CN102355507B - 一种带自检和冲突检测的串行通信接口 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的带自检和冲突检测的串行通信接口，将串行接口的发送信号在接口内部环回，通过实时将接收数据和发送数据对比，可以检测端口本身的功能，或总线上的冲突，实现端口的自检和总线冲突的快速检测，提高串行接口的可靠性和总线效率。采用了232和485端口同时发送，并联接收的方式，自动适应两种方式，方便工程配置。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及一种新型的带自检和冲突检测的串行通信接口。
背景技术
随着电力系统自动化技术的不断发展, 变配电所内智能设备的大量使用，智能设备及系统间的数据交换显得越来越重要，因此连接和管理各设备及系统间的数据通信接口成了电力系统自动化系统的不可缺少的重要设备。
RS-485、RS-232C串行接口是电力系统自动化领域常用的两种通信接口。
RS-232C标准（协议）的全称是EIA-RS-232C标准，串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在 RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C为主来讨论。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。RS-232-C的如下特点：采用直通方式，双向通信，基本频带，全双工通信。
RS485和RS232的基本的通讯机理是一致的，它的优点在于弥补了RS232通讯距离短，不能多台设备共享总线的缺点。
RS485采用差分信号负逻辑，+2V～+6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
对于总线型的485总线，节点间的发送冲突是一个需要解决的基本问题。
目前，485冲突检测的主要方法是主站对某个子站轮询时，应答报文的帧校验。如果校验通过，则认为是有效应答报文，没有冲突发生。如果帧校验错，则认为有冲突发生，或其它原因造成的通信干扰，此时可以重复对子站的轮询或者轮询下一个子站。这个过程的关键是对应答报文的等待时间，以及接收完应答报文后的静默时间。这两个时间的存在，限制了485总线轮询方式下的通信效率，不可能达到很高。在一条总线上节点越多，效率越低。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上485冲突解决的缺陷，提出了一种新型的串行端口设计，包括以下方面。
1：RS232C/485免跳线自适应设计。
传统的串行口，使用跳线选择232或485线路，改变功能往往需要打开机箱进行跳线设置，很不方便。本设计无需跳线，采用了232和485端口同时发送，并联接收的方式，自动适应两种方式。
2：RS232C增加发送到接收的外侧环回电路，用于发送数据的自检和端口自检。
232采用点对点方式。在232线路侧，增加了由电阻、二极管等构成的环回电路，在发送的同时，可以逐字节检查线路上的数据是否正确，并可以发现端口错误。
3：RS485发送时采用收发同时工作模式，用于发送数据的自检和总线冲突检测。
采用双工485总线收发芯片，在发送数据的同时，接收功能正常工作，可以逐字节检查线路上的数据是否正确，并发现总线冲突。
4：RS232发送采用RTS信号使能控制，配合实现232、485自适应模式。
232发送芯片的发送输入端，采用3态门电路控制，当工作在485模式时，可以禁止232端口的发送功能，避免接收的数据冲突。
本发明的有益效果是：自适应的232、485模式切换，方便工程使用。通过对发送数据的实时检测，实现了类似以太网载波监听冲突检测（CDMA/CD）的功能，可以快速检测出端口故障和总线冲突，提高485总线利用效率。本发明在电力系统自动化、电气化铁路、轨道交通综合自动化领域里的串行通信端口上进行了创新，与当前通行的方案相比有明显优点：工程配置简单，提高总线效率和通信可靠性。因此该技术方案具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的新型串行通信接口的电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
当工作在232发送模式时，RTS信号无效，使能U2三态缓冲器（此时禁止485发送），CPU的串口TX信号通过U1总线收发器发送到232线路上（端子X1）。同时，发送信号通过V1二极管环回到U1的接收端，最终通过U5到达CPU的接收端。在CPU发送的同时，接收回路也在工作。CPU内部软件对接收到的数据和发送的数据进行比较，如果不一致，可以判定端口故障或发送冲突。此工作模式要求232工作在半双工模式，对于电力系统的问答式规约满足此要求。
当工作在232接收模式时，线上的数据通过端子X3，二极管V2进入U1的接收端，通过U5到达CPU的接收端。在接收时CPU不能进行发送操作。端口工作在半双工模式。
当工作在485发送模式时，RTS信号有效，使能U4的发送通道（此时禁止232发送），CPU的串口TX信号通过U4总线收发器发送到485线路上（端子X9、X11）。同时，485总线上的信号通过U4的接收通道，再通过U5到达CPU的接收端。在CPU发送的同时，接收回路也在工作。CPU内部软件对接收到的数据和发送的数据进行比较，如果不一致，可以判定端口故障或总线冲突。此工作模式要求485工作在半双工模式，这是485总线的基本模式。
当工作在485接收模式时，线上的数据通过端子X9、X11，进入U4的接收通道，通过U5到达CPU的接收端。在接收时CPU不能进行发送操作。端口工作在半双工模式。
如图1所示，是本发明实施例的新型串行通信接口的电气原理图。
对于典型的485总线，1主站，多从站，轮询过程如下：
在发起通讯前，必须监听线路，待线路空闲后，至少等待一个时间隙T1（这个时间隙留给原通讯的双方继续通信或应答）。再发起通讯请求，如果其它站点同时发出通讯请求，就发生冲突，因为此处硬件无冲突检测机制，发送方无法得知冲突，继续发送完全帧（整帧发送时间T2）。而接收方得不到正确的帧，无法应答。发送方收不到应答，再随机等待T3，监听信道，如闲，再发请求。
对于较大的数据帧，冲突-重试要浪费很多信道时间。一般情况下，通讯请求帧极短，如果在发送通信请求帧阶段就能检测出冲突，则可以提高效率。
通常意义下的485总线不可能完全避免冲突，思路只能是：
1）减少冲突发生的概率。
2）发生冲突时不造成祸害，这点很重要，在数据帧中必须包含收、发方的地址用以识别通信的双方，数据帧中必须有校验码用来丢弃冲突或被干扰的数据帧。
3）缩短冲突检测的时间。
本方案正是通过实时比较发送的数据和总线上返回的数据，缩短冲突检测的时间。按照电力系统通用的规约（MODBUS或其它问答式规约），最多只需要发送到报文头（地址字节），就可以检出冲突，而不必等待整帧发送完成，以及随后的T3时间。可见，本发明可以大大缩短冲突的检测时间以及冲突发生后的等待时间。
通过上述对具体实施的分析可见，本方案中不仅实现了端口的实时自检，还减少了总线冲突的检测时间，提高了总线效率。同时，232、485自适应的端口模式，简化了工程应用工作量。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种带自检和冲突检测的串行通信接口，将串行接口的发送信号在接口内部环回，通过实时将接收数据和发送数据对比，检测端口本身的功能，或总线上的冲突，实现端口的自检和总线冲突的快速检测，其特征在于：
RS232C/RS485免跳线自适应；
RS232C增加发送到接收的外侧环回电路，用于发送数据的自检和端口自检；
RS485发送时采用收发同时工作模式，用于发送数据的自检和总线冲突检测；
RS232C发送采用RTS信号使能控制，配合实现RS232C、RS485自适应模式；
当工作在RS232C发送模式时，RTS信号无效，使能U2三态缓冲器，CPU的串口TX信号通过U1总线收发器发送到RS232C线路上；同时，发送信号通过V1二极管环回到U1的接收端，最终通过U5到达CPU的接收端；在CPU发送的同时，接收回路也在工作；CPU内部软件对接收到的数据和发送的数据进行比较，如果不一致，可以判定端口故障或发送冲突；
当工作在RS232C接收模式时，线上的数据通过端子X3，二极管V2进入U1的接收端，通过U5到达CPU的接收端；在接收时CPU不能进行发送操作；
当工作在RS485发送模式时，RTS信号有效，使能U4的发送通道，CPU的串口TX信号通过U4总线收发器发送到RS485线路上；同时，RS485总线上的信号通过U4的接收通道，再通过U5到达CPU的接收端；在CPU发送的同时，接收回路也在工作；CPU内部软件对接收到的数据和发送的数据进行比较，如果不一致，可以判定端口故障或总线冲突；
当工作在RS485接收模式时，线上的数据通过端子X9、X11，进入U4的接收通道，通过U5到达CPU的接收端；在接收时CPU不能进行发送操作。
2.根据权利要求1所述的带自检和冲突检测的串行通信接口，其特征在于：所述RS232C/RS485免跳线自适应，无需跳线，采用RS232C和RS485端口同时发送、并联接收的方式，自动适用两种方式。
3.根据权利要求1所述的带自检和冲突检测的串行通信接口，其特征在于：所述RS232C增加发送到接收的外侧环回电路用于发送数据的自检和端口自检，RS232C采用点对点方式，在RS232C线路侧，增加由电阻、二极管构成的环回电路，在发送的同时，逐字节检查线路上的数据是否正确，并发现端口错误。
4.根据权利要求1所述的带自检和冲突检测的串行通信接口，其特征在于：所述RS485发送时采用收发同时工作模式用于发送数据的自检和总线冲突检测，采用双工RS485总线收发芯片，在发送数据的同时，接收功能正常工作，逐字节检查线路上的数据是否正确，并发现总线冲突。
5.根据权利要求1所述的带自检和冲突检测的串行通信接口，其特征在于：所述RS232C发送采用RTS信号使能控制配合实现RS232C/RS485自适应模式，RS232C发送芯片的发送输入端，采用3态门电路控制，当工作在RS485模式时，禁止RS232C端口的发送功能，避免接收的数据冲突。
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