单片机多机通信系统稳定性的研究

liyf

                    摘要 列举单片机多机通信系统在使用MAX485芯片作为通信接口时的常见问题；分析传输数据不稳定的因素；介绍提高通信稳定性的有效方法。其中包括RS485芯片的硬件分析和通信协议的软件设计。
关键词 通信协议 异步通信 噪声
概述
　　单片机在当今的仪表及工业测控设备上应用非常广泛。其功能强大、外围接口电路简单，在构成分布式系统时，其优越性更显突出。在分布式系统中，分机常采用多机通信方式，由于RS-485（以下简称485）通信接口的传输距离远，连线少，所以被认为是一种很好的通信模式。然而，在实际应用过程中，若使用不当，485接口会出现很多问题：首先是器件经常损坏，有时对电源进行几次连续的开关机操作之后，通信电路就会失控；再有，在通信过程中，数据传输经常出现误码，而且误码率很高。在系统调试过程中，有两次记录可以证明这一点，记录如表1所列。
表1? 调试记录



图1
　　由于功耗P与485芯片的耗散功率接近，所以485芯片经常有损坏的现象。为了解决这个问题，只有降低485芯片的功率损耗。由功耗P的计算公式可知，由于电压一定，只有增大R值，才能减小功耗P。又因为在正常状态下，485芯片的接收端处于差动输入状态，这时，起发送作用的485芯片的输出端除了导线的分布电容，再无其它负载，而在485芯片输出相位切换时刻，可将分布电容看作是AB线短路，则I=U/（2R）。从工程应用的实践经验中得出，20mA电流环，可使通信数据稳定。
　　由I=U/（2R）得
　　R=U/2I=4.4/(20×2)=0.11kΩ=110Ω
　　在实际应用中，R选用100Ω电阻，经过这样处理之后， 485芯片再也没有出现损坏的现象。
　　以上分析是针对主、分机采用同一电源的对于各自独立电源供电的通信网络，485输出口的状态最后仍然等效成如图1(b)所示电路。
　　在主机通信口由输出转为输入状态时，分机还没有接管通信总线，这时通信线处于悬浮状态，极易拾取噪声。分机与主机采用同组电源时，其噪声幅度与信号幅度接近，如图2（a）所示；当分机采用各自独立电源时，其噪声幅度大于2倍信号幅度，如图2（b）所示。



图3



图5
结束语
　　多机通信系统通信稳定性还与各个分机的状态有关。无论是软件还是硬件，一旦某台分机出现问题，都可能造成整个系统混乱。故障出现时，有两种可能现象发生：其一是故障分机的485口被固定为输出状态，通信总线硬件电路被钳位，信号无法传输；其二是故障分机的485口被固定为输入状态，在主机呼叫该号分机时，通信线路仍然有悬浮状态，还会出现噪声信号。所以，在系统使用过程中，注意对整个系统的维护，以保证系统的稳定性。该方法已在锦州消防安全仪器总厂的产品JB-TGZ4L-2000型消防报警控制器中得到应用。