基于RS-485的串行通信实现集中供电系统的通信应用设计方案

引言

集中供电系统是电量的自动计量及管理的发展趋势，它将促进电力系统的潜能得到最大限度的发挥。

本集中供电系统利用RS-485通信，网络应用计算机、通信技术等，以DSP为核心、将智能计量与通信控制单元有机结合起来。

TMS320F2812串行通信接口概述

TMS320F2812串行通信接口（SCI）是一个双线通信异步串行通信接口，为减少串口通信时CPU的开销，F2812的串口支持16级接收和发送FIFO。串行通信接口支持与CPU以及其他使用费归零格式的异步外设之间的异步串行数字通信，它的接收器和发送器都是双级缓冲器，有各自独立的控制位与中断位，都可以同时工作在全双工模式下，为保证数据的完整性，串行通信接口对接收的数据进行间断检测、奇偶性、超时和帧错误检查。串行通信接口可以通过16位的波特率选择寄存器，设置多达65000种通信速度，TMS320F2812的SCI和以往的DSP的SCI相比具有两个特点：一是传送、接收都具有独立的FIFO；二是波特率可以自动检测。

集中供电系统串行通信硬件设计

本文提出了一种以RS-485协议为基础，作为网络信息控制中心的PC为上位机，采用TMS320F2812为下位机的集中供电系统，F2812负责采集实时数据，然后通过串行口，再经过RS-485接口实现电平转换，将数据上传给控制中心的上位机，上位机负责数据的处理，如图1所示。

RS-232在现代网络通信中已暴露出数据传输速度慢、传输距离短、接口处各信号间容易产生干扰等缺点。由于一般PC上提供的是标准的RS-232（串行接口）。因此，需要RS-232C/RS-485转换器进行接口转换。本系统用瑞赛特8520将RS-232信号转换成隔离的RS-485信号，无需改变PC的任何硬件和软件。RS-485接口采用的是差分传输方式，具有一定的抗共模干扰能力，但当共模电压超过RS-285接收器的极限接收电压，即大于+12V或小于-7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重是甚至会烧毁芯片和仪器设备，因此，采用光电隔离器件是一种简单而有效的办法。

本系统采用MAX485完成RS485标准接口通信，MAX485是一种差分平衡型收发器，它采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通信方式，它完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能，内部含有一个驱动器和接收器，驱动器有过载保护功能，RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，连接时只需分别与TMS320F2812的SCIRXD和SCITXD相连即可，/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，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需要TMS320F2812的一个引脚控制这两个引脚即可：A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0，在与TMS320F2812连接时，接线非常简单，只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可，同时在A和B端之间加匹配电阻，一般可选100欧姆的电阻。

通信协议

保证PC与多个TMS320F2812的成功通信，通信双方除了要规定字符格式和波特率外，还要有一系列的约定，即要定义好软件通信协议。例如，作为发送方，必须知道什么时候发送信息，发什么，对方是否收到，收到的内容有没有错，要不要重发，怎样通知对方结束等，作为接收方，必须知道对方是否发送了信息，发的是什么，收到的信息是否有错，如果有错怎样通知重发，怎样判断结束等。

PC与TMS320F2812间的通信协议如下：

（1）通信双方的串行波特率为9600bps；

（2）帧格式：8位数据位，1位停止位，无奇偶校验；

（3）传送方式：PC采用查询方式收发数据，TMS320F2812采用中断方式收发数据。

（4）握手方式：采用软件握手。

集中供电系统通信软件设计

TMS320F2812的较强的串行通信能力。本设计中，发送数据采用的是查询方式，接收数据采用的是中断方式。当上转数据时，在中断程序或其他的子程序中置发送标志位，在主程序中查询该标志，如成立则发送数据，否则跳过发送程序，执行其他的程序，在中断方式下，DSP启动串行口后就不再询问它的状态了，依然执行自己的程序，实现DSP与串行口的并行工作。当串行口产生中断时，先向DSP申请中断，DSP响应中断后就暂时中断自己的程序，执行相应的串口中断服务程序，执行完后又返回主程序，它能使信息得到及时处理。

软件采用C语言编程

在程序的开始应先对其中一些寄存器进行初始化。相关的源程序不在此赘述了。

数据的接收和发送程序

在本系统中，从机的主要任务是对被检测设备进行故障检测和故障定位，通信软件的主要功能是接收主机的命令，并将检测的结果回送主机。数据的接收和发送流程如图2所示。

结语

本通信方案已应用于某校的集中供电系统，结果表明是可行的，能有效地实现PC和DSP在恶劣条件下基于RS-485的串行通信，实现了对用电管理的全程自动控制。

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