改进的RS485通信电路

李　淼, 朱怀娟, 吴义纯

(1.国网安徽省电力公司培训中心， 安徽　合肥　230022；2.安徽电气工程职业技术学院， 安徽　合肥　230051；3.国网合肥供电公司， 安徽　合肥　230022)



改进的RS485通信电路

李淼1,2, 朱怀娟3, 吴义纯1,2

(1.国网安徽省电力公司培训中心， 安徽合肥230022；2.安徽电气工程职业技术学院， 安徽合肥230051；3.国网合肥供电公司， 安徽合肥230022)

在自动化领域，智能设备之间的通信占有重要的地位。RS485串行通信方式可以采集远程信息和远程数据，实现远程控制和远程调节。针对RS485典型通信电路存在的不足，本文充分利用485芯片的技术特点设计了通信电路，并成功地应用到电力谐波检测终端中。

串行通信；RS485

0　引言

在自动化领域，各类智能设备之间需要交换大量的信息，通信就占有重要的地位。常见的通信方式有并行、串行通信。并行通信速度快但占用口线多，一般只适用于芯片间的信息传输；串行占用口线少，适用于远距离通信。串行通信又分为RS232、RS422、RS485、USB、1394等，其中RS485具有传输距离远、成本低、易编程等特点，被大量使用。硬件设计人员一般根据芯片的技术规格书设计应用电路，即典型应用电路。作者经过分析发现RS485的典型应用电路存在不足，本文充分利用485芯片的技术特点重新设计了通信电路。

1　RS485总线简介

RS485又称为EIA-485是美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口标准。一般采用两线制传输，利用两线间的电压差及差分电压进行数据传输。RS485可以满足通信距离远，抗干扰能力强，传输速率高的要求。通过RS485总线连接的智能设备可以形成网络拓扑，满足了网络信息化的需要。一台主机可以同时控制多台从机，这种一对多的主从通信方式极大的提高了通信的效率，也节省了通信成本。

RS485通信的特点如下：

(1)信号定义

RS485采用二线差分平衡传输：

逻辑0：差分信号-2500～-200mv；

逻辑1：差分信号+2500～+200mv；

高阻状态：差分信号-200～+200mv。

(2)RS485采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强。

(3)RS485最大的通信距离约为1200m，最大传输速率为10Mbps。

(4)RS485仅规定了接受端和发送端的电气特性，它对数据协议未做规定，因此在通信方案中的协议要另行设计，但必须满足RS485的物理传输要求。

(5)一般采用两线制半双工通信方式，信息可以双向传输，但不能同时进行数据的收发。也可以采用四线制，全双工通信方式，这样就可以实现同时收发数据。

2　常见的RS485集成收发器

2.1半双工通信的485芯片

常用的有SN75176、SN75276、SN75LBC184、[1]MAX485、MAX1487、MAX3082、MAX1483、SP3485等，图1为半双工通信电路示意图。

图1　半双工通信电路

2.2全双工通信的485芯片

常用的有SN75179、SN75180、MAX488～MAX491、MAX1482 等，图2为全双工通信电路示意图。

图2　全双工通信电路

3　SP3485 技术规格

SP3485[2]是EXAR公司出品的半双工RS485集成收发器，常用于电力仪表中。

引脚功能：

图3　SP3485引脚图

名称功能RO接收数据的输出端RE接收使能端DE发送使能端DI发送数据的输入端GND电源地A输入输出总线B输入输出总线VCC电源

发送状态真值表：

输入端/DI使能端/DE输出端AB功能HHHL总线高LHLH总线低XLZZ关闭发送功能

接收装态真值表：

差分输入端Vid=VA-VB使能端/RE输出端/RO功能Vid>Vit+LH收到高Vit+

H：高电平；L:低电平；Z：高阻态；X：无关；Vit+典型值0.2V；Vit-典型值-0.2V。

4　RS485典型通信电路

图4　RS485典型通信电路

图4是按照SP3485的规格书直接设计的485通信电路，图中U1～U3是普通光耦器件，可以选用TLP521、PC817、EL817、NEC2501等，适用于低速波特率，如果要求高速通信可以更换为高速光耦器件，如6N137等，U4是SP3485。该电路具有显著特点：

(1)硬件上，RO、DI分别连接到CPU的SCIRXD、SCIRXD引脚。两个收发使能脚RE、DE接在一起，连接到CPU的一个GPIO脚，由软件来实现接受/发送状态控制。

(2)软件上，需在通信模块明确控制接受或发送状态。

(3)优点是状态控制直观，缺点是元器件数量多；平台移植时需考虑GPIO引脚的选择与配置，移植性稍差。

5　改进的RS485应用电路

针对典型应用电路的不足，设计了改进的RS485通信电路，如图5所示：

图5　RS485改进的通信电路

图5改进的电路能够实现485通信是基于SP3485的关键技术特点：A、B端子的差分电压阀值低至0.2V，其工作原理分析如下：

(1)接收状态

当CPU处于非发送状态时，TXD=1，即高电平，使RE/DE=0，从而使SP3485处于接收状态。如果软件的接收模块运行，就能够接收其他设备发来的信号。

(2)发送状态

CPU发送数据到TXD，当TXD=1时，RE/DE=0，SP3485的发送功能被关闭，A、B端处于高阻状态，差分电压Vid=VA-VB=3.3×120/(120+2200+2200)=0.265V>0.2V,外部设备的485芯片可以识别出是总线高。当TXD=0时，RE/DE=1，SP3485的发送功能开启，此时DI引脚接地，输出总线低。

6　结束语

将RS485的两种通信电路进行比较，改进的通信电路的优点是明显的：

(1)硬件方面，减少了CPU与SP3485之间的器件，同时节省了CPU的GPIO[3]引脚，明显地降低成本，降低功耗。尤其是在高速通信应用时，几乎可以降低25%的硬件成本。

(2)软件方面，无需考虑收发状态切换控制，软件代码量减小，加快了速度，同时平台移植方便。

改进的RS485通信电路已成功地应用到电力谐波检测终端中，能够满足RS485通信的要求。

[1] SNx5LBC184 Differential Transceiver With Transient Voltage Suppression(Rev. I)[EB/OL].

http://www.ti.com/product/SN75LBC184.

[2] Low Power Half-Duplex RS485 Transceivers[EB/OL].https://www.exar.com/product.

[3] 苏奎峰，等.TMS320X281X DSP原理及C程序开发[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[责任编辑：朱子]

Improved RS485 Communication Circuit

LIMiao1,2,ZHUHuai-juan3,WUYi-chun1,2

(1.TrainingCenterofStateGridAnhuiElectricPowerCorporation,Hefei230022,China;2.AnhuiElectricalEngineeringProfessionalTechniqueCollege,Hefei230051,China;3.StateGridHefeiPowerSupplyCompany,Hefei230022,China)

In the field of automation, communication is very important between intelligent devices. RS485 serial communication can remotely transfer information and data, realize the remote control and remote adjustment. In view of the insufficiency of RS485 typical application circuit, this paper designs the application circuit based on full use of the technical features of 485 chip, and successfully applies this circuit to electrical power harmonic detection device.

serial communication; RS485

2016- 04-20

李淼(1967-)，男，安徽宿州人，硕士，副教授，从事电气自动化技术方面的教学和研究。

朱怀娟(1975-)，女，安徽宿松县人，高级技师，从事电力调度与控制工作。

TN911.23

A

1672-9706(2016)03- 0098- 04

吴义纯(1973-)，男，安徽安庆人，博士，教授，从事电力系统分析教学与研究工作。