采用多种软硬件措施来提高可靠性的RS422通信接口

采用多种软硬件措施来提高可靠性的RS422通信接口

1 引言

2 RS422 标准及分布式监测系统介绍

3 RS422 接口硬件电路设计

图2 MAX1490A 硬件电路图

RS422标准只对接口的电气特性做出规定而不涉及协议，因此我们可以定义自己的高层 通信协议。在本设计方案中，传感器节点和接入节点在底层以字节为单位通信，采用ASCII 协议，数据长度为11位：1位起始位+8位数据+1位偶校验+1位停止位。在上层协议中采用数 据包为单位通信。通信协议中使用了三种通信数据包：数据包、命令包和应答包。其中数据 包定义为：长度为100个字节，前面98个字节为数据字节，后面2个字节为校验字节，校验字 节为前98个字节以每2个为一组进行异或所得值；命令包定义为：长度为10个字节，第1个字 节固定为0X02，代表这个数据包为命令包，第2个字节为命令类型标志字节，用来表明命令 的类型，如请求发送数据命令、请求发送状态命令等。第2到第7字节为保留字节，暂时没有 定义，固定为0，可以留待以后扩充功能。最后两个字节为校验字节，校验字节为前8个字节 以每2个为一组进行异或所得值；应答包定义为：长度为10个字节，第1个字节固定为0X01， 表明这个数据包为应答包，第2字节为接收是否正常标志字节，为0X01代表正常，0X00代表 不正常。第3字节为接入节点和服务器通信故障是否错误标志字节，值0X01代表正常，0X00 代表故障。第3到第7字节为保留字节，暂时没有定义，固定为0，留待以后扩充功能。最后 两个字节为校验字节，校验字节为前8个字节以每2个为一组进行异或所得值。每种数据包均 引入字节偶校验和帧校验，这样可以有效得检测到通信中的数据错误。

本系统中，传感器节点和接入节点可双向通信，考虑到实际情况下主要是传感器节点通 过RS422接口向接入节点发送大量的数据，而接入节点主要向传感器节点发送少量的状态和 命令，协议中设计了两种通信模式。

通信模式A：接入节点主动发起通信，接入节点首先主动发送一个请求传感器节点发送 数据的命令包给传感器节点，传感器节点收到此命令包后发送一个数据包给接入节点，完成 一次通信，接入节点负责无应答错误和数据错误的检查。此模式下接入节点端程序流程图如 图3左图所示，传感器节点端接收流程图如图3右图所示。

图3：模式A接入节点端程序流程图（左）与传感器节点端流程图（右）

通信模式B：传感器节点主动发起通信，传感器节点首先发出数据包给接入节点，接入 节点收到数据包后发送一个应答包，传感器节点收到应答包后完成一次通信，无应答错误和 数据错误的检查由传感器节点负责。此模式下传感器节点端程序流程图如图4左图所示，接 入端接收流程图如图4右图所示。

图4：模式B接入节点端程序流程图（左）与传感器节点端流程图（右）

正常情况下，接入节点与传感器节点均处于接收状态。当接入节点主动发起通信时进入 通信模式A，当传感器节点主动发起通信时进入通信模式B。

实际做稳定性测试时，采用一台普通PC机作为上位机服务器，传感器节点循环发送三角 波数据，服务器显示三角波波形，传感器节点和服务器均记录传输的数据包数量，系统连续 运行8小时，实验结果显示服务器收到的数据包数目和传感器节点发送的数据包数目相同， 数据传输丢失率为0.0%。另外在整个系统做高温、低温、湿热等环境试验和静电放电、浪 涌冲击、电场辐射抗扰度、工频磁场抗扰度等电磁兼容可靠性试验中，RS422接口也表现十 分可靠，没有出现差错。

5 总结

本设计方案在芯片选型上选用了美信公司的隔离型RS422芯片MAX1490AEPG，可以有效从 电气上隔离系统各个子模块的相互干扰，电路设计上考虑了接口两侧接地的隔离距离以防止 爬电，两个对接的RS422接口共地可以很好的抑制传输线的共模电压干扰以及取得良好的EMC 性能，传输线终端的匹配电阻可以减少信号的反射，增加稳压和瞬态抑制二极管可以解决防 浪涌、静电放电等问题；在通信协议设计中引入的字节的偶校验、数据帧的校验可以有效得 检测数据出错，无应答计数器和数据错误计数器的引入可以侦测到通讯线路故障和批量数据 出差以及避免软件死锁，采取以上措施使RS422接口的通信可靠性得到极大的保障。该设计 方案可以广泛用于对可靠性有一定要求的工控、医疗、军事场合。

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