电表设计中的红外和RS-485通信
发布时间：2010-7-22 10:23
发布者：vinda
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在设计电表时，通信往往是最后考虑的问题。目前的电表设计需要收集越来越多的信息，并且能够自动地把这些信息传输到电力公司。在MAX3120电表参考设计中，通信子系统的工作既是用于这一目的。 为什么要进行通信？ 在设计电表时，通信往往是最后考虑的问题。传统电表使用老式的被动通信方式传输用电信息：抄表员定期抄表并读取数值。而新一代电表需要收集的信息越来越多。如果对工作人员进行培训，用手工方式从每个电表收集大量数据，并且还要满足精度要求，似乎是不切实际的想法。取而代之的是利用电子装置自动把用电信息传输到电力公司。在MAX3120电表参考设计中，通信子系统既是用于这一目的。 两个通道 MAX3120电表参考设计中包括两个通信通道：一个用于与手持终端通信的红外(IR)通道，另一个是完全隔离的多点RS-485通道。 两个通道使用相同的通信协议，但具体工作情况有所不同。红外通道始终是点对点模式；手持终端每次只能与一个电表通信。由于手持终端不能同时访问多个电表，因此电表可单方面响应广播消息。但是，在网络环境中，这种工作方式会导致严重的数据冲突。 RS-485通道的工作情况与之不同。由于网络中有许多电表(虽然不会有一个以上的主机)，没有电表能够发送数据包以响应网络广播。主机发出一个消息后，主机收发器需要经过一定延时，为接收数据做好准备。因此，谨慎的措施是在电表响应之前设置一个传输延时，以防数据丢失。 通信原理 尽管有传输通道之分，通信协议所使用的原理却是相同的。首先，链路特征相同：通道以1200比特每秒的速率进行通信，处于异步工作方式，使用一个终止位和偶校验。其次，如图1所示，链接协议是相同的。最后，用于两个通道的命令含义相同：在IR通道上发送命令，与在RS-485通道上发送命令所起到的作用相同。  图1. 通信协议示意图[/td] 数据包具有以下结构： 开始标志: 1个字节，0x68. 电表地址: 6个字节，为变量。网络中的每个电表都具有一个唯一的网络地址。相比之下，主机(运行网络的个人计算机或手持终端)没有地址；主机用来启动所有通信过程，是电表发送任何消息的目标。因此，地址字段的功能是主机向电表发送消息的目标地址，以及电表向主机发送消息的源地址。地址99 99 99 99 99 99作为广播地址予以保留。 分隔符号: 一个字节，0x68. 命令字节: 一个字节，具有以下格式：  命令字节中包括如下字段： 一个方向位: 当数据包由主机发送给电表时清零，当数据包由电表发送给主机时置1。 一个误差位: 用于指示电表检测到主机发送的消息中存在误码。 一个冗余位: 指示电表对某条消息的响应时间过长，该消息已被划分成多条消息。 一个功能字段：: 0x01: 读操作，表示主机要求读取电表的某些寄存器值。 0x02: 读下一个数据，表示主机接收到多条消息标记，要求读取下一部分。 0x03: 重读操作，指示主机没有正确接收上一个消息段，要求重新发送该消息段。 0x04: 写操作，主机要求在电表寄存器中存储一个值。这个数据包括2个字节的寄存器地址长度可变的数据。 0x08: 同步操作。这个数据字段包含时间和日期。如果电表的内部时钟与消息中给出的时间和日期不同，并且相差小于10分钟，那么内部时钟调整为给出的时间，否则，内部时间不变，返回一个误差指示信号。 0x0A: 设置网络地址，始终是一条广播消息。该数据字段包含6个字节的地址，电表将它作为网络地址。电表的设置地址按钮激活表明它接受该地址。 0x0C: 改变波特率命令。波特率可以更改为给定的速率，但只在本次事务中有效，以后又会恢复到1,200bps。 0x0F: 改变密码命令。该数据字段包含8个字节，包含：(1) 超级用户密码标志符(通常为零); (2) 超级用户密码; (3) 改变密码的标志符；(4) 新密码。 0x10: 清除最大需求量寄存器命令。当电表接收到该命令时，会清零全月中几个子域中的最大需求寄存器。 长度标记: 一个字节。表示整个消息的长度，从开始标志到终止标志。 数据: 变量。 校验和: 一个字节。这是消息中所有字节以256为模后的求和数，从开始标志到终止标志。 红外通道工作特性。 终止标志：一个字节，0x16。 红外通道工作特性 红外通道按照简单的音频调制技术工作。即有红外光束(38kHz调制频率，波长850nm)时表示‘0’，无红外光束表示‘1’。下图(图2)显示了字母‘A’ (0x41)的传输过程。  图2. 红外通道音频调制技术示意图 通过MAX3120 CPU中的调制器传输红外线的物理通道很容易实现，该调制器集成了其中一个定时通道的输出和其中一个UART通道。通过一个外部集成的红外接收器进行解调(图3)。  图3. 一个外部集成的红外接收器，用于解调 RS-485通道工作特性 RS-485通道有两个特殊要求，因此比红外通道更加复杂：RS-485通道采用精确的半双工通信，必须与线缆进行电气隔离。第一个必要条件可以借助于Maxim的半双工收发器实现，可达到满意的效果。第二个必要条件可以通过使用价格低廉的光藕进行电气隔离，见图4。  图4. 通过使用一个Maxim的半双工收发器和价格低廉的光耦实现RS-485通信[/td] |
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