屈长衡

摘要：根据现代化生产现场中网络化教据传输需要，文章提出无线现场总线方案，基于单片机进行设计，通过无线RS485总线，把生产线中各台仪器仪表的数据传输到PC机终端，实现生产现场的网络化管理。无线通信中使用了TH7122无线传输芯片，并根据该芯片的可编程模式进行了具体设计和编程。最后，通过RS232串行接口无线RS485总线和PC机连接起来整合成一个系统，最终实现设计目的。

关键词：无线RS485；总线；生产车间；网络

本设计从生产车间的生产实际需要出发，设计一种基于车间生产现场的无线RS485总线，构成一个小型数据传输的局域网。局域网中各个节点通过无线传输模块与其他节点相连，各个节点之间构成点对点的半双工传输方式，这种传输方式就是本设计中的无线RS485。无线RS485总线能够把生产车间的各台仪器仪表与PC机建立连接，通过网络车间中各台仪器仪表的使用状态可以传输到PC机终端，在PC机终端不仅可以显示现场各仪器仪表的使用现状，而且可以对现场数据的采集结果进行统计、分析，为实现车间生产现场的智能化和自动化，达到了对生产车间网络化管理的目的。

1 采用SPCE061A单片机优点

使用SPCE061A单片机，提供了足够的存储空间和随机存储器，根据实际需要优点如下：（1） SPCE061A提供了足够的存储空间和随机存储器这使得系统有了很大的扩展余量。（2） SPCE061A提供了模数（Analog-to-Digital，AD）转换器，使得该系统不需要另外增加相应AD转换器，本系统的终端连接生产现场的各台仪器仪表，其中必需用到模数转换，故在本设计中使用自带AD转换器的微处理不但可以降低设计难度而且可以节省成本。最后，SPCE06IA提供了丰富的中断源，可以满足本设计中对实时性的要求，所以，在本系统设计中使用SPCE06IA单片机作为微处理器。

為了提高通信速度，增强系统可扩展性，设计方案如下：采用SPCE061A单片机作为微处理器，其内部随机存取存储器（Random Access Memory， RAM）。使用无线传输芯片TH7122（通信速度达到40--80 kbit/s）作为无线传输通道。使用RS485通信协议标准建立系统总线（可同时接入32个通信节点）。该方案的原理如图1所示。 在该方案中，通过接口块块A接入RS485总线与PC机建立连接。接口模块A通过无线射频分别与多个端口（端口B、端口C、端口D）连接。这些端口将现场数据传输到接口模块A，接口模块再把数据传输到PC机上。由于采用了无线RS485总线，该系统扩展很容易，可以根据需要在无线RS485总线上扩展接口模块端口E、端口F、端口G等，当然也可以是需要在RS485总线上挂接多个PC机。接口模块A与多个无线端口相连。主要是通过TH7122多用户可编程模式实现的。

2 设计方案详述

方案中，软件部分编程分为PC机上的编程和SPCE061A处理器编程。硬件部分主要有无线收发模块的设计，RS232接口设计和SPCE061A外围设计。

2.1 无线收发模块的设计

本设计无线传输模块采用Melexis公司推出的TH7122芯片，该芯片可以工作在多信道可编程或单信道单机半双工传输系统中。其通信速度可以达到40--80 kbit/s。TH7122工作模式有3种，第一种是用户模式。设置为用户模式时，TH7122可以工作在两个不同的用户模式。它可以作为三线式总线控制其可编程器件或者固定频率的独立器件。在SUM模式下，有下列4个固定频率设置：315 M，433.92 M.868.3M，915 M。本设计中使用的是315 M。在本设计应用中，通过SPCE06IA提供的串行设备输入输出端口（Sonic Input/Output，SIO），其中，可输入输出编程单元（Input OutputBlock，IOB）的IBOO作为时钟端口SCK，IOBI作为数据端口静态数据认汪（Static Data Authentication，SDA），正好可以配合对TH7122芯片的读写操作。

2.2 RS232接口设计

在本设计的无线RS485总线中，作为主从式结构中的主机A需要把各个通信端口上传来的数据发送到PC机上，由于PC机上的串行端口为RS232（DB-9型号），故需要在无线RS485总线的主机与PC机之间设计一个RS232转换接口。在这个转换过程中，需要把单片机上发送出去的串行数据由TTL电平转换成RS232标准电平，同时应该把PC机发送到单片机的串行数据由RS232标准电平转换成TTL电平。在本设计中这个转换过程是采用MAX232芯片实现的，MAX232内部自带升压模块，供电电源只需5.0 V，芯片内部升压模块可以把电压提升到-10 V和+10 V。

由于无线电波信号的收发受物理空间限制较小，为车间实时技改、技措，设备设施移动改造提供了比较便利的条件。为了使无线通信的灵活性更高，编程和配置选择具有更大的可扩展性。可以使用可编程用户模式。在TH7122通电后，改变引脚FSO/SDEN状态可以进入可编程用户操作模式。通过串行控制端口SCI可编程实现芯片的模式选择功能。

在可编程用户模式下，利用三线（SCLK，SDTA，SDEN）串行控制端口可对收发器进行编程。SDEN为芯片的使能端，当这个引脚被置为高电平时，所有输入的时钟（SCLK）信号和数据（SDTA）均无效。设置SDEN为低电平后，在每一个SCLK上升沿，引脚端SDTA的逻辑值被写入一个24位的移位寄存器，存储在移位寄存器中的数据在SDEN的上升沿被送入4个锁存器中的一个。

控制字有24位，其中2个地址位和22个数据位。最先输入的位是MSB位。为了在多信道运行状态对收发器进行编程，可以发送24位字：A字、B字、C字、D字。如果必须改变一个字中某一位的位，只有24位字全部重新输入才能够完成编程。SCI在运行模式和待机模式都可以进行编程。

在RS232中，不能有超过两台的设备。而RS485是RS422的基础上制定的，不仅增加了双向通信能力，增加了多点连接功能，同时允许多个发送器连接到同一条总线上，并且增加了发送驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。

RS485数据信号使用差分方式传输，也叫作平衡传输方式，它是使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2V--+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V--6V，是另一个逻辑状态。还有一个信号C，作为使能端，使能端控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当使能端发送驱动器处于高阻状态对总线的电平没有影响。

RS485最大传输距离是1 219 m，最大传输速度为10Mbit/s。平衡双绞线的长度与传输速度成反比，在100 kbit/s速度下，才可以使用规定最长的电缆长度。只有很短的距离下才能获得最高传输速度。一般100 m长的双绞线最大传输速度仅为1 Mbit/s。RS485需要接两个终端电阻，其阻值要求等于传输电缆的电阻特性。300 m之下不需接终端电阻。终端电阻接在传输总线的两端。RS485最多能够支持32个节点。

为保证通信无差错，设计了循环冗余校验码（CyclicRedundancy Check，CRC）校验。数据的打包和编码决定了数据误码率。在所有的校验方法中，CRC校验是一种误码率最低的校验方法。通过适当的编码数据基本上可以实现无差错链路。

在本应用设计中使用了10数位数据码加6位循环校验码的方法进行编码。首先应该定义一个CRC校验码。先把10位的有效数据放在16位数据的高10位，然后用这个数去除一个6位的CRC校验码，所得的余数为一个6位的数据，这个数据作为冗余码加到16位数据的低6位，完成编码过程。 基于windows操作系統下的应用程序编程，可以选择Microsoft Visual Basic， Microsoft Visual C++或者TurbC/C++。Microsoft Visual Basic具有简单易学，操作方便的特点，可以直接使用Windows控件，视图界面良好等优点。

3 结语

本设计针对无线RS485通信接口进行了设计，可实现设计目的，完成一个生产现场的RS485总线，以构成一个小型数据传输的局域网，通过该无线RS485总线把现场各设备仪器仪表与PC机建立连接。通过该网络连接，使得生产现场的数据可以传输到PC机，PC机可以对现场传输的数据进行分析、显示和统计等工作。同时，PC机也可以对各现场的生产设备进行监控和管理，分配资源，降低管理成本，有利于实现实生产现场的网络化和自动化。