提高485总线系统的可靠性方式解析

　　引言

　　近年来，由于人们防火意识的不断增强以及有关法律、法规的不断完善，火灾自动报警系统得到迅猛发展和广泛应用，已成为预防火灾、保障人民生命和财产安全的最重要手段。这就要求火灾自动报警系统必须具有很高的可靠性和稳定性。

　　目前，国内火灾报警系统多采用RS485半双工异步通信总线进行联网，实现火灾报警控制器之间，以及火灾报警控制器与火灾显示盘之间的通信。但在实际使用中，往往由于设备数量多、通信线路远以及现场的各种干扰等，造成通信可靠性、稳定性不高，致使联网系统的质量得不到保证。

　　笔者在火灾自动报警系统的联网设计中，经大量试验，发现在使用RS485总线时，如果简单地按常规方式设计电路，那么在实际工程中可能存在以下两个问题：一是通信数据收发不可靠;二是在多机通信方式下，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，对485总线接口的软硬件设计采取了有效的改进措施，大大提高了联网系统的可靠性和稳定性。

　　1 RS-485总线接口硬件电路的设计

　　如图1所示，89C51单片机自带异步通信接口，外接RS485收发器75LBC184，89C51的异步通信口与75LBC184之间采用3片光耦进行电气隔离。

　　1.1 75LBC184 DE控制端的设计

　　由于火灾报警控制系统中主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过1 000 m，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果此时某个75LBC184的DE端电位为1，那么它的485总线输出将处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其他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(如死机)下，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75LBC184的DE端电位为0。由于89C51在复位期间，I/O口输出高电平，故图1中电的接法可有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。

　　图1 改进后的485通信接口原理路

　　1.2 隔离光耦电路的参数选取

　　在火灾报警系统中，要对现场情况进行实时监控及响应，因此通信数据的波特率往往做得较高(本系统中控制器与显示盘之间的通信速率在6 250 bps)。限制通信波特率提高的“瓶颈”并不是现场的导线(现场施工一般使用非屏蔽的双绞线)，而是单片机系统进行信号隔离的光耦电路。此处采用TIL117，电路设计中可以考虑采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片;也可以优化普通光耦电路参数的设计，使之工作在最佳状态。例如：电阻R2、R3如果选取得较大，则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，则退出饱和会很慢。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值略有差异，在电路设计中应特别慎重，通常需要通过实验确定。