基于at89s52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制(8)

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RS一485是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性，而 没有规定接插件传输电缆和通信协议.’。RS一485标准定义了一个基于单对平衡 线的多点双向半双T通信链路，是一种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输 速率、传输距离和宽共模范用的通信平台。RS一485接口的主要特点如下： 1)平衡传输 2)多点通信

3)驱动器输出电压(带载)≥I I．5Vl 4)接收器输入门限：200mV 5)-7V垒+12V总线共模范罔

6)最大输入电流：1．OmA／-O．8mA(12Vin／一7Vin) 7)最大总线负载：32个单位负载(uL) 8)最大传输速率：10枷ps 9)最大电缆长度：1200m

3．2．7．2 Rs-485遥信硬件电路设计

在使用RS一485总线进行数据通信时，如果简单地按常规方式设计电路，在实 际T程中可能有以下两个问题出现。一是通信数据收发的可靠性问题；二是在多 机通信方式下(图3．14)，一个节点的故障(如死机)，往往会使得整个系统的 通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难，针对上述问题，我们对485总线的 软硬件采取了具体的改进措施。 幽3．14 RS-485系统示意圈 1．硬件电路的设计

在论文设计中采用AT89S52单片机自带的异步通信口，外接MAX485芯片转换 成485总线。其中为了实现总线与单片机系统的隔离，在AT89S52的异步通信口 与MAX485之间采用光耦隔离。电路原理图如图3．15所示。

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圈3．15 485通信电路原理图 MAX485各引脚意义如下：

1)ro：接收数据的TTL电平输出 2)RE：低电半有效的接收允许 3)DE：高电半有效的发送允许 4)DI：发送数据的TTL电平输入 5)A：485差分信号的正向端 6)B：485差分信号的反向端

充分考虑现场的复杂环境，在电路设计中注意了以下三个问题。 1．1～BX485芯片DE控制端的设计

由于应用系统中，主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过400米， 而分机系统上电或复位又常常小在同一个时刻完成。如果在此时某个1姒X485的 DE端电位为“1”．那么它的485总线输出将会处于发送状态，也就是占用了 通信总线，这样其它的分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分 机出现异常情况下(死机)。会使整个系统通信崩溃。因此在电路设计时，应保 证系统上电复位时MAX485的DE端电位为“0”。由于AT89S52在复位期间，I／O 口输出高电半，故图3．15电路的接法有效地解决复位期间分机“咬”总线的问 题。

1．2隔离光耦电路的参数选取

在瓦斯数据采集系统中，由于要对现场情况进行实时监控及响应，通信数据 30

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的波特率往往做得较高(通常都在4800波特以上)。限制通信波特率提高的“瓶 颈”，并不是现场的导线(现场旋工一般使用5类非屏蔽的双绞线)，而是在与 单片机系统进行信号隔离的光耦电路上。此处采用TILll7。电阻R2、R3如果选 取得较大，将会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，退 出饱和也会很慢，所以这两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动电 路使得这两个电阻的数值略有差异．这一点在电路设计中要特别慎重，不能随意， 通常可以由实验来定。

i．3 485总线输出电路部分的设计

输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由 于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以485总线的传输端一定 要加有保护措施。在电路设计中采用稳压管D1．D2组成的吸收回路，也可以选 用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器件，或者直接选用能抗雷击的485芯片(如 SN75LBCl84等)。

考虑到线路的特殊情况(如某一台分机的485芯片被击穿短路)，为防止总线

中其它分机的通信受到影响，在kⅢAX485的485信号输出端串联了两个20Q的电 阻RIO、RII。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。 在应用系统的现场采集中。由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120n

左右，所以线路设计时，在RS一485网络传输线的始端和末端各应接1只120 Q 的匹配电阻(如图3．15中R8)，以减少线路上传输信号的反射。

由于RS一485芯片的特性，接收器的监测灵敏度为±200mV，即差分输入端 vA—VB>一+2DOmV，输出逻辑I，vA—vB≤--200mY，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^端电位高于B两端电位，这样P,XD的电平在485总线不发送期 『自j(总线悬浮时)呈现唯一的高电平，AT89S52单片机就不会被误中断而收到乱 字符。通过在485电路的A、B输出端加接3．3K的上拉、下拉电阻R7、R9，即 可很好地解决这个问题。 2．软件的编程

485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于485总线是异步半

双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态。所以这种方式一般 适用于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备 在巡检其它的分机，所以需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。 这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧成包发送的，每包数据都有引导 码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。其中引导码是用于同 步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机(或 分机应答主机)的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数 据罩的各种信息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、和校验 等不同的方式。

在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的 工作，在485总线状态切换时需要做适当延时，再进行数据的收发。具体的做法 是在数据发送状态下，先将控制端置。l”，延时1．ms左右的时问，再发送有效 的数据，一包数据发送结束后再延时Ims后，将控制端置.0。这样的处理会

使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。 3．结论

经过以上的软硬件共同处理，RS一485总线在应用系统工程中的可靠性大大提 高，在通常的环境条件下，24小时连续开机，系统的通信始终处于讵常状态， 整机性能满足了对于瓦斯数据需时时采集的需要。 3．2．8看门狗硬件电路

在监测系统中为了保证单片机可靠而稳定的运行，使单片机系统尽快摆脱因 干扰而产生的程序跑飞或死循环，需要一种监视器，提供某种状态使CPU重新回 到用户程序。这种监视器即“看门狗”(Watch dog)。监测系统设计有看门狗功 能，一旦系统在现场受到突发干扰使程序跑飞，单片机没有自我保护能力，不能 使系统复位，重新工作。为此，本系统采用了MAX706和AT89S52构成的“看门 狗”硬件电路，如图3．16所示。～IAX706是一种性能优良的低功耗CMOS监控电 路芯片，其内部电路由上电复位、可重复触发“看门狗”定时器及电压比较器等 组成。

},tAX706有以下特性：

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1)精确的供电电压监测(2．63V。2．93V，3．08V)； 2)200ms的复位时延；

3)对手动复位信号消抖，兼容TTL／clIos； 4)独立的1．6秒时长watchdog： 5)可输出高电平有效的复位信号。

CPU正常丁作时．该电路对其不加干预，当cPu工作失常一段时间后，看 门狗电路动作，使系统复位霞新T作。 m^X 7口6

田3．16看门狗电路

P1．3作为喂狗信号，CPU只要在1．6s内给P1．3一个正脉冲，看门狗定时器 被清零，葡茹引脚维持高电平：当程序跑飞或死机时，CPU不能在1．6s内给出 喂狗信号，丽j石引脚立即跳变为低电平，进而触发MR手动复位引脚，使MAXT06 复位，从而使“看门狗”定时器清零并重新开始计时，丽菇引脚输出高电平， MAXT06的—RS—T复位输出引脚输出大约200ms宽度的的电平脉冲，使单片机控制 系统可靠复位，蕈新投入正常运～ 3．3系统软件设计

本系统软硬件底层设计软件是采用美国Keil Software公司出品的5l系列兼 容单片机c语言软件开发系统KEIL uVISION2。KEIL uVlSION2是众多单片机应 用开发软件中优秀的软件之一。它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，它集 编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持汇编和C语言的程序设计，它的界面和 常用的微软Vc++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方 面也有很强大的功能。

论文中设计的内嵌于气体监测仪表中的软件所要完成的主要功能有：

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