1 Vấn đề
Một trong những mạng được sử dụng phổ biến hơn trong lĩnh vực kiểm soát và đo lường công nghiệp là lớp vật lý sử dụng giao diện truyền thông RS -485 bao gồm mạng thiết bị điều khiển công nghiệp. Giao diện giao tiếp này có thể rất thuận tiện cho nhiều thiết bị để tạo thành mạng điều khiển. Từ giải pháp hiện tại để giải quyết giao tiếp đường dài giữa các bộ vi điều khiển trong phân tích nhiều chương trình, RS -485 Chế độ giao tiếp xe buýt do cấu trúc đơn giản, giá thấp, khoảng cách giao tiếp và tốc độ truyền dữ liệu là phù hợp và được sử dụng rộng rãi Trong thiết bị, cảm biến thông minh, kiểm soát tập trung, kiểm soát tòa nhà, giám sát và báo động và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, xe buýt rs485 có chức năng tự bảo vệ, tự bảo vệ là mong manh và những thiếu sót khác, chẳng hạn như không chú ý đến một số chi tiết về việc xử lý, thường là thất bại giao tiếp hoặc thậm chí bị tê liệt hệ thống và các thất bại khác, vì vậy điều cần thiết là phải cải thiện Độ tin cậy hoạt động của bus RS -485.
Sơ đồ giao diện giao tiếp rs485
2 vấn đề thiết kế mạch phần cứng cần biết
2.1 Nguyên tắc cơ bản của mạch
Thiết kế mạch phần cứng của một nút được hiển thị trong Hình 1, trong đó sử dụng RS -485} 5}}. 5 V có thể hoạt động bình thường. So với chip RS -485 thông thường, nó không chỉ có thể chống lại tác động của sét và có thể chịu được tới 8 kV tác động phóng điện tĩnh điện, chip tích hợp bốn ống bảo vệ điện áp quá mức, có thể chịu được 4 {{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{ 33}} 0 v Điện áp xung thoáng qua. Do đó, nó có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy của việc ngăn chặn thiệt hại sét cho thiết bị. Đối với một số môi trường thù địch hơn của cảnh, có thể được kết nối trực tiếp với đường truyền mà không có bất kỳ thành phần bảo vệ bổ sung nào. Chip cũng có một thiết kế duy nhất, khi đầu vào là mạch mở, đầu ra của nó cao, có thể đảm bảo cáp đầu vào máy thu có lỗi mạch mở, không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hệ thống. Ngoài ra, trở kháng đầu vào của nó đối với trở kháng đầu vào tiêu chuẩn RS485 là 2 lần (lớn hơn hoặc bằng 24 kΩ), do đó bạn có thể kết nối 64 bộ thu phát trên xe buýt. Chip được thiết kế bên trong để giới hạn trình điều khiển độ dốc, do đó cạnh tín hiệu đầu ra sẽ không quá dốc, do đó đường truyền sẽ không tạo ra quá nhiều các thành phần tần số cao, do đó kìm hãm sự can thiệp điện từ một cách hiệu quả. Trong Hình 1, TLP521 của bộ ghép OPTO bốn trong một để vi điều khiển và SN75LBC184 hoàn toàn không có kết nối điện giữa công việc của độ tin cậy. Nguyên tắc cơ bản là: Khi bộ vi điều khiển P1. Chip giao diện rs485, cho phép truyền. Khi bộ vi điều khiển P1. 6=1, diode phát sáng ánh sáng photocoupler không phát ra ánh sáng, bóng bán dẫn cảm quang không tiến hành, điện áp thấp đầu ra (0 V), thiết bị đầu cuối của chip giao diện RS485 được chọn, và tiếp nhận được cho phép. Nguyên tắc của thiết bị đầu cuối R (đầu cuối nhận) và thiết bị đầu cuối D (đầu cuối truyền) của SN75LBC184 tương tự như ở trên.
2.2 Thiết kế bảng điều khiển DE của RS -485
Trong hệ thống giao tiếp nửa song công được xây dựng bởi bus RS -485, chỉ có một nút ở trạng thái truyền và gửi dữ liệu lên xe buýt bất cứ lúc nào trong toàn bộ mạng và tất cả các nút khác phải ở trạng thái nhận . Nếu có 2 nút hoặc hơn 2 nút để gửi dữ liệu lên xe buýt cùng một lúc, sẽ dẫn đến tất cả các lỗi truyền dữ liệu của người gửi. Do đó, trong thiết kế phần cứng của từng nút của hệ thống, trước tiên, nó nên tìm cách tránh xung đột dữ liệu xe buýt gây ra bởi các điều kiện bất thường khiến nút này gửi dữ liệu lên xe buýt. Lấy loạt các bộ vi điều khiển MCS51 làm ví dụ, bởi vì nó nằm trong thiết lập lại hệ thống, các cổng I/O có đầu ra cao, nếu cổng I/O được kết nối trực tiếp với trình điều khiển cho phép đầu cuối của RS -485} Chip giao diện, nó sẽ làm cho DE cao trong quá trình thiết lập lại CPU, để nút này ở trạng thái gửi. Nếu có các nút khác trên xe buýt gửi dữ liệu tại thời điểm này, việc truyền dữ liệu sẽ bị gián đoạn và không thành công hệ thống. Có tính đến tính ổn định và độ tin cậy của giao tiếp, trong thiết kế của từng nút phải điều khiển pin phát chip giao diện bus rs485 được thiết kế để kết thúc logic nghịch đảo, nghĩa là pin điều khiển cho logic của "1", Cuối của "0"; pin điều khiển cho logic của "0", mã pin điều khiển cho logic của "{{1 0}}", mã pin điều khiển cho logic của "0", The pin điều khiển cho logic của "0", mã pin điều khiển cho logic của "0". "0" Khi mã pin điều khiển là logic '1', phía de là '1'. Trong Hình 1, chân CPU P1.6 thông qua thiết bị đầu cuối của ổ đĩa photococker, do đó chân điều khiển cao hoặc đặt lại bất thường để SN75LBC184 luôn ở trạng thái nhận tình hình gây ra bởi tác động của toàn bộ hệ thống. Điều này đặt nền tảng cho giao tiếp đáng tin cậy của toàn bộ hệ thống.
Ngoài ra, có một cơ quan giám sát MAX813L trong mạch, có thể tự động đặt lại chương trình và trao quyền điều khiển bus RS -485 khi nút có vòng lặp chết hoặc các lỗi khác. Điều này đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống sẽ không phải là xe buýt độc quyền do sự thất bại của một nút, dẫn đến sự tê liệt của toàn bộ hệ thống.
2.3 Thiết kế để tránh xung đột xe buýt
Khi một nút cần sử dụng xe buýt, để nhận ra giao tiếp xe buýt đáng tin cậy, hãy lắng nghe xe buýt trước khi có dữ liệu được gửi. Trên giao diện phần cứng, trước tiên, đảo ngược pin nhận dữ liệu của RS {{0}} Chip giao diện và kết nối nó với pin ngắt int 0 của CPU. Trong Hình 1, INT0 được kết nối với đầu ra của khớp nối opto. Khi xe buýt truyền dữ liệu, đầu cuối dữ liệu SN75LBC184 (thiết bị đầu cuối R) SN75LBC184 cho thấy sự thay đổi ở mức cao và thấp, việc sử dụng CPU được tạo ra bởi cạnh rơi của ngắt (cũng có thể được sử dụng để truy vấn theo cách này), Bạn có thể học tại thời điểm này liệu xe buýt có "bận" hay không, tức là liệu có một nút trên xe buýt đang giao tiếp hay không. Nếu "nhàn rỗi", bạn có thể có quyền truy cập vào xe buýt, điều này giải quyết tốt hơn vấn đề xung đột xe buýt. Trên cơ sở này, bạn cũng có thể xác định mức độ ưu tiên của các thông điệp khác nhau, do đó các thông điệp ưu tiên cao có thể được gửi trước, do đó cải thiện hơn nữa hệ thống thời gian thực. Sau khi áp dụng cách làm việc này, không còn có sự phân biệt giữa các nút chủ và nô lệ trong hệ thống và mỗi nút có quyền truy cập bằng nhau vào xe buýt, do đó tránh được tình huống gánh nặng giao tiếp của các nút riêng lẻ. Tốc độ sử dụng của xe buýt và hiệu quả giao tiếp của hệ thống có thể được cải thiện rất nhiều, do đó phản ứng thời gian thực của hệ thống đã được cải thiện và ngay cả khi các nút riêng lẻ trong hệ thống không thành công, nó sẽ không ảnh hưởng đến các nút khác của giao tiếp bình thường và công việc bình thường. Điều này làm cho "nguy hiểm" của hệ thống được phân cấp, theo cách để tăng cường độ tin cậy và ổn định của hệ thống.
2.4 RS -485 Thiết kế mạch đầu ra
Trong Hình 1, VD1 ~ VD4 cho diode bộ giới hạn tín hiệu, giá trị bộ điều chỉnh điện áp của nó phải đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn RS -485, VD1 và VD3 để mất 12 V, VD2 và VD4 để đảm bảo rằng biên độ tín hiệu được giới hạn ở -7 ~ +12 v giữa khả năng cải thiện hơn nữa khả năng chống quá điện áp. Có tính đến các trường hợp đặc biệt của dòng (chẳng hạn như nút của chip RS -485 được kết nối theo chuỗi với hai điện trở 20 R1 và R2, do đó các lỗi phần cứng của máy không làm cho toàn bộ giao tiếp xe buýt bị ảnh hưởng. Trong lĩnh vực xây dựng kỹ thuật hệ thống ứng dụng, do nhà cung cấp truyền thông là một cặp xoắn, trở kháng đặc trưng của nó khoảng 120, vì vậy thiết kế dòng, trong đường truyền mạng RS485 ở đầu và kết nối với từng 1 120 Điện trở khớp (chẳng hạn như Hình 1 trong R3), để giảm sự phản xạ của tín hiệu truyền trên đường.
2.5 Lựa chọn cung cấp năng lượng hệ thống
Đối với sự kết hợp giữa vi điều khiển RS {{0}}} Mạng đo lường và điều khiển, nên được ưu tiên sử dụng chương trình cấp nguồn độc lập cho từng nút, cùng lúc, dòng điện không thể được chia sẻ với RS -485 Dòng tín hiệu với cáp đa lõi. RS -485 Dòng tín hiệu phải được chọn từ diện tích mặt cắt từ 0,75 mm2 trở lên cặp dây bị xoắn thay vì đường thẳng phẳng và lựa chọn nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính TL750L05 so với việc lựa chọn nguồn điện chuyển mạch là nhiều hơn phù hợp. TL750L05 phải có điện dung đầu ra, nếu không có điện dung đầu ra, điện áp đầu ra cho dạng sóng Sawtooth, cạnh tăng của dạng sóng Sawtooth với thay đổi điện áp đầu vào, cộng với điện dung đầu ra, bạn có thể ngăn chặn hiện tượng.
3 Lập trình phần mềm
SN75LBC184 Trong chế độ nhận, A, B là đầu vào, r là đầu ra; Trong chế độ truyền, D là đầu vào, A, B là đầu ra. Khi hướng truyền được thay đổi một lần, nếu đầu vào không thay đổi, thì đầu ra là trạng thái ngẫu nhiên tại thời điểm này, cho đến khi trạng thái đầu vào thay đổi một lần, trạng thái đầu ra được xác định. Rõ ràng, sau khi chuyển từ chế độ truyền sang chế độ nhận, nếu R thấp trước khi thay đổi trạng thái A và B và R vẫn còn thấp ở bit bắt đầu dữ liệu đầu tiên, CPU nghĩ rằng không có bit bắt đầu tại thời điểm này và CPU không bắt đầu nhận dữ liệu đầu tiên cho đến khi cạnh giảm đầu tiên xảy ra, điều này sẽ dẫn đến lỗi tiếp nhận. Sau khi chuyển từ chế độ nhận sang chế độ truyền, trước khi D thay đổi, nếu điện áp giữa a và b thấp và bit bắt đầu dữ liệu đầu tiên được gửi, điện áp giữa a và b vẫn còn thấp và không có khởi động bit tại các chân A và B, cũng sẽ dẫn đến một lỗi truyền. Giải pháp để khắc phục hậu quả này là: Máy chủ liên tục gửi hai từ đồng bộ hóa, từ đồng bộ hóa để bao gồm nhiều thay đổi cạnh (như 55h, 0 aah) và gửi hai lần (lần đầu tiên có thể nhận được lỗi và Bị bỏ qua), người nhận nhận từ đồng bộ hóa, dữ liệu có thể được truyền đi, do đó đảm bảo giao tiếp chính xác.
Để làm việc đáng tin cậy hơn, trong chuyển đổi trạng thái xe buýt RS485 đòi hỏi phải có sự chậm trễ thích hợp trước khi gửi và nhận dữ liệu. Thực tiễn cụ thể là ở trạng thái truyền dữ liệu, bộ thiết bị đầu cuối điều khiển đầu tiên "1", trễ 0. 5 ms hoặc sau đó gửi dữ liệu hợp lệ, truyền dữ liệu được hoàn thành, sau đó trì hoãn 0. 5 ms, bộ thiết bị đầu cuối điều khiển "0". Việc xử lý như vậy sẽ làm cho xe buýt có một quy trình làm việc ổn định trong quá trình chuyển đổi trạng thái.
Chương trình của nút giao tiếp vi điều khiển về cơ bản có thể được chia thành sáu phần chính, là phần được xác định trước, phần khởi tạo, phần chương trình chính, phần phát hiện trạng thái thiết bị, phần nhận khung và phần gửi khung. Phần được xác định trước chủ yếu xác định các tín hiệu bắt tay được sử dụng trong giao tiếp, bộ đệm được sử dụng để lưu thông tin thiết bị và biến để lưu số lượng thiết bị của nút này. Phần phát hiện trạng thái thiết bị sẽ có thể phản ứng tương ứng khi xảy ra lỗi phần cứng sau khi khởi tạo chương trình. Phần chương trình chính sẽ có thể nhận các khung lệnh và trả lời phù hợp với nội dung của lệnh. Để rút ngắn độ dài, chỉ có mã của phần chương trình chính được đưa ra ở đây.
4 Kết luận
Mặc dù có một số thiếu sót của bus RS -485, nhưng vì thiết kế dòng của nó rất đơn giản, không tốn kém, dễ kiểm soát, miễn là các chi tiết được xử lý tốt, trong một số ứng dụng kỹ thuật vẫn có thể đóng vai trò tốt. Nói tóm lại, chìa khóa để giải quyết độ tin cậy của dự án trước khi bắt đầu xây dựng trước các biện pháp có thể được thực hiện để giải quyết vấn đề về cơ bản, thay vì chờ đợi cho đến khi kỹ thuật muộn để sửa chữa.