1 مشکل
یکی از شبکه های متداول در زمینه کنترل و اندازه گیری صنعتی ، لایه فیزیکی با استفاده از رابط ارتباطی RS {0}} است که از شبکه تجهیزات کنترل صنعتی تشکیل شده است. این رابط ارتباطی می تواند برای بسیاری از دستگاه ها برای تشکیل یک شبکه کنترل بسیار مناسب باشد. از راه حل فعلی برای حل ارتباطات از راه دور بین میکروکنترلرها در تجزیه و تحلیل بسیاری از برنامه ها ، حالت ارتباط اتوبوس RS {2}} به دلیل ساختار ساده ، قیمت پایین ، فاصله ارتباطی و نرخ انتقال داده ها مناسب است و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. در ابزار دقیق ، سنسورهای هوشمند ، کنترل متمرکز ، کنترل ساختمان ، نظارت و زنگ هشدار و سایر زمینه ها. با این حال ، اتوبوس RS485 خود سازگار است ، عملکرد محافظت از خود شکننده است و کاستی های دیگر ، مانند عدم توجه به برخی از جزئیات پردازش ، اغلب خرابی ارتباطی یا حتی فلج سیستم و سایر خرابی ها ، بنابراین بهبودی ضروری است قابلیت اطمینان عملیاتی اتوبوس RS {6}.
نمودار شماتیک رابط ارتباطی RS485
2 مسئله طراحی مدار سخت افزاری برای آگاهی از
2.1 اصل اساسی مدار
طراحی مدار سخت افزاری یک گره در شکل 1 نشان داده شده است ، که در آن یک تراشه رابط RS -485} induface sn75lbc184 استفاده می شود ، که یک VCC منبع تغذیه واحد را اتخاذ می کند ، ولتاژ در محدوده {4 {4} to {{{{{{{{ 5}} 5 ولت می تواند به طور عادی کار کند. در مقایسه با تراشه معمولی RS {7}} ، نه تنها می تواند در برابر تأثیر رعد و برق مقاومت کند و می تواند تا 8 کیلو ولت از تأثیر تخلیه الکترواستاتیک مقاومت کند ، تراشه یکپارچه چهار لوله محافظت از ولتاژ گذرا ، می تواند در برابر 4 {مقاومت کند. 33}} 0 V ولتاژ پالس گذرا. بنابراین ، می تواند قابلیت اطمینان از آسیب رعد و برق به دستگاه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. برای برخی از محیط خصمانه تر صحنه ، می توان مستقیماً به خط انتقال و بدون هیچ مؤلفه حفاظت اضافی متصل شد. تراشه همچنین از طراحی منحصر به فردی برخوردار است ، هنگامی که ورودی مدار باز باشد ، خروجی آن زیاد است ، که می تواند اطمینان حاصل کند که کابل ورودی گیرنده دارای یک گسل مدار باز است ، بر عملکرد عادی سیستم تأثیر نمی گذارد. علاوه بر این ، امپدانس ورودی آن برای امپدانس ورودی استاندارد RS485 2 بار (بیشتر از یا مساوی 24 کیلوگرم) ، بنابراین می توانید 64 فرستنده را در اتوبوس وصل کنید. تراشه در داخل به منظور محدود کردن درایور شیب طراحی شده است ، به طوری که لبه سیگنال خروجی خیلی شیب دار نخواهد بود ، به طوری که خط انتقال اجزای فرکانس بالایی تولید نمی کند ، بنابراین به طور مؤثر تداخل الکترومغناطیسی را خسته می کند. در شکل 1 ، چهار در یک One-Coupler TLP521 به طوری که میکروکنترلر و SN75LBC184 کاملاً عاری از ارتباط الکتریکی بین کار قابلیت اطمینان هستند. اصل اساسی این است: وقتی میکروکنترلر P1. {26 {}} ، دیود تابش نور فوتوکولر نور را منتشر می کند ، هدایت ترانزیستور نوری ، خروجی یک ولتاژ بالا ({28 {}} V) ، انتهای DE را انتخاب کرد تراشه رابط RS485 ، امکان انتقال را فراهم می کند. هنگامی که میکروکنترلر P1. 6=1 ، دیود تابش نور نور از نور ساطع نمی کند ، ترانزیستور حساس به نور انجام نمی دهد ، ولتاژ کم خروجی (0 ولت) ، ترمینال Re از تراشه رابط RS485 انتخاب می شود ، و پذیرش مجاز است. اصل ترمینال R (ترمینال دریافت) و ترمینال D (ترمینال انتقال) SN75LBC184 مشابه موارد فوق است.
2.2 طراحی کنسول DE RS -485
در سیستم ارتباطی نیمه دوپلکس ساخته شده توسط اتوبوس RS {1}} ، فقط یک گره می تواند در حالت انتقال باشد و در هر لحظه در کل شبکه داده ها را به اتوبوس بفرستد و تمام گره های دیگر باید در حالت گیرنده باشند بشر اگر 2 گره یا بیش از 2 گره وجود داشته باشد تا بتوانید همزمان داده ها را به اتوبوس ارسال کنید ، منجر به خرابی انتقال داده های فرستنده می شود. بنابراین ، در طراحی سخت افزار هر گره سیستم ، ابتدا باید به دنبال جلوگیری از درگیری داده های اتوبوس ناشی از شرایط غیر طبیعی که باعث می شود این گره داده ها را به اتوبوس ارسال کند ، جلوگیری کند. به عنوان نمونه از سری میکروکنترلرها MCS51 استفاده کنید ، زیرا در تنظیم مجدد سیستم است ، درگاه های I/O دارای خروجی بالا هستند ، اگر درگاه I/O مستقیماً به درایور متصل شود ، ترمینال DE RS {5}}}} تراشه رابط ، در هنگام تنظیم مجدد CPU ، DE High را بالا می برد ، به طوری که این گره در حالت ارسال قرار دارد. اگر در حال حاضر گره های دیگری در اتوبوس وجود داشته باشد ، انتقال داده ها قطع می شوند و شکست می خورند ، یا حتی به دلیل خرابی یک گره و مسدود کردن ارتباط ، کل اتوبوس را ایجاد می کنند ، که به نوبه خود بر عملکرد عادی کل تأثیر می گذارد سیستم با در نظر گرفتن ثبات و قابلیت اطمینان ارتباطات ، در طراحی هر گره باید کنترل پین فرستنده تراشه رابط اتوبوس RS485 را کنترل کند تا پایان منطق معکوس ، یعنی پین کنترل برای منطق "1" ، DE انتهای "0" ؛ پین کنترل برای منطق "0" ، پین کنترل برای منطق "{{1 0}}" ، پین کنترل برای منطق "0" ، " پین کنترل برای منطق "0" ، پین کنترل برای منطق "0". "0" هنگامی که پین کنترل منطق "1" است ، طرف DE "1" است. در شکل 1 ، پین CPU P1.6 از طریق ترمینال درایو DE Photocoupler ، به طوری که پین کنترل بالا یا تنظیم مجدد غیر طبیعی است به طوری که SN75LBC184 همیشه در حالت دریافت است ، بنابراین به طور مؤثر از گره از سخت افزار به دلیل غیر طبیعی جلوگیری می کند. وضعیت ناشی از تأثیر کل سیستم. این پایه و اساس ارتباط قابل اعتماد کل سیستم را فراهم می کند.
علاوه بر این ، یک نگهبان Max813L در مدار وجود دارد که می تواند به طور خودکار برنامه را تنظیم مجدد کند و کنترل اتوبوس RS {1}} را تحویل دهد وقتی گره دارای حلقه مرده یا گسل های دیگر است. این تضمین می کند که کل سیستم به دلیل خرابی یک گره ، اتوبوس منحصر به فرد نخواهد بود و در نتیجه فلج کل سیستم ایجاد می شود.
2.3 طراحی برای جلوگیری از درگیری اتوبوس
هنگامی که یک گره نیاز به استفاده از اتوبوس دارد ، برای تحقق ارتباط قابل اعتماد اتوبوس ، ابتدا وقتی داده هایی برای ارسال وجود دارد ، ابتدا به اتوبوس گوش دهید. در رابط سخت افزار ، ابتدا پین دریافت کننده داده از تراشه رابط RS {{0}}}} را معکوس کرده و آن را به پین قطع int {3}} cpu وصل کنید. در شکل 1 ، INT0 به خروجی Opto-Coupler وصل شده است. هنگامی که اتوبوس در حال انتقال داده ها است ، انتهای دریافت داده SN75LBC184 (ترمینال R) تغییر در سطح بالا و پایین را نشان می دهد ، استفاده از CPU تولید شده توسط لبه در حال سقوط قطع (همچنین می تواند برای پرس و جو از راه استفاده شود) ، در این زمان می توانید یاد بگیرید که آیا اتوبوس "شلوغ" است ، یعنی ، آیا یک گره در اتوبوس وجود دارد. اگر "بیکار" باشید ، می توانید به اتوبوس دسترسی پیدا کنید ، که مشکل درگیری های اتوبوس را بهتر حل می کند. بر این اساس ، شما همچنین می توانید اولویت پیام های مختلف را تعریف کنید ، به طوری که می توان پیام های با اولویت بالا را ارسال کرد ، بنابراین سیستم در زمان واقعی را بهبود می بخشد. پس از اتخاذ این روش کار ، دیگر تمایز بین گره های استاد و برده در سیستم وجود ندارد و هر گره دسترسی مساوی به اتوبوس دارد ، بنابراین به طور مؤثر از وضعیتی که بار ارتباطی گره های فردی سنگین است ، جلوگیری می کند. میزان استفاده از اتوبوس و راندمان ارتباطی سیستم می تواند تا حد زیادی بهبود یابد ، به طوری که پاسخ در زمان واقعی سیستم بهبود یافته است ، و حتی اگر گره های فردی در سیستم از بین برود ، بر روی دیگر گره های دیگر تأثیر نمی گذارد ارتباط عادی و کار عادی. این امر باعث می شود "خطر" سیستم غیر متمرکز شود ، به گونه ای برای تقویت قابلیت اطمینان و ثبات سیستم.
2.4 RS -485 طراحی مدار خروجی
در شکل 1 ، VD1 ~ VD4 برای دیود محدود کننده سیگنال ، مقدار تنظیم کننده ولتاژ آن باید از رعایت RS -485 استاندارد ، VD1 و VD3 برای گرفتن 12 ولت ، VD2 و VD4 برای اطمینان از 7 ولت اطمینان حاصل کند تا اطمینان حاصل شود. که دامنه سیگنال محدود به {10}}} +12 V بین توانایی بهبود بیشتر مقاومت در برابر است ولتاژ با در نظر گرفتن شرایط خاص خط (مانند گره RS {12}}} تراشه قطع اتصال کوتاه است) ، به منظور جلوگیری از تأثیر سایر اتوبوس ها از پسوندهای دیگر ، در خروجی سیگنال SN75LBC184 تحت تأثیر قرار می گیرد. به صورت سری با دو مقاومت 20 Ω R1 و R2 متصل می شود ، به طوری که خرابی سخت افزار دستگاه باعث نمی شود کل ارتباط اتوبوس تحت تأثیر قرار گیرد. در ساخت زمینه مهندسی سیستم برنامه ، به دلیل حامل ارتباطات یک جفت پیچ خورده ، امپدانس مشخصه آن در حدود 120 Ω ، بنابراین طراحی خط ، در خط انتقال شبکه RS485 در ابتدا و انتها باید به هر یک از آنها وصل شود مقاومت مطابق با {21}}} (مانند شکل 1 در R3) ، به منظور کاهش بازتاب سیگنال منتقل شده در خط.
2.5 انتخاب منبع تغذیه سیستم
برای ترکیبی از میکروکنترلر RS {{0}}}}} شبکه اندازه گیری و کنترل ، باید در اولویت استفاده از برنامه منبع تغذیه مستقل برای هر گره باشد ، در همان زمان ، خط برق نمی تواند با آن به اشتراک گذاشته شود خط سیگنال RS {1}} با یک کابل چند هسته ای. خط سیگنال RS -485 باید از سطح مقطع 0.75 میلی متر مربع یا بیشتر سیم پیچ پیچ خورده به جای خط مستقیم مسطح انتخاب شود و انتخاب منبع تغذیه خطی TL750L05 از انتخاب منبع تغذیه سوئیچینگ بیشتر است مناسب TL750L05 باید از خازن خروجی برخوردار باشد ، اگر هیچ خازن خروجی وجود نداشته باشد ، ولتاژ خروجی برای شکل موج اره ، لبه افزایش شکل موج Sawtooth با تغییرات ولتاژ ورودی ، به علاوه ظرفیت خروجی ، می توانید پدیده را سرکوب کنید.
3 برنامه نویسی نرم افزار
SN75LBC184 در حالت دریافت ، A ، B ورودی است ، R خروجی است. در حالت انتقال ، D ورودی است ، A ، B خروجی است. هنگامی که جهت انتقال یک بار تغییر می کند ، اگر ورودی تغییر نکند ، در حال حاضر خروجی یک حالت تصادفی است ، تا زمانی که حالت ورودی یک بار تغییر کند ، حالت خروجی تعیین می شود. بدیهی است ، پس از انتقال از حالت انتقال به حالت دریافت ، اگر R قبل از تغییر وضعیت A و B کم باشد ، و R در اولین شروع داده ها هنوز کم است ، CPU فکر می کند که در حال حاضر هیچ بیت شروع وجود ندارد ، و CPU تا زمانی که اولین لبه سقوط رخ دهد ، شروع به دریافت داده های اول نمی کند ، که منجر به خطای پذیرش خواهد شد. پس از انتقال از حالت دریافت به حالت انتقال ، قبل از تغییر D ، اگر ولتاژ بین A و B کم باشد ، و اولین بیت شروع داده ها ارسال می شود ، ولتاژ بین A و B هنوز کم است و هیچ شروع وجود ندارد بیت در پین های A و B ، که منجر به خطای انتقال نیز خواهد شد. راه حل برای غلبه بر این نتیجه این است: میزبان به طور مداوم دو کلمه همگام سازی را ارسال می کند ، کلمه هماهنگ سازی برای شامل تغییرات چند لبه (مانند 55H ، {3 {3} AAH) ، و دو بار ارسال می کند (اولین بار ممکن است یک خطا دریافت کند و یک خطا دریافت کند و نادیده گرفته شده) ، گیرنده کلمه همگام سازی را دریافت می کند ، داده ها می توانند منتقل شوند ، بنابراین ارتباط صحیح را تضمین می کنند.
به منظور اطمینان بیشتر ، در حالت اتوبوس RS485 قبل از ارسال و دریافت داده ، نیاز به تأخیر مناسب دارد. عمل خاص در حالت انتقال داده است ، اولین مجموعه ترمینال کنترل "1" ، تأخیر {2}} 5 ms یا بیشتر ، و سپس ارسال داده های معتبر ، انتقال داده به پایان می رسد و سپس {4} را تأخیر می کند. 5 ms ، مجموعه ترمینال کنترل "0". چنین پردازش باعث می شود اتوبوس در طی تعویض دولت یک فرآیند کار پایدار داشته باشد.
برنامه یک گره ارتباطی میکروکنترلر اساساً می تواند به شش بخش اصلی تقسیم شود ، که بخش از پیش تعریف شده ، بخش اولیه سازی ، بخش برنامه اصلی ، بخش تشخیص وضعیت دستگاه ، بخش دریافت قاب و بخش ارسال قاب است. قسمت از پیش تعریف شده عمدتاً سیگنال های دستی مورد استفاده در ارتباطات را تعریف می کند ، بافر مورد استفاده برای ذخیره اطلاعات دستگاه و متغیر برای ذخیره شماره دستگاه این گره. بخش تشخیص وضعیت دستگاه باید در صورت بروز خرابی سخت افزار پس از شروع برنامه ، بر این اساس واکنش نشان دهد. بخش اصلی برنامه باید بتواند فریم های فرمان را دریافت کند و مطابق با محتوای دستور پاسخ دهد. برای کوتاه کردن طول ، فقط کد بخش برنامه اصلی در اینجا آورده شده است.
4 نتیجه گیری
اگرچه برخی از کاستی های اتوبوس RS {{0} وجود دارد ، اما به دلیل طراحی خط آن ساده ، ارزان ، آسان برای کنترل است ، تا زمانی که جزئیات به خوبی انجام شود ، در برخی از برنامه های مهندسی هنوز هم می تواند نقش خوبی داشته باشد. به طور خلاصه ، کلید حل قابلیت اطمینان پروژه قبل از شروع ساخت و ساز باید قبل از اقداماتی که می توان انجام داد ، در نظر گرفته شود تا بتوانید مشکل را به طور اساسی حل کنید ، نه اینکه منتظر بمانید تا مهندسی اواخر اصلاح شود.