RS485总线在智能供电系统中的应用

1引言

　　本文介绍的分布式公寓智能供电管理系统以一台主控上位PC机为核心，以RS485协议为基础，通过串口连接多台下位机。下位机以TMS320LF2407DSP为主控芯片。由于下位机要完成每个房间电压、电流信号的实时采集、电量实时计算与负载实时识别等多项任务，算法中包含FFT，计算量大，算法复杂，下位机采用DSP芯片是合理的选择。考虑到DSP原开发软件提供的数据库函数有限，故该系统将一些实时性要求不高的任务，如参数设定、波形显示、电能报表输出等交由上位机处理。本文重点介绍了系统中上下微机之间的串行通讯设计。

2串行通信接口硬件电路设计

　　2.1RS485串行通信标准及MAX485简介

　　RS485标准是美国电气工业联合会（EIA）制定的以双绞线作传输线的多点通信标准，采用平衡发送和差分接收，具有较强的抗共模干扰能力，允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备。它解决了RS232标准传输距离近、信号易受干扰的问题，是工业上广泛采用的串行通信标准。

　　MAX485是MAXIM公司推出的低功耗串行收发器芯片，该芯片支持RS485协议，采用单+5V电源工作，内部有一个接收器和驱动器，其电路原理图见图1。图中RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入，当与DSP芯片连接时应分别与SCIRXD和SCITXD端相连;/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，由于MAX485工作在半双工状态，发送和接收共用同一物理信道，该信道必须分时复用，图中的/RE和DE连接端即为控制信号端。MAX485的A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚电平高于B时，代表发送的数据为1;当A脚电平低于B时，代表发送的数据为0。

　　2.2DSP通信模块介绍

　　TMS320LF2407DSP内部有专用的串行通信模块（SCI），可支持异步串行通信和多处理器通信，其接收器和发送器是双缓冲的,收发端均有独立的使能和中断标志位，可以半双工或全双工工作。SCI模块包括SCIRXD（串行通信数据接收）和SCITXD（串行通信数据发送）两个外部引脚及7个控制类寄存器和3个数据类寄存器。通过初始化控制类寄存器，可设置数据格式、中断使能、中断优先级、波特率等参数。发送数据时，写1到TXWAKE，将数据写入发送数据缓冲寄存器SCITXBUF即可启动一次串行发送;接收数据时，从SCIRXD引脚串行移入数据，存储在SCIRXBUF中，供CPU读取。

　　2.3PC机与DSP串行通信接口电路

　　由于普通PC机上仅配有RS232接口，若要利用上位微机的串行口来实现RS485标准通信，必须进行RS232与RS485接口转换。本设计采用瑞赛特8520接口卡将串行口的RS232标准电平转换成与TTL电平兼容的RS485标准电平，该接口卡使用简便、无需再增加任何外围器件，就可利用标准的PC硬件来轻松构造工业级的长距离通信系统。另外，DSP芯片的工作电压为+3.3V，而MAX485的工作电压为+5V，设计时在二者之间添加了光隔电路，光隔电路既实现了电平转换，又防止了系统模块与通信模块在电气上相互之间的影响。PC机与DSP的串行通信硬件接口电路原理图如图1所示。图中MAX485的接收使能和发送使能引脚共同由DSP的PC2口控制，以选择某一时刻是接收使能还是发送使能。同时，为保证与传输线阻抗匹配，在差分端口A与B之间跨接了120Ω匹配电阻，以消除通信线路中的信号反射。

3串口通讯软件设计

　　3.1通信协议

　　为保证串行通信的准确性和可靠性，上、下位机通信双方必须具有相同的通讯协议，即相同的波特率及信息传送格式。因此，本设计规定：

　　（1）通信双方的波特率为9600bps;

　　（2）TMS320LF2407DSP内部的SCI模块提供了两种多机通信模式：空闲线模式和地址位模式，本文中DSP通信采用了较简单的地址位模式，以保证上位机同所选择的下位机可靠通信。因此帧数据格式定义为：8位数据位、1位地址/数据识别位（1表示地址、0表示数据）、1位停止位、无奇偶校验位;

（3）各台下位机不相互通信，且不主动发送命令和数据，同一时刻只有一个下位机发送信息给上位机。为了识别每个下位机，系统通过拨码开关等硬件电路为其分配一个特定地址。进行通讯前，上位机首先通过RS485总线广播地址信息，所有下位机都侦听广播，并中断接收。下位机接收到地址信息后，进行地址比对，若地址相同，则该下位机把本机地址作为应答信号发送回上位机，然后开始准备接收上位机发来的操作数据信息，而其它的下位机因地址不符，从中断返回。上位机接收下位机发回的应答地址信息后，比较地址信息，如果相符，正式发送数据信息，如果不符则重新发送地址信息。下位机收到上位机发送的操作数据包后，根据数据包格式