零延時(shí)隔離技術(shù)的RS485總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　在工業(yè)控制設(shè)備之間中長距離通信的諸多方案中，RS485總線因其硬件設(shè)計(jì)簡單、控制方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工廠自動(dòng)化、工業(yè)控制、小區(qū)監(jiān)控、水利自動(dòng)測控等領(lǐng)域。RS485總線采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)，各節(jié)點(diǎn)之間的通信是以一對(duì)雙絞線作為傳輸介質(zhì)。與RS232接口相比，RS485總線的傳輸距離更長、抗干擾能力也更強(qiáng)。RS485總線具有以下一些特點(diǎn)：

　?、俳涌诓捎闷胶怛?qū)動(dòng)器和差分接收器，抗共模干擾能力強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

　?、谑瞻l(fā)器輸出A、B之間的電平為+2～+6 V，是邏輯“1”；為－6～－2 V，是邏輯“0”。信號(hào)電平比RS232降低了，不易損壞接口芯片。另有“使能”控制信號(hào)，可使收發(fā)器處于高阻狀態(tài)，切斷與傳輸線的連接。

　?、劢邮掌鞯妮斎腱`敏度為200 mV。即在當(dāng)收端VA－VB》+200 mV時(shí)，輸出為邏輯“0”；VA－VB＜－200 mV時(shí)，輸出為邏輯“1”。

　?、茏罡邆鬏斔俾蕿?0 Mbps，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為1 200 m。

　?、菰诠?jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)、配置120 Ω終端電阻的情況下，驅(qū)動(dòng)器至少還能輸出1．5 V電壓（終端電阻的大小與所用雙絞線的參數(shù)有關(guān)）。

　?、蘧哂卸嗾军c(diǎn)傳輸能力，即總線上允許掛接多個(gè)收發(fā)器，可建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

　　在傳統(tǒng)的RS485總線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文基于ADI公司推出的帶隔離的增強(qiáng)型RS485收發(fā)器AD－uM2483，采用磁耦隔離和硬件零延時(shí)技術(shù)所設(shè)計(jì)的RS485總線節(jié)點(diǎn)，具有良好的抗干擾性和較高的通信速率，可應(yīng)用在一些環(huán)境比較復(fù)雜的工業(yè)場合。

1 設(shè)計(jì)思想

　　RS485總線節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)STC12C5410AD、帶隔離的RS485收發(fā)器ADuM2483、高速三極管等組成。其中，ADuM2483的應(yīng)用圖如圖1所示。STC12C5410AD是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘／機(jī)器周期（1T）單片機(jī)，是高速／低功耗／超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。其內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路、4路PWM、通用全雙工異步串行口（UART），可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口；8路高速10位A／D轉(zhuǎn)換，寬電壓，不怕電源抖動(dòng)，高抗靜電（ESD保護(hù)），特別適用于強(qiáng)干擾場合。

　　在情況比較復(fù)雜的現(xiàn)場中，各節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。雖然RS485總線采用平衡式發(fā)送、差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅(qū)動(dòng)，具有一定的抗共模干擾能力，但當(dāng)共模電壓超過其極限接收電壓時(shí)，RS485收發(fā)器就無法工作了，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龤酒蛢x器設(shè)備。因此，為了適應(yīng)強(qiáng)干擾環(huán)境甚至更苛刻的性能要求，必須對(duì)RS485總線各節(jié)點(diǎn)實(shí)行電氣隔離。

　　傳統(tǒng)的RS485隔離總線節(jié)點(diǎn)是由光電耦合器和RS485總線收發(fā)器（如MAX485）構(gòu)成，使用光束來隔離和保護(hù)檢測電路，在高壓和低壓電氣環(huán)境之間提供一個(gè)安全接口。目前，一般使用6N137光電隔離器件，用MAX485作為RS485總線收發(fā)器。Toshiba公司的6N137工作電壓為5V，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10 Mbps，工作溫度一般為0～70℃；隔離電壓為2 500 V（有效值），以DIP8封裝，每個(gè)芯片僅提供一個(gè)隔離通道，體積大，穩(wěn)定性差，功耗高，LED易老化。這些性能已經(jīng)限制了6N137在更高要求的環(huán)境中應(yīng)用。本文選用ADI公司的ADuM2483。它是一款帶隔離的RS485收發(fā)器和一個(gè)3通道的數(shù)字隔離器，是目前性價(jià)比很高的RS485收發(fā)器，功能上相當(dāng)于1個(gè)MAX485和3個(gè)6N137光耦隔離器，可滿足RS485總線節(jié)點(diǎn)的要求。