中國電工技術學會定于2016年7月10~11日在北京鐵道大廈舉辦“2016第十一屆中國電工裝備創新與發展論壇”，主題為“電工行業十三五規劃研究與解讀”，并設“智能制造與電工裝備行業的轉型升級”“智能開關設備的關鍵技術與最新發展”兩個分論壇。

請感興趣的讀者掃描下方的二維碼（或關注微信公衆号“電氣技術”），浏覽會議詳情和進行快速注冊報名。注冊時請準确填寫相關信息，會議服務人員将及時與您确認參會事宜。

天津市第五機床廠、天津職業技術師範大學、中國汽車工業工程有限公司的研究人員梁國棟、劉媛、梁昊穹，在2015年第11期《電氣技術》雜志上撰文，提出了基于485通信技術的智能閥門控制器數據采集方案，介紹了RS-485串口通信的基本特點、通信接口電路和通信程序，流量儀表與智能閥門控制器之間通過基于485通信技術的智能閥門控制器數據采集方案，取代原有脈沖法采集與接收方案，實現計量設備與智能閥門控制器之間數據可靠傳輸。

該技術方案的使用，可有效避免因為計量儀表與智能預付費閥門控制器兩個設備間的計量不完全一緻帶來的困擾。本數據采集技術方案，通過在産品中的應用，取得了很好的效果。

在水、電、氣的計量管理行業中，作為預收費管理的預付費智能閥門控制器得到了廣泛的應用，然而在實際運行過程中，工業用大流量計量設備的數據與智能閥門控制器的數據往往發生偏差，導緻供銷矛盾，甚至糾紛。

發生這種數據偏差的根源，是數據傳輸或者說是數據采集出現了問題。傳統的智能閥門控制器與流量計量設備間，采取的是由計量設備發出一個脈沖，智能閥門控制器接收一個脈沖，然後智能閥門控制器的系統就消減相應的預置數值，當該數值消減到程序設定值時，控制器閥門自動關閉。

這種原始的通信模式作為系統數據傳輸方案簡易可行，但在實際運行過程中，就時常會發生計量設備發出的信号沒有被智能閥門控制器及時接收到的現象，也就是俗稱的丢失脈沖，長期累積也就導緻了數據發生偏差。

為了解決這一難題，本文提出了基于485通信技術的智能閥門控制器數據采集方案。該方案應用在天津市第五機床廠生産的智能閥門控制器産品中，經過近兩年時間的推廣使用，取得了很好地效果。

1 RS-485串行通信的基本特點

RS-485作為一種串行通信标準，是目前工業上最常用的數據傳輸方式，采用平衡式發送、差分式接收的方式實現通信，不僅可以實現半雙工通信，而且可以實現全雙工通訊。利用兩根雙絞數據線就可同時進行數據的發送和接收。

具有硬件設計簡單、傳輸距離長、速度較高、控制方便、電平兼容性好、使用靈活方便、成本低廉和有極強的抗共模幹擾能力，可靠度高等諸多優點，應用在智能管理、工業控制、在線控制等許多廣泛領域。

RS-485标準通信接口，當傳輸距離為100m時，通信速率可達12Mb/s[2]。計量設備與智能閥門控制器之間的現場距離最多也就十幾米。采用點對點通信方案，完全可以勝任傳輸距離與通信速率的實際需求。RS-485 接口标準的具體參數如表 1所示。[1]

表1 RS-485接口标準的具體參數

一般情況，系統通過RS-485串行通信接口發送端，将所要發送的并行數據，通過異步收發單元（UART）轉換為串行數據，再由485電平轉換芯片将TTL信号轉換為RS-485标準的信号，通過信号連接線送到接收端，在接收端經過相反的轉換完成通信，如圖1所示[3]。

在本方案的計量設備和智能閥門控制器系統的RS-485通信結構中，沒有使用專門的UART單元，而是利用軟件的方法，實現信号串行和并行之間的轉換。

圖1 RS-485點對點方式通信示意圖

2 硬件設計

可用于RS-485标準的接口芯片種類較多，例如，Maxmi公司的MAX485和MAX491芯片，MAX485用于半雙工，而MAX491可用于全雙工，不同的系統需求對芯片的功能要求也會有不同。本方案選用的MAX485是最常用的RS-485通信芯片，它采用單一電源 5V工作，額定電流為300μA。

圖2表示A、B的波形， RS-485傳輸信号在雙絞線上極性相反，即UA和UB是一對大小相等方向相反的差分信号，UOH>3 V，UOL<1 V，圖中中間完整周期的信号對應的是邏輯0。在接收端根據UA和UB的電壓差判斷信号，當UA-UB>0時，邏輯為0，當UA-UB<0時，邏輯為1[3]。

圖2 RS-485A、B端信号波形

預付費智能閥門控制器系統單片機的串行輸出TXD和串行輸入RXD，經電路接至芯片MAX485。如圖3所示。

DI腳為數據輸入端，它将單片機的TTL電平的數據轉換為差模信号VAB，并由A、B兩腳傳送出去。

DE是DI的使能端，高電平選通DI，數據輸出有效。

RO腳為數據輸出腳，它接收RS-485的差模信号VAB，并換為TTL電平由RO輸出。

RE腳為RO的使能端，低電平時選通RO，輸出有效。

為了控制上的方便，将RE、DE兩腳連在一起，系統中的MCS-51單片機的串行通道是一個全雙工的串行通信口，其并口2的P2.7對MAX485輸入使能端RE和輸出使能端DE，進行控制。當P2.7輸出高電平時，DI腳輸入的數據有效；低電平時，RO腳數據輸出有效。

圖3 MAX485 硬件接口電路

通訊時，由于采用的是點對點通信模式，計量設備雖然不需要進行地址的設定，但需要以兩個設備共同約定的數據格式，波特率等通信規約，發送通信文件，智能閥門控制器在接收符合的字符格式和校驗正确後，才能進行正常的數據通信。

本方案的通信協議約定設置為:1）波特率設置:9600 bps；2）信息幀格式:1位起始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位；3）檢驗方式:采用CRC16循環冗餘校驗碼校驗，以保證數據傳輸的正确性和完整性；4）傳送方式:計量設備（從機）采用定時方式接收和發送數據，智能閥門控制器（主機）采用中斷方式接收和發送數據。

3 通信程序設計

本方案采用點對點通信，以串行口中斷的方式接收，無需判斷機位号。智能閥門控制器程序初始化完成後，等待計量設備（從機）發送信息，當智能閥門控制器（主機）接收到第一個字節後，判斷該字節是否為包頭。

如果不是包頭，接收個數清零，如果是包頭，則繼續接收第二個字節，該字節為從計量設備發送信息的字節個數X，計算從計量設備發送總字節個數為M=X 3 2，包括3個包頭字節和2個CRC校驗碼。

智能閥門控制器接收到M個字節後，首先判斷CRC校驗碼是否正确，錯誤舍棄所有信息，正确則把從計量設備收到的信息保存到數據區，該次接收結束，智能閥門控制器繼續等待接收。

圖4 通信程序流程圖

按照通信協議的要求，首先呼叫計量設備，發出聯絡信号。呼叫成功後，要求計量設備向智能閥門控制器發送數據。考慮到程序的簡單和可靠性，智能閥門控制器程序采用了定時器，定時向計量設備發送要求發送數據的指令。

計量設備的處理器采用中斷方式進行數據通信，由主程序完成串行口和中斷的初始化，一旦智能閥門控制器有通信要求，則響應中斷，執行通信中斷服務程序。智能閥門控制器通信中斷服務程序流程圖如圖4所示。

4 結論

本文給出了利用RS-485通信接口電路和通信程序實現計量設備與智能閥門控制器之間數據可靠傳輸的設計方案。該技術方案的使用，可有效避免因為計量儀表與智能預付費控制器兩個設備間的計量不完全一緻帶來的困擾。

應用該方案已經應用在天津市第五機床廠生産的智能閥門控制器産品中，經過近兩年時間的推廣使用，取得了很好地效果。

電氣技術（dianqijishu）

關注電氣工程技術、聚焦學科前沿發展

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!