一種新型的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口的製作方法
2024-02-13 16:51:15
專利名稱：一種新型的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口的製作方法
技術領域：
本發明屬於電力系統自動化技術領域，涉及一種新型的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口。
背景技術：
隨著電力系統自動化技術的不斷發展，變配電所內智能設備的大量使用，智能設備及系統間的數據交換顯得越來越重要，因此連接和管理各設備及系統間的數據通信接口成了電力系統自動化系統的不可缺少的重要設備。RS-485、RS_232C串行接口是電力系統自動化領域常用的兩種通信接口。RS-232C標準(協議)的全稱是EIA-RS-232C標準，串行通信接口標準經過使用和發展，目前已經有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經過改進而形成的。所以，以 RS-232C為主來討論。RS-232C標準是美國EIA(電子工業聯合會)與BELL等公司一起開發的1969年公布的通信協議。它適合於數據傳輸速率在0 20000b/s範圍內的通信。這個標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規定。由於通行設備廠商都生產與RS-232C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛採用。RS-232-C的如下特點採用直通方式，雙向通信，基本頻帶，全雙工通信。RS485和RS232的基本的通訊機理是一致的，它的優點在於彌補了 RS232通訊距離短，不能多臺設備共享總線的缺點。RS485採用差分信號負邏輯，+2V +6V表示「0」，- 6V -2V表示「1」。RS485 有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少採用，現在多採用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般採用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。對於總線型的485總線，節點間的發送衝突是一個需要解決的基本問題。目前，485衝突檢測的主要方法是主站對某個子站輪詢時，應答報文的幀校驗。如果校驗通過，則認為是有效應答報文，沒有衝突發生。如果幀校驗錯，則認為有衝突發生，或其它原因造成的通信幹擾，此時可以重複對子站的輪詢或者輪詢下一個子站。這個過程的關鍵是對應答報文的等待時間，以及接收完應答報文後的靜默時間。這兩個時間的存在，限制了 485總線輪詢方式下的通信效率，不可能達到很高。在一條總線上節點越多，效率越低。
發明內容
本發明的目的是為了克服以上485衝突解決的缺陷，提出了一種新型的串行埠設計，包括以下方面。
1 :RS232C/485免跳線自適應設計。 傳統的串行口，使用跳線選擇232或485線路，改變功能往往需要打開機箱進行跳線設置，很不方便。本設計無需跳線，採用了 232和485埠同時發送，並聯接收的方式，自動適應兩種方式。2 :RS232C增加發送到接收的外側環回電路，用於發送數據的自檢和埠自檢。232採用點對點方式。在232線路側，增加了由電阻、二極體等構成的環回電路，在發送的同時，可以逐字節檢查線路上的數據是否正確，並可以發現埠錯誤。 3 :RS485發送時採用收發同時工作模式，用於發送數據的自檢和總線衝突檢測。採用雙工485總線收發晶片，在發送數據的同時，接收功能正常工作，可以逐字節檢查線路上的數據是否正確，並發現總線衝突。4 :RS232發送採用RTS信號使能控制，配合實現232、485自適應模式。232發送晶片的發送輸入端，採用3態門電路控制，當工作在485模式時，可以禁止 232埠的發送功能，避免接收的數據衝突。本發明的有益效果是自適應的232、485模式切換，方便工程使用。通過對發送數據的實時檢測，實現了類似乙太網載波監聽衝突檢測(CDMA/CD)的功能，可以快速檢測出埠故障和總線衝突，提高485總線利用效率。本發明在電力系統自動化、電氣化鐵路、軌道交通綜合自動化領域裡的串行通信埠上進行了創新，與當前通行的方案相比有明顯優點工程配置簡單，提高總線效率和通信可靠性。因此該技術方案具有廣闊的應用前景。
圖1是本發明實施例的新型串行通信接口的電氣原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。當工作在232發送模式時，RTS信號無效，使能U2三態緩衝器(此時禁止485發送)，CPU的串口 TX信號通過Ul總線收發器發送到232線路上(端子XI)。同時，發送信號通過Vl 二極體環回到Ul的接收端，最終通過U5到達CPU的接收端。在CPU發送的同時， 接收回路也在工作。CPU內部軟體對接收到的數據和發送的數據進行比較，如果不一致，可以判定埠故障或發送衝突。此工作模式要求232工作在半雙工模式，對於電力系統的問答式規約滿足此要求。當工作在232接收模式時，線上的數據通過端子X3，二極體V2進入Ul的接收端， 通過TO到達CPU的接收端。在接收時CPU不能進行發送操作。埠工作在半雙工模式。當工作在485發送模式時，RTS信號有效，使能U4的發送通道(此時禁止232發送)，CPU的串口 TX信號通過U4總線收發器發送到485線路上(端子X9、XII)。同時，485總線上的信號通過U4的接收通道，再通過TO到達CPU的接收端。在CPU發送的同時，接收回路也在工作。CPU內部軟體對接收到的數據和發送的數據進行比較，如果不一致，可以判定埠故障或總線衝突。此工作模式要求485工作在半雙工模式，這是485總線的基本模式。當工作在485接收模式時，線上的數據通過端子X9、XII，進入U4的接收通道，通過TO到達CPU的接收端。在接收時CPU不能進行發送操作。埠工作在半雙工模式。如圖1所示，是本發明實施例的新型串行通信接口的電氣原理圖。對於典型的485總線，1主站，多從站，輪詢過程如下
在發起通訊前，必須監聽線路，待線路空閒後，至少等待一個時間隙Tl (這個時間隙留給原通訊的雙方繼續通信或應答)。再發起通訊請求，如果其它站點同時發出通訊請求，就發生衝突，因為此處硬體無衝突檢測機制，發送方無法得知衝突，繼續發送完全幀(整幀發送時間T2)。而接收方得不到正確的幀，無法應答。發送方收不到應答，再隨機等待T3，監聽信道，如閒，再發請求。對於較大的數據幀，衝突-重試要浪費很多信道時間。一般情況下，通訊請求幀極短，如果在發送通信請求幀階段就能檢測出衝突，則可以提高效率。通常意義下的485總線不可能完全避免衝突，思路只能是 1)減少衝突發生的概率。2)發生衝突時不造成禍害，這點很重要，在數據幀中必須包含收、發方的地址用以識別通信的雙方，數據幀中必須有校驗碼用來丟棄衝突或被幹擾的數據幀。3 )縮短衝突檢測的時間。本方案正是通過實時比較發送的數據和總線上返回的數據，縮短衝突檢測的時間。按照電力系統通用的規約(M0DBUS或其它問答式規約)，最多只需要發送到報文頭(地址字節)，就可以檢出衝突，而不必等待整幀發送完成，以及隨後的T3時間。可見，本發明可以大大縮短衝突的檢測時間以及衝突發生後的等待時間。通過上述對具體實施的分析可見，本方案中不僅實現了埠的實時自檢，還減少了總線衝突的檢測時間，提高了總線效率。同時，232、485自適應的埠模式，簡化了工程應
用工作量。以上已以較佳實施例公布了本發明，然其並非用以限制本發明，凡採取等同替換或等效變換的方案所獲得的技術方案，均落在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種新型的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，將串行接口的發送信號在接口內部環回，通過實時將接收數據和發送數據對比，檢測埠本身的功能，或總線上的衝突，實現埠的自檢和總線衝突的快速檢測，其特徵在於RS232C/485免跳線自適應；RS232C增加發送到接收的外側環回電路，用於發送數據的自檢和埠自檢；RS485發送時採用收發同時工作模式，用於發送數據的自檢和總線衝突檢測；RS232發送採用RTS信號使能控制，配合實現232、485自適應模式。
2.根據權利要求1所述的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，其特徵在於所述 RS232C/485免跳線自適應，無需跳線，採用RS232和RS485埠同時發送、並聯接收的方式， 自動適用兩種方式。
3.根據權利要求1所述的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，其特徵在於所述 RS232C增加發送到接收的外側環回電路用於發送數據的自檢和埠自檢，RS232採用點對點方式，在RS232線路側，增加由電阻、二極體構成的環回電路，在發送的同時，逐字節檢查線路上的數據是否正確，並發現埠錯誤。
4.根據權利要求1所述的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，其特徵在於所述RS485 發送時採用收發同時工作模式用於發送數據的自檢和總線衝突檢測，採用雙工RS485總線收發晶片，在發送數據的同時，接收功能正常工作，逐字節檢查線路上的數據是否正確，並發現總線衝突。
5.根據權利要求1所述的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，其特徵在於所述RS232 發送採用RTS信號使能控制配合實現RS232/485自適應模式，RS232發送晶片的發送輸入端，採用3態門電路控制，當工作在RS485模式時，禁止232埠的發送功能，避免接收的數據衝突。
全文摘要
本發明涉及一種新型的帶自檢和衝突檢測的串行通信接口，將串行接口的發送信號在接口內部環回，通過實時將接收數據和發送數據對比，可以檢測埠本身的功能，或總線上的衝突，實現埠的自檢和總線衝突的快速檢測，提高串行接口的可靠性和總線效率。採用了232和485埠同時發送，並聯接收的方式，自動適應兩種方式，方便工程配置。
文檔編號H04L29/10GK102355507SQ201110295328
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者張 林, 範三龍, 郭浩軍 申請人:南京國電南自軌道交通工程有限公司