RS485串口通讯电路的保护.doc

RS485串口通讯电路的保护串口通讯一般采用RS485或RS-422通讯方式。该通讯方式技术成熟、通讯过程稳定可靠、传输距离最远可达1200M。本设计选用MAX485作为RS-485通讯芯片。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS485芯片。是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120uA-500uA之间。采用单一电源+5V工作，额定电流为300A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。在系统工作中，通讯的稳定性、可靠性是至关重要的。然而，往往外部设备数量较多，分布距离较远，现场干扰信号的不可预测性、没有固定性对于通讯都会有相当大的影响。如果简单的通讯电路设计在现场工作中可能出现2种问题。一、接收数据可靠性问题。二、多机通讯方式下，一个节点的故障可能导致整个系统通讯框架崩溃。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，本设计电路如上图所示。D8为防反向二极管，当本机电源关闭，外部电源不会通过信号线到VCC，避免CPU因低压处于休眠状态。为防止输入信号过流，在485信号输出端串联了2个X60-100的可恢复性保险丝X2、X3，X60-100保险丝在低于100mA时阻值为4.5欧姆，当电流高于100mA成高阻抗，耐压最高可达60V。如果线路中某台分机的485芯片被击穿短路，其他分机通讯也不会受到影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通讯载体是双绞线，他的特性阻抗为120欧姆，所以在485网络线的始端接有120欧姆的电阻R16，以减少线路传输信号的反射。由于MAX-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为200mV，即差分输入端VAVB+200mV，输出逻辑1，VAVB200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样RXD的电平在MAX485总线不发送期间，即总线空闲时呈现唯一的高电平，单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在MAX485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R15、R17，即可很好地解决这个问题。D2、D3、D4、D5、D6、D7是6V8稳压管组成的吸收回路，当有瞬间又浪涌具有抑制作用。HB1、HB2、HB3、HB4、是磁珠，磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度Bs。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收