收一個(gè)電表的流程如圖5所示，當(dāng)一個(gè)電表連續(xù)5次抄不到電量數(shù)據(jù)，則認(rèn)為這個(gè)電表可能有問題，則在數(shù)碼顯示電路上顯示其錯(cuò)誤代碼和電表編號(hào)。

　　脈沖采集和錯(cuò)誤顯示模塊當(dāng)脈沖數(shù)據(jù)經(jīng)SPI接口讀入后，經(jīng)過軟件去抖處理，即連續(xù)幾次讀SPI接口，若幾次都讀到高電平則認(rèn)為是正確脈沖，則相應(yīng)的電表脈沖數(shù)據(jù)加1，否則視為干擾脈沖。錯(cuò)誤顯示就是當(dāng)產(chǎn)生E2PROM讀寫錯(cuò)誤或者電表故障等錯(cuò)誤時(shí)，則在數(shù)碼管上顯示其錯(cuò)誤代碼。

　　圖5抄表流程圖

　　4結(jié)語

　　本文介紹一種基于RS485總線的采集終端的設(shè)計(jì)，這種采集終端不僅能夠集抄脈沖式電表，也能夠集抄帶RS485接口的電能表;采用SPI接口來擴(kuò)展I/O資源，來實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入脈沖的采集和數(shù)碼顯示電路;采取各種軟硬件措施來提高RS485通信的可靠性，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠地通信。