RS485總線在智能供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

1引言

　　本文介紹的分布式公寓智能供電管理系統(tǒng)以一臺主控上位PC機(jī)為核心，以RS485協(xié)議為基礎(chǔ)，通過串口連接多臺下位機(jī)。下位機(jī)以TMS320LF2407DSP為主控芯片。由于下位機(jī)要完成每個房間電壓、電流信號的實時采集、電量實時計算與負(fù)載實時識別等多項任務(wù)，算法中包含F(xiàn)FT，計算量大，算法復(fù)雜，下位機(jī)采用DSP芯片是合理的選擇。考慮到DSP原開發(fā)軟件提供的數(shù)據(jù)庫函數(shù)有限，故該系統(tǒng)將一些實時性要求不高的任務(wù)，如參數(shù)設(shè)定、波形顯示、電能報表輸出等交由上位機(jī)處理。本文重點介紹了系統(tǒng)中上下微機(jī)之間的串行通訊設(shè)計。

2串行通信接口硬件電路設(shè)計

　　2.1RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)及MAX485簡介

　　RS485標(biāo)準(zhǔn)是美國電氣工業(yè)聯(lián)合會（EIA）制定的以雙絞線作傳輸線的多點通信標(biāo)準(zhǔn)，采用平衡發(fā)送和差分接收，具有較強(qiáng)的抗共模干擾能力，允許雙絞線上一個發(fā)送器驅(qū)動32個負(fù)載設(shè)備。它解決了RS232標(biāo)準(zhǔn)傳輸距離近、信號易受干擾的問題，是工業(yè)上廣泛采用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)。

　　MAX485是MAXIM公司推出的低功耗串行收發(fā)器芯片，該芯片支持RS485協(xié)議，采用單+5V電源工作，內(nèi)部有一個接收器和驅(qū)動器，其電路原理圖見圖1。圖中RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入，當(dāng)與DSP芯片連接時應(yīng)分別與SCIRXD和SCITXD端相連;/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài)，當(dāng)DE為邏輯1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，由于MAX485工作在半雙工狀態(tài)，發(fā)送和接收共用同一物理信道，該信道必須分時復(fù)用，圖中的/RE和DE連接端即為控制信號端。MAX485的A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當(dāng)A引腳電平高于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當(dāng)A腳電平低于B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。

　　2.2DSP通信模塊介紹

　　TMS320LF2407DSP內(nèi)部有專用的串行通信模塊（SCI），可支持異步串行通信和多處理器通信，其接收器和發(fā)送器是雙緩沖的,收發(fā)端均有獨立的使能和中斷標(biāo)志位，可以半雙工或全雙工工作。SCI模塊包括SCIRXD（串行通信數(shù)據(jù)接收）和SCITXD（串行通信數(shù)據(jù)發(fā)送）兩個外部引腳及7個控制類寄存器和3個數(shù)據(jù)類寄存器。通過初始化控制類寄存器，可設(shè)置數(shù)據(jù)格式、中斷使能、中斷優(yōu)先級、波特率等參數(shù)。發(fā)送數(shù)據(jù)時，寫1到TXWAKE，將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖寄存器SCITXBUF即可啟動一次串行發(fā)送;接收數(shù)據(jù)時，從SCIRXD引腳串行移入數(shù)據(jù)，存儲在SCIRXBUF中，供CPU讀取。

　　2.3PC機(jī)與DSP串行通信接口電路

　　由于普通PC機(jī)上僅配有RS232接口，若要利用上位微機(jī)的串行口來實現(xiàn)RS485標(biāo)準(zhǔn)通信，必須進(jìn)行RS232與RS485接口轉(zhuǎn)換。本設(shè)計采用瑞賽特8520接口卡將串行口的RS232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成與TTL電平兼容的RS485標(biāo)準(zhǔn)電平，該接口卡使用簡便、無需再增加任何外圍器件，就可利用標(biāo)準(zhǔn)的PC硬件來輕松構(gòu)造工業(yè)級的長距離通信系統(tǒng)。另外，DSP芯片的工作電壓為+3.3V，而MAX485的工作電壓為+5V，設(shè)計時在二者之間添加了光隔電路，光隔電路既實現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換，又防止了系統(tǒng)模塊與通信模塊在電氣上相互之間的影響。PC機(jī)與DSP的串行通信硬件接口電路原理圖如圖1所示。圖中MAX485的接收使能和發(fā)送使能引腳共同由DSP的PC2口控制，以選擇某一時刻是接收使能還是發(fā)送使能。同時，為保證與傳輸線阻抗匹配，在差分端口A與B之間跨接了120Ω匹配電阻，以消除通信線路中的信號反射。

3串口通訊軟件設(shè)計

　　3.1通信協(xié)議

　　為保證串行通信的準(zhǔn)確性和可靠性，上、下位機(jī)通信雙方必須具有相同的通訊協(xié)議，即相同的波特率及信息傳送格式。因此，本設(shè)計規(guī)定：

　?。?）通信雙方的波特率為9600bps;

　?。?）TMS320LF2407DSP內(nèi)部的SCI模塊提供了兩種多機(jī)通信模式：空閑線模式和地址位模式，本文中DSP通信采用了較簡單的地址位模式，以保證上位機(jī)同所選擇的下位機(jī)可靠通信。因此幀數(shù)據(jù)格式定義為：8位數(shù)據(jù)位、1位地址/數(shù)據(jù)識別位（1表示地址、0表示數(shù)據(jù)）、1位停止位、無奇偶校驗位;