RS485串口通讯电路的保护

RS485串口通讯电路的保护

串口通讯一般采用RS－485或RS-422通讯方式。该通讯方式技术成熟、通讯过程稳定可靠、传输距离最远可达1200M。本设计选用MAX485作为RS-485通讯芯片。MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。驱动器摆率不受限制，可以实现最高2.5Mbps的传输速率。收发器在驱动器禁用的空载或满载状态下，吸取的电源电流在120uA-500uA之间。采用单一电源+5 V 工作，额定电流为300 μA，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS －485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD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，所以只需用单片机的一个管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。在与单片机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。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。

在系统工作中，通讯的稳定性、可靠性是至关重要的。然而，往往外部设备数量较多，分布距离较远，现场干扰信号的不可预测性、没有固定性对于通讯都会有相当大的影响。如果简单的通讯电路设计在现场工作中可能出现2种问题。一、接收数据可靠性问题。二、多机通讯方式下，一个节点的故障可能导致整个系统通讯框架崩溃。

由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，本设计电路如上图所示。D8为防反向二极管，当本机电源关闭，外部电源不会通过信号线到VCC，避免CPU因低压处于休眠状态。为防止输入信号过流，在485信号输出端串联了2个X60-100的可恢复性保险丝X2、X3，X60-100保险丝在低于100mA时阻值为4.5欧姆，当电流高于100mA成高阻抗，耐压最高可达60V。如果线路中某台分机的485芯片被击穿短路，其他分机通讯也不会受到影响。在应用系统工程的现场施

工中，由于通讯载体是双绞线，他的特性阻抗为120欧姆，所以在485网络线的始端接有120欧姆的电阻R16，以减少线路传输信号的反射。由于MAX-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200mV，即差分输入端VA－VB ≥+200mV，输出逻辑1，VA－VB ≤－200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV 时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样RXD的电平在MAX485总线不发送期间，即总线空闲时呈现唯一的高电平，单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在MAX485电路的A、B输出端加接上拉、下拉电阻R15、R17，即可很好地解决这个问题。

D2、D3、D4、D5、D6、D7是6V8稳压管组成的吸收回路，当有瞬间又浪涌具有抑制作用。HB1、HB2、HB3、HB4、是磁珠，磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。本电路设计中采用HB系列磁珠，该系列磁珠广泛应用于信号滤波中D2、D3、D4、D5、D6、D7为，与C7、C8组成的滤波电路具有吸收静电放电脉冲干扰的能力和滤除高频干扰的作用。