專利名稱：一種新型的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化技術領域，涉及一種新型的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口。
背景技術：
隨著電力系統(tǒng)自動化技術的不斷發(fā)展，變配電所內(nèi)智能設備的大量使用，智能設備及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換顯得越來越重要，因此連接和管理各設備及系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信接口成了電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)的不可缺少的重要設備。RS-485、RS_232C串行接口是電力系統(tǒng)自動化領域常用的兩種通信接口。RS-232C標準(協(xié)議)的全稱是EIA-RS-232C標準，串行通信接口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS-232標準的基礎上經(jīng)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(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0 20000b/s范圍內(nèi)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(guī)定。由于通行設備廠商都生產(chǎn)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采用。RS-232-C的如下特點采用直通方式，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(yōu)點在于彌補了 RS232通訊距離短，不能多臺設備共享總線的缺點。RS485采用差分信號負邏輯，+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(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采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(wǎng)絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。對于總線型的485總線，節(jié)點間的發(fā)送沖突是一個需要解決的基本問題。目前，485沖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，沒有沖突發(fā)生。如果幀校驗錯，則認為有沖突發(fā)生，或其它原因造成的通信干擾，此時可以重復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后的靜默時間。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(jié)點越多，效率越低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服以上485沖突解決的缺陷，提出了一種新型的串行端口設計，包括以下方面。

1 :RS232C/485免跳線自適應設計。 傳統(tǒng)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，采用了 232和485端口同時發(fā)送，并聯(lián)接收的方式，自動適應兩種方式。2 :RS232C增加發(fā)送到接收的外側環(huán)回電路，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和端口自檢。232采用點對點方式。在232線路側，增加了由電阻、二極管等構成的環(huán)回電路，在發(fā)送的同時，可以逐字節(jié)檢查線路上的數(shù)據(jù)是否正確，并可以發(fā)現(xiàn)端口錯誤。 3 :RS485發(fā)送時采用收發(fā)同時工作模式，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和總線沖突檢測。采用雙工485總線收發(fā)芯片，在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，接收功能正常工作，可以逐字節(jié)檢查線路上的數(shù)據(jù)是否正確，并發(fā)現(xiàn)總線沖突。4 :RS232發(fā)送采用RTS信號使能控制，配合實現(xiàn)232、485自適應模式。232發(fā)送芯片的發(fā)送輸入端，采用3態(tài)門電路控制，當工作在485模式時，可以禁止 232端口的發(fā)送功能，避免接收的數(shù)據(jù)沖突。本發(fā)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(fā)送數(shù)據(jù)的實時檢測，實現(xiàn)了類似以太網(wǎng)載波監(jiān)聽沖突檢測(CDMA/CD)的功能，可以快速檢測出端口故障和總線沖突，提高485總線利用效率。本發(fā)明在電力系統(tǒng)自動化、電氣化鐵路、軌道交通綜合自動化領域里的串行通信端口上進行了創(chuàng)新，與當前通行的方案相比有明顯優(yōu)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(fā)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(fā)明進一步說明。當工作在232發(fā)送模式時，RTS信號無效，使能U2三態(tài)緩沖器(此時禁止485發(fā)送)，CPU的串口 TX信號通過Ul總線收發(fā)器發(fā)送到232線路上(端子XI)。同時，發(fā)送信號通過Vl 二極管環(huán)回到Ul的接收端，最終通過U5到達CPU的接收端。在CPU發(fā)送的同時， 接收回路也在工作。CPU內(nèi)部軟件對接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)進行比較，如果不一致，可以判定端口故障或發(fā)送沖突。此工作模式要求232工作在半雙工模式，對于電力系統(tǒng)的問答式規(guī)約滿足此要求。當工作在232接收模式時，線上的數(shù)據(jù)通過端子X3，二極管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(fā)送操作。端口工作在半雙工模式。當工作在485發(fā)送模式時，RTS信號有效，使能U4的發(fā)送通道(此時禁止232發(fā)送)，CPU的串口 TX信號通過U4總線收發(fā)器發(fā)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(fā)送的同時，接收回路也在工作。CPU內(nèi)部軟件對接收到的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)進行比較，如果不一致，可以判定端口故障或總線沖突。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(shù)據(jù)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(fā)送操作。端口工作在半雙工模式。如圖1所示，是本發(fā)明實施例的新型串行通信接口的電氣原理圖。對于典型的485總線，1主站，多從站，輪詢過程如下
在發(fā)起通訊前，必須監(jiān)聽線路，待線路空閑后，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(xù)通信或應答)。再發(fā)起通訊請求，如果其它站點同時發(fā)出通訊請求，就發(fā)生沖突，因為此處硬件無沖突檢測機制，發(fā)送方無法得知沖突，繼續(xù)發(fā)送完全幀(整幀發(fā)送時間T2)。而接收方得不到正確的幀，無法應答。發(fā)送方收不到應答，再隨機等待T3，監(jiān)聽信道，如閑，再發(fā)請求。對于較大的數(shù)據(jù)幀，沖突-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(fā)送通信請求幀階段就能檢測出沖突，則可以提高效率。通常意義下的485總線不可能完全避免沖突，思路只能是 1)減少沖突發(fā)生的概率。2)發(fā)生沖突時不造成禍害，這點很重要，在數(shù)據(jù)幀中必須包含收、發(fā)方的地址用以識別通信的雙方，數(shù)據(jù)幀中必須有校驗碼用來丟棄沖突或被干擾的數(shù)據(jù)幀。3 )縮短沖突檢測的時間。本方案正是通過實時比較發(fā)送的數(shù)據(jù)和總線上返回的數(shù)據(jù)，縮短沖突檢測的時間。按照電力系統(tǒng)通用的規(guī)約(M0DBUS或其它問答式規(guī)約)，最多只需要發(fā)送到報文頭(地址字節(jié))，就可以檢出沖突，而不必等待整幀發(fā)送完成，以及隨后的T3時間?？梢姡景l(fā)明可以大大縮短沖突的檢測時間以及沖突發(fā)生后的等待時間。通過上述對具體實施的分析可見，本方案中不僅實現(xiàn)了端口的實時自檢，還減少了總線沖突的檢測時間，提高了總線效率。同時，232、485自適應的端口模式，簡化了工程應
用工作量。以上已以較佳實施例公布了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采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(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種新型的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，將串行接口的發(fā)送信號在接口內(nèi)部環(huán)回，通過實時將接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)對比，檢測端口本身的功能，或總線上的沖突，實現(xiàn)端口的自檢和總線沖突的快速檢測，其特征在于RS232C/485免跳線自適應；RS232C增加發(fā)送到接收的外側環(huán)回電路，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和端口自檢；RS485發(fā)送時采用收發(fā)同時工作模式，用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和總線沖突檢測；RS232發(fā)送采用RTS信號使能控制，配合實現(xiàn)232、485自適應模式。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，其特征在于所述 RS232C/485免跳線自適應，無需跳線，采用RS232和RS485端口同時發(fā)送、并聯(lián)接收的方式， 自動適用兩種方式。
3.根據(jù)權利要求1所述的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，其特征在于所述 RS232C增加發(fā)送到接收的外側環(huán)回電路用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和端口自檢，RS232采用點對點方式，在RS232線路側，增加由電阻、二極管構成的環(huán)回電路，在發(fā)送的同時，逐字節(jié)檢查線路上的數(shù)據(jù)是否正確，并發(fā)現(xiàn)端口錯誤。
4.根據(jù)權利要求1所述的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，其特征在于所述RS485 發(fā)送時采用收發(fā)同時工作模式用于發(fā)送數(shù)據(jù)的自檢和總線沖突檢測，采用雙工RS485總線收發(fā)芯片，在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，接收功能正常工作，逐字節(jié)檢查線路上的數(shù)據(jù)是否正確，并發(fā)現(xiàn)總線沖突。
5.根據(jù)權利要求1所述的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，其特征在于所述RS232 發(fā)送采用RTS信號使能控制配合實現(xiàn)RS232/485自適應模式，RS232發(fā)送芯片的發(fā)送輸入端，采用3態(tài)門電路控制，當工作在RS485模式時，禁止232端口的發(fā)送功能，避免接收的數(shù)據(jù)沖突。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的帶自檢和沖突檢測的串行通信接口，將串行接口的發(fā)送信號在接口內(nèi)部環(huán)回，通過實時將接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)對比，可以檢測端口本身的功能，或總線上的沖突，實現(xiàn)端口的自檢和總線沖突的快速檢測，提高串行接口的可靠性和總線效率。采用了232和485端口同時發(fā)送，并聯(lián)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(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者張 林, 范三龍, 郭浩軍 申請人:南京國電南自軌道交通工程有限公司