1 문제
산업 제어 및 측정 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 네트워크 중 하나는 산업 제어 장비 네트워크로 구성된 RS -485 통신 인터페이스를 사용하는 물리적 계층입니다. 이 통신 인터페이스는 많은 장치에 매우 편리하여 제어 네트워크를 형성 할 수 있습니다. 많은 프로그램 분석에서 마이크로 컨트롤러 간의 장거리 통신을 해결하기위한 현재 솔루션에서 RS -485 버스 통신 모드, 간단한 구조, 저렴한 가격, 통신 거리 및 데이터 전송 속도로 인해 적절하며 널리 사용됩니다. 계측, 지능형 센서, 중앙 집중식 제어, 건물 제어, 모니터링 및 경보 및 기타 필드에서. 그러나 RS485 버스 자체 적응 형, 자기 보호 기능은 깨지기 쉬우 며 처리의 일부 세부 사항, 종종 의사 소통 실패 또는 시스템 마비 및 기타 실패에주의를 기울이지 않으므로 RS -485 버스의 운영 신뢰성.
RS485 통신 인터페이스 회로도
2 하드웨어 회로 설계 문제를 알고 있습니다
2.1 회로의 기본 원리
노드의 하드웨어 회로 설계는 그림 1에 나와 있으며, rs -485 인터페이스 칩 SN75LBC184가 사용되는 RS -485 단일 전원 공급 장치 vcc를 채택하는 +3 범위의 전압은 {{{{{{{{{{{{ 5}}. 5 V는 정상적으로 작동 할 수 있습니다. 일반적인 RS -485 칩과 비교하여 번개의 영향에 저항 할 수있을뿐만 아니라 최대 8kV의 정전기 방전 충격을 견딜 수 있으며, 칩은 4 개의 과도 과전압 보호 튜브 4 개를 최대 4 {{{{{{{{{{{{{{{{{를 견딜 수 있습니다. 33}} 0 V 과도 펄스 전압. 따라서 장치의 번개 손상을 방지하는 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 장면의보다 적대적인 환경 중 일부는 추가 보호 구성 요소없이 변속기 라인에 직접 연결할 수 있습니다. 칩에는 입력이 개방형 인 경우 출력이 높아서 수신기 입력 케이블에 오픈 회로 결함이 있도록 시스템의 정상 작동에 영향을 미치지 않도록 할 수 있습니다. 또한, RS485 표준 입력 임피던스에 대한 입력 임피던스는 2 배 (24 k보다 크거나 동일) 버스에 64 개의 트랜시버를 연결할 수 있습니다. 칩은 내부적으로 슬로프 드라이버를 제한하도록 설계되었으므로 출력 신호 가장자리가 너무 가파르지 않도록 변속기 라인이 너무 많은 고주파수 구성 요소를 생성하지 않으므로 전자기 간섭을 효과적으로 스티핑합니다. 도 1에서, 마이크로 컨트롤러 및 SN75LBC184에 신뢰성의 작업 사이에 전기적으로 연결되지 않도록 4-in-one-lepto-coupler TLP521. 기본 원리는 : 마이크로 컨트롤러 p1. 6=0 일 때, 광 커 커플러 광 방출 다이오드는 빛, 감광성 트랜지스터 전도, 고전압 (+5 v)의 출력을 방출합니다. RS485 인터페이스 칩으로 전송을 허용합니다. 마이크로 컨트롤러 p1. 6=1가있을 때, 광 커 커플러 광 방출 다이오드는 빛을 방출하지 않으며, 감광성 트랜지스터는 출력 저전압 (0 V), RS485 인터페이스 칩의 Re 터미널이 선택되고, 리셉션이 허용됩니다. R 터미널 (수신 터미널) 및 D 터미널 (전송 터미널)의 원리 SN75LBC184는 위와 유사합니다.
2.2 Rs의 DE 콘솔 설계 -485
Rs -485 버스에 의해 구성된 반중 곡물 통신 시스템에서는 하나의 노드 만 전송 상태에 있고 전체 네트워크에서 언제든지 버스로 데이터를 보낼 수 있으며 다른 모든 노드는 수신 상태에 있어야합니다. . 버스로 데이터를 동시에 보내는 노드가 2 개 또는 두 개 이상인 경우 모든 발신자의 데이터 전송 실패로 이어집니다. 따라서 시스템의 각 노드의 하드웨어 설계에서 먼저이 노드가 버스로 데이터를 전송하는 비정상적인 조건으로 인한 버스 데이터 충돌을 피하려고합니다. MCS51 시리즈의 마이크로 컨트롤러를 예제로 사용하십시오. 시스템 재설정에 있기 때문에 I/O 포트가 RS의 DRIVER를 활성화하는 경우 I/O 포트가 출력이 높기 때문에 -485. 인터페이스 칩은 CPU 재설정 중에 DE가 높아서이 노드가 전송 상태에있게됩니다. 현재 버스 전송 데이터에 다른 노드가있는 경우, 데이터 전송이 중단되고 실패하거나 노드 및 통신 차단의 고장으로 인해 전체 버스를 유발하여 전체의 정상 작동에 영향을 미칩니다. 체계. 통신의 안정성과 신뢰성을 고려하여, 각 노드의 설계에서 RS485 버스 인터페이스 칩 송신기 핀은 역 논리의 끝, 즉 "1"의 논리에 대한 제어 핀을 제어해야합니다. "0"의 끝; "0"의 논리에 대한 제어 핀, "{{{1 {0}}"의 논리에 대한 제어 핀, "0", "0"의 논리에 대한 제어 핀, "0"의 논리에 대한 제어 핀. "0"컨트롤 핀이 논리 '1'인 경우 DE 측은 '1'입니다. 그림 1에서, Photocoupler Drive DE 터미널을 통한 CPU 핀 P1.6은 컨트롤 핀이 높거나 비정상적인 재설정이되므로 SN75LBC184가 항상 수신 상태에 있으므로 비정상으로 인해 하드웨어로부터 노드를 효과적으로 피할 수 있도록 전체 시스템의 영향으로 인한 상황. 이것은 전체 시스템의 신뢰할 수있는 커뮤니케이션을위한 기초가됩니다.
또한 회로에는 Watchdog Max813L이 있으며, 노드에 데드 루프 또는 기타 결함이있을 때 프로그램을 자동으로 재설정하고 RS -485 버스의 제어를 넘겨 줄 수 있습니다. 이를 통해 노드가 실패하여 전체 시스템이 독점 버스가되지 않도록하여 전체 시스템의 마비가 발생합니다.
2.3 버스 충돌을 피하기위한 설계
노드가 버스를 사용해야하는 경우, 신뢰할 수있는 버스 통신을 실현하기 위해 버스를 보낼 데이터가있을 때 먼저 버스를 듣습니다. 하드웨어 인터페이스에서 먼저 RS {{0}}}}}}의 데이터 수신 핀을 뒤집고 CPU의 인터럽트 핀 int 0에 연결합니다. 그림 1에서 int0은 광체 커플러의 출력에 연결됩니다. 버스가 데이터를 전송하는 경우 SN75LBC184 데이터 수신 엔드 (R 터미널)는 높은 수준 및 낮은 레벨의 변화, 인터럽트의 하락 가장자리에 의해 생성 된 CPU의 사용 (길을 쿼리하는 데 사용될 수 있음)을 보여줍니다. 이 시점에서 버스가 "바쁘다", 즉 버스에 노드가 통신하는지 여부를 배울 수 있습니다. "유휴"인 경우 버스에 접근하여 버스 충돌 문제를 더 잘 해결할 수 있습니다. 이를 바탕으로 다양한 메시지의 우선 순위를 정의하여 우선 순위가 높은 메시지를 먼저 전송할 수 있으므로 실시간 시스템을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 작업 방식을 채택한 후에는 더 이상 시스템의 마스터 노드와 슬레이브 노드간에 차이가 없으며 각 노드는 버스에 동일하게 액세스 할 수 있으므로 개별 노드의 통신 부담이 무거워지는 상황을 효과적으로 피합니다. 버스의 활용률과 시스템의 통신 효율성을 크게 개선하여 시스템의 실시간 응답이 개선되었으며 시스템의 개별 노드가 실패하더라도 다른 노드에 영향을 미치지 않습니다. 정상적인 의사 소통과 정상적인 작업. 이것은 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시키는 방식으로 시스템의 "위험"을 분산시킵니다.
2.4 rs -485 출력 회로 설계
그림 1에서 신호 리미터 다이오드의 VD1 ~ VD4는 전압 조절기 값이 RS -485 표준, VD1 및 VD3을 준수하여 12V, VD2 및 VD4를 취하여 7V를 가져 오려면 보장해야합니다. 신호 진폭은 저항을 더욱 향상시키는 능력 사이의 -7 ~ +12 v로 제한됩니다. 과전압. SN75LBC184 신호 출력에서 라인의 특수한 상황 (예 : rs -485 칩의 노드와 같은 RS -485 칩의 노드가 단락 붕괴입니다). 2 개의 20 Ω 저항 R1 및 R2와 직렬로 연결되어 기계의 하드웨어 장애가 전체 버스 통신에 영향을 미치지 않도록합니다. Application System Engineering의 현장 구성에서 통신 운송 업체로 인해 Twisted Pair, 특징적인 임피던스는 약 120 Ω이므로 처음 및 끝의 RS485 네트워크 전송 라인에서 라인 설계는 각각의 각각에 연결되어야합니다. 라인에서 전송 된 신호의 반사를 감소시키기 위해 1 120 Ω 일치 저항 (R3의 그림 1과 같은).
2.5 시스템 전원 공급 장치 선택
마이크로 컨트롤러 RS {{0}} 측정 및 제어 네트워크의 조합은 각 노드에 대해 독립 전원 공급 프로그램 사용에 우선 순위를 두어야합니다. 동시에 전원 라인을 공유 할 수 없습니다. rs -485 멀티 코어 케이블이있는 신호 라인. RS -485 신호 라인은 평평한 직선이 아닌 0.75 mm2 이상의 트위스트 한 쌍의 전선 쌍에서 선택해야하며, 스위칭 전원 공급 장치의 선택보다 선형 전원 공급 장치 TL750L05의 선택이 적절한. TL750L05에는 출력 커패시턴스가 있어야합니다. 출력 커패시턴스, 톱니 파형의 출력 전압, 입력 전압 변경으로 Sawtooth 파형의 상승 에지 및 출력 커패시턴스가 없으면 Phenomenon을 억제 할 수 있습니다.
3 소프트웨어 프로그래밍
SN75LBC184 수신 모드에서 A, B는 입력이며 R은 출력입니다. 전송 모드에서 D는 입력, A, B는 출력입니다. 전송 방향이 한 번 변경되면 입력이 변경되지 않으면 입력 상태가 한 번 변경 될 때까지 출력이 임의 상태입니다. 출력 상태가 결정됩니다. 분명히, 전송 모드에서 수신 모드로 전송 한 후, A와 B 상태가 변경되기 전에 R이 낮고 첫 번째 데이터 시작 비트에서 R이 여전히 낮 으면 CPU는 현재 시작 비트가 없다고 생각합니다. 및 CPU는 첫 번째 하락 에지가 발생할 때까지 첫 번째 데이터를 수신하기 시작하지 않으므로 수신 오류가 발생합니다. 수신 모드에서 전송 모드로 전송 한 후, D가 변경되기 전에, A와 B 사이의 전압이 낮고 첫 번째 데이터 시작 비트가 전송되면 A와 B 사이의 전압은 여전히 낮고 시작이 없습니다. A와 B 핀을 비트로, 이로 인해 전송 오류가 발생합니다. 이 결과를 극복하기위한 해결책은 다음과 같습니다. 호스트는 두 개의 동기화 단어를 지속적으로 보냅니다. 동기화 단어는 여러 에지 변경 (예 : 55h, 0 aah)을 포함하고 두 번 보낼 수 있습니다 (처음으로 오류가 발생하고 오류가 발생할 수 있습니다. 무시), 수신기는 동기화 단어를 수신하고 데이터를 전송하여 올바른 통신을 보장 할 수 있습니다.
보다 안정적으로 작업하려면 RS485 버스 상태 스위칭에는 데이터를 전송 및 수신하기 전에 적절한 지연이 필요합니다. 특정 실습은 데이터 전송 상태, 첫 번째 컨트롤 터미널 세트 "1", 지연 0. 5ms 정도입니다. 그런 다음 유효한 데이터를 보내고 데이터 전송이 완료된 다음 지연 0입니다. 5ms, 제어 단자 세트 "0". 이러한 처리는 버스가 상태 전환 중에 안정적인 작업 프로세스를 갖도록합니다.
마이크로 컨트롤러 통신 노드의 프로그램은 기본적으로 6 개의 주요 섹션으로 나눌 수 있으며,이 섹션은 사전 정의 된 섹션, 초기화 섹션, 기본 프로그램 섹션, 장치 상태 감지 섹션, 프레임 수신 섹션 및 프레임 전송 섹션으로 나눌 수 있습니다. 사전 정의 된 부분은 주로 통신에 사용 된 핸드 셰이크 신호, 장치 정보를 저장하는 데 사용되는 버퍼 및이 노드의 장치 번호를 저장하기 위해 변수를 정의합니다. 프로그램 초기화 후 하드웨어 고장이 발생할 때 장치 상태 감지 부분이 그에 따라 반응 할 수 있어야합니다. 기본 프로그램 섹션은 명령 프레임을 수신하고 명령의 내용에 따라 응답 할 수 있어야합니다. 길이를 줄이려면 주 프로그램 섹션의 코드 만 여기에 제공됩니다.
4 결론
RS -485 버스에는 약간의 단점이 있지만, 라인 디자인으로 인해 세부 사항이 잘 처리되는 한, 일부 엔지니어링 애플리케이션은 여전히 좋은 역할을 할 수 있습니다. 요컨대, 건설 시작 이전에 프로젝트의 신뢰성을 해결하는 열쇠는 지연 공학이 고정 될 때까지 대기하기보다는 근본적으로 문제를 해결하기 위해 취할 수있는 조치 전에 고려해야합니다.