摘要 根據(jù)在研制節(jié)能燈壽命檢測系統(tǒng)中，實際檢測環(huán)境傳輸數(shù)據(jù)量大，實時性強(qiáng)的特點，對物理總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議提出要求。采用零延時RS一485接口電路，邏輯上采用主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)上采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；設(shè)計出一種支持主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的485HUB，經(jīng)過通信協(xié)議的幀校驗和幀超時的設(shè)計，進(jìn)一步提高軟件抗干擾的能力。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
關(guān)鍵詞 零延時 RS一485 節(jié)能燈壽命檢測

1 概述
RS一485接口是一種基于平衡發(fā)送和差分接收的串行總線，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，在適當(dāng)?shù)牟ㄌ芈氏聜鬏斁嚯x遠(yuǎn)；同時易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，被廣泛的應(yīng)用在很多工業(yè)現(xiàn)場。

節(jié)能燈壽命檢測環(huán)境中，主要干擾來自開關(guān)和壽命檢測的強(qiáng)電干擾、開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾、空氣循環(huán)設(shè)備的干擾等等；同時由于壽命檢測環(huán)境溫度高，強(qiáng)電系統(tǒng)復(fù)雜，也給系統(tǒng)的運行提出更高的要求。壽命檢測系統(tǒng)要求實時報告每一盞節(jié)能燈的運行狀態(tài)、環(huán)境溫度、電壓等，并在壽終計算出節(jié)能燈壽命、光通等參數(shù)�？梢娤到y(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量大，實時性強(qiáng)，因此物理總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議尤為關(guān)鍵。

2 接口設(shè)計
良好的接口設(shè)計，應(yīng)該在硬件上保證系統(tǒng)有良好的抗干擾性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性。本系統(tǒng)選用了性價比很高的半雙工接口芯片SN65HVD3082。它具有以下特點[1]：
①滿足或超出TIA/EIA-485A標(biāo)準(zhǔn)的要求；
②低靜態(tài)電流消耗——有效模式為小于0.3 mA，關(guān)閉模式為l nA；
③優(yōu)化的驅(qū)動器輸出信號，傳輸率達(dá)200kbps時保持低EMI；
④1/8單元負(fù)載——1條總線上多達(dá)256個節(jié)點；
⑤總線引腳ESD保護(hù)超過16 kv；
⑥工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN75176覆蓋范圍；
⑦失效保護(hù)功能。
基于SN65HVD3082的RS-485接口電路，通常有三種方案。

(1)直接控制收發(fā)的RS-485接口電路
此方法使用控制器切換發(fā)送使能和接收使能端，控制接口電路數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由于采用直接收發(fā)，因此需要發(fā)送和接收時的轉(zhuǎn)換，只能加入額外的控制器來控制發(fā)送和接收的轉(zhuǎn)換；同時，需要用控制器存儲轉(zhuǎn)發(fā)所有的傳輸數(shù)據(jù)，這樣，每傳輸1幀數(shù)據(jù)，至少損失1個單位的接收時間(儲存轉(zhuǎn)發(fā)1幀數(shù)據(jù)的時間)。此方案不利于數(shù)據(jù)量大的實時通信，而且在發(fā)送和接收的切換過程中，在VA和VB(VA和VB分別是Rs一485總線的A、B端的電壓)有階躍電壓的產(chǎn)生。這個階躍電壓對接收器的接收有干擾產(chǎn)生。

(2)自動收發(fā)轉(zhuǎn)換的RS-485接口電路
圖l所示的虛線框中為接口電路，通過對真值表進(jìn)行分析，其發(fā)送和接收過程為：
當(dāng)發(fā)送端DI=O時，DE/RE=1發(fā)送O電平，接收端RO=O；當(dāng)發(fā)送端DI=1時，DE/RE=0，VA=VB=2.5V，接收端由于上拉電阻的作用RO=1。

在此接口電路的TXo端加入1kHz的TTL方波對電路進(jìn)行測試。未加入120Ω端電阻時，接口芯片的485-A和485-B腳都有約50μs的電壓變化過程，如圖2所示。接收端Ro波形的上升沿有明顯的延遲約30～40μs(和數(shù)據(jù)發(fā)送端DI比較)，造成很大的傳輸誤差；加入120Ω端電阻時，延遲明顯縮小，約3μs。

此電路在發(fā)送高電平時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，總線上所有接口處于接收狀態(tài)，總線是空閑的，允許其他接口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此容易引入總線沖突。特別是連續(xù)發(fā)送商電平比特時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)的時間越長，引入總線沖突的幾率就越大。

(3)零延時的RS-485接口電路
零延時RS-4185接口電路主要采用74HCl4和電路中的電阻、電容等元件構(gòu)成一個延時很短的電路，其主要作用是：
①發(fā)送器在發(fā)送高電平的時候，在短延時內(nèi)不再是處于高阻狀態(tài)，仍有驅(qū)動電流存在，這樣在一定程度上可以增加接口的抗干擾能力。
②從真值表可以看出．對于接收器，當(dāng)VID=VA-VR≥一O.01 V時，RO=1；在發(fā)送端，當(dāng)DE/RE=0，發(fā)送驅(qū)動器的VA和VB都是高阻態(tài)，此時VA=VB=2.5V，因此，這時對于接收端RO=1；而在短延時的時間內(nèi)，由千DI=1且DE/RE=1．所以RO=1．可見在短延時和DE/RE=0的時間內(nèi)接收端RO=l，這樣就完成了對高電平的發(fā)送和接收，而且在接收端的上升沿不會有延遲，即零延時，如圖3所示。

把圖l中自動收發(fā)轉(zhuǎn)換的RS-485接口電路換成零延時的RS-485接口電路，如圖4所示。同樣在TX0端加入1 kHz的方波對電路進(jìn)行測試，結(jié)果是接收端RO的上升沿不會有延遲。這和是否接入120Ω的端電阻沒有關(guān)系，證實了以上的分析。

圖2、3中虛線箭頭指向處的電壓為2.5 V。

圖4中，根據(jù)系統(tǒng)所確定的傳輸速度來選擇R3和C0參數(shù)，以達(dá)到零延時。傳輸速度越高，延時越小。這里選擇R3=22 kΩ，C0=1000 pF。

摘要 根據(jù)在研制節(jié)能燈壽命檢測系統(tǒng)中，實際檢測環(huán)境傳輸數(shù)據(jù)量大，實時性強(qiáng)的特點，對物理總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議提出要求。采用零延時RS一485接口電路，邏輯上采用主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，物理結(jié)構(gòu)上采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；設(shè)計出一種支持主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的485HUB，經(jīng)過通信協(xié)議的幀校驗和幀超時的設(shè)計，進(jìn)一步提高軟件抗干擾的能力。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。
關(guān)鍵詞 零延時 RS一485 節(jié)能燈壽命檢測

1 概述
RS一485接口是一種基于平衡發(fā)送和差分接收的串行總線，具有很強(qiáng)的抗共模干擾能力，在適當(dāng)?shù)牟ㄌ芈氏聜鬏斁嚯x遠(yuǎn)；同時易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，被廣泛的應(yīng)用在很多工業(yè)現(xiàn)場。

節(jié)能燈壽命檢測環(huán)境中，主要干擾來自開關(guān)和壽命檢測的強(qiáng)電干擾、開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾、空氣循環(huán)設(shè)備的干擾等等；同時由于壽命檢測環(huán)境溫度高，強(qiáng)電系統(tǒng)復(fù)雜，也給系統(tǒng)的運行提出更高的要求。壽命檢測系統(tǒng)要求實時報告每一盞節(jié)能燈的運行狀態(tài)、環(huán)境溫度、電壓等，并在壽終計算出節(jié)能燈壽命、光通等參數(shù)�？梢娤到y(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)量大，實時性強(qiáng)，因此物理總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信協(xié)議尤為關(guān)鍵。

2 接口設(shè)計
良好的接口設(shè)計，應(yīng)該在硬件上保證系統(tǒng)有良好的抗干擾性、穩(wěn)定性和易擴(kuò)展性。本系統(tǒng)選用了性價比很高的半雙工接口芯片SN65HVD3082。它具有以下特點[1]：
①滿足或超出TIA/EIA-485A標(biāo)準(zhǔn)的要求；
②低靜態(tài)電流消耗——有效模式為小于0.3 mA，關(guān)閉模式為l nA；
③優(yōu)化的驅(qū)動器輸出信號，傳輸率達(dá)200kbps時保持低EMI；
④1/8單元負(fù)載——1條總線上多達(dá)256個節(jié)點；
⑤總線引腳ESD保護(hù)超過16 kv；
⑥工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN75176覆蓋范圍；
⑦失效保護(hù)功能。
基于SN65HVD3082的RS-485接口電路，通常有三種方案。

(1)直接控制收發(fā)的RS-485接口電路
此方法使用控制器切換發(fā)送使能和接收使能端，控制接口電路數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由于采用直接收發(fā)，因此需要發(fā)送和接收時的轉(zhuǎn)換，只能加入額外的控制器來控制發(fā)送和接收的轉(zhuǎn)換；同時，需要用控制器存儲轉(zhuǎn)發(fā)所有的傳輸數(shù)據(jù)，這樣，每傳輸1幀數(shù)據(jù)，至少損失1個單位的接收時間(儲存轉(zhuǎn)發(fā)1幀數(shù)據(jù)的時間)。此方案不利于數(shù)據(jù)量大的實時通信，而且在發(fā)送和接收的切換過程中，在VA和VB(VA和VB分別是Rs一485總線的A、B端的電壓)有階躍電壓的產(chǎn)生。這個階躍電壓對接收器的接收有干擾產(chǎn)生。

(2)自動收發(fā)轉(zhuǎn)換的RS-485接口電路
圖l所示的虛線框中為接口電路，通過對真值表進(jìn)行分析，其發(fā)送和接收過程為：
當(dāng)發(fā)送端DI=O時，DE/RE=1發(fā)送O電平，接收端RO=O；當(dāng)發(fā)送端DI=1時，DE/RE=0，VA=VB=2.5V，接收端由于上拉電阻的作用RO=1。

在此接口電路的TXo端加入1kHz的TTL方波對電路進(jìn)行測試。未加入120Ω端電阻時，接口芯片的485-A和485-B腳都有約50μs的電壓變化過程，如圖2所示。接收端Ro波形的上升沿有明顯的延遲約30～40μs(和數(shù)據(jù)發(fā)送端DI比較)，造成很大的傳輸誤差；加入120Ω端電阻時，延遲明顯縮小，約3μs。

此電路在發(fā)送高電平時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，總線上所有接口處于接收狀態(tài)，總線是空閑的，允許其他接口發(fā)送數(shù)據(jù)，因此容易引入總線沖突。特別是連續(xù)發(fā)送商電平比特時，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)的時間越長，引入總線沖突的幾率就越大。

(3)零延時的RS-485接口電路
零延時RS-4185接口電路主要采用74HCl4和電路中的電阻、電容等元件構(gòu)成一個延時很短的電路，其主要作用是：
①發(fā)送器在發(fā)送高電平的時候，在短延時內(nèi)不再是處于高阻狀態(tài)，仍有驅(qū)動電流存在，這樣在一定程度上可以增加接口的抗干擾能力。
②從真值表可以看出．對于接收器，當(dāng)VID=VA-VR≥一O.01 V時，RO=1；在發(fā)送端，當(dāng)DE/RE=0，發(fā)送驅(qū)動器的VA和VB都是高阻態(tài)，此時VA=VB=2.5V，因此，這時對于接收端RO=1；而在短延時的時間內(nèi)，由千DI=1且DE/RE=1．所以RO=1．可見在短延時和DE/RE=0的時間內(nèi)接收端RO=l，這樣就完成了對高電平的發(fā)送和接收，而且在接收端的上升沿不會有延遲，即零延時，如圖3所示。

把圖l中自動收發(fā)轉(zhuǎn)換的RS-485接口電路換成零延時的RS-485接口電路，如圖4所示。同樣在TX0端加入1 kHz的方波對電路進(jìn)行測試，結(jié)果是接收端RO的上升沿不會有延遲。這和是否接入120Ω的端電阻沒有關(guān)系，證實了以上的分析。

圖2、3中虛線箭頭指向處的電壓為2.5 V。

圖4中，根據(jù)系統(tǒng)所確定的傳輸速度來選擇R3和C0參數(shù)，以達(dá)到零延時。傳輸速度越高，延時越小。這里選擇R3=22 kΩ，C0=1000 pF。