远距离多机分时双工通信芯片SR331

    摘要：SR331是新乡三瑞电子技术有限公司精心研制的分时双工通信模块。它利用20mA电流环和光电隔离原理来实现上位机与多个下位机间的多机分时双工通信。因而具有极高的可靠性下位机无数量限制的优点，从而解决了远距离多机通信时RS485芯片容易损坏的问题。

    关键词：多机通信 电流环 SR331

1 前言

在许多巡检系统工程应用中，往往需要计算机与多个单片机实现远距离多机双向通信。在计算机为上位机，单片机是下位机的情况下，目前通用的方法是采用RS-485协议，要求芯片通常都具有抗静电干扰、节点多、通信速率高等优点。然而，在笔者设计的几个系统中所使用的多种类型的RS-485、RS-422协议的芯片却都无一例外的特别容易损坏，轻则封装表面出现局部烧黑，重则爆裂，以致于整个系统瘫痪。在郑州车辆段脱轨器微机监控系统中，设计时用1台计算机作为上位机，23个股道的单片机（89C51）作为下位机。系统却在空凋开关、日光灯短路等现象出现时造成芯片不同程序的损坏，几乎每个月都要更换通信芯片20余片，设计者采取了多种保护措施，依然没有解决问题。并且，离上位机距离最近的几个总是最选损坏。

1999年初，新乡三瑞电子技术有限公司精心研制了一种高可靠性、远距离、多机、分时双工串行通信芯片SR331，并由中国台湾加工生产。该器件的最大特点是可能、稳定。SR331利用20mA电流环、光电隔离、多机通信原理有效地实现了复杂电磁环境下的多机通信，在通信距离为1000m时，通信速率达9600bps，而其下位机没有数量限制。

2 SR331芯片介绍

SR331是远距离通信芯片，其主要特点是：可靠性高（这正是研制SR331的初衷）和对下位机数量没有限制。

SR331采用的电源电压为5±0.5V；并采用TTL电平，它的RxD和TxD直接与单片机（如AT89C51）连接；其MTBF大于100万小时；工作温度范围为-30～+70℃。SR331采用8脚DIP封装，其管脚排列如图1所示。各引脚的功能定义如下：

1脚：T+，发送正端；

2脚：T-，发送负端；

3脚：RxD，接收端，接本地CPU的RxD；

4脚：GND，接地，通常接本地CPU的地；

5脚：R-，接收负端；

6脚：R+，接收正端；

7脚：TxD，发送端，接本地CPU的RxD；

8脚：Vcc，+5V的电源端，接本地CPU的Vcc。

3 点对点串行双工通信

利用20mA电流环、光电隔离实现计算机与单片机点对点通信的原理在其它文献[1]中介绍较多，这里不再叙述。

采用SR331实现1台计算机与1个下位机串地通信的原理图如图2所示，计算机使用标准串行口COM1，单片机选用89C51。

MAX232用来实现计算机的标准串行口COM1所输出的RS-232信号电平与TTL电平之间的转换。计算机串行口X1-TxD脚的常态为-12V，D1的9脚输出低电平（0V）到SR331的D2的TxD脚，此时，环路A[(8V)→（R1）→（RP1）→（D3的R+脚）→（D3的R-脚）→（D2的T+脚）→（D2的T-脚）→GND（上位机端）]无电流通过，D3的RxD脚输出高电平（+5V）送给单片机90C51；而当计算机发送信息的起始位时，X1的TxD脚输出为+12V，D1的9脚输出高电平（+5V）到SR331的D2的TxD脚，此时，环路A有20mA的电流通过，D3的RxD脚输出低电平（0V），从而实现上位机到下位机的通信。

当单片机89C51KD4中TxD脚的常态为高电平+5V时，环路B[8V]→(R2) →(RP2) →(D2的R+脚) →（D2的R-脚）→（D3的T+脚）→（D3的T-脚）→GND（上位机端）无电流通过，此时D2的RxD脚输出的高电平（+5V）经MAX232转换为-12V送给计算机；在单片机发送信息的起始位时，D4的TxD脚输出为低电平0V，环路B中有20mA电流通过，D2的RxD脚输出低电平（0V）并经MAX232转换为+12V送给计算机，从而实现下位机到上位机的通信。根据通信距离的远近调节RP1和RP2可以使环路A和环路B中的电流为20mA。

4 多机主从式分时双工串行通信

计算机与单片机的通信除点对点的通信以外，在许多现场控制中，还会出现一机对多机或多机间的通信。下面介绍以计算机作为上位机，多个单片机（89C51）作为下位机的串行通信设计方式。该设计要求下位机要服从上位机的调度和支配，即单片机的通信方式要使用串行口通信方式2，也就是利用第9位。通信各方约定如下：

上位机向下位机发送地址信息时，其第9位必须为1，当向下位机发送命令时，其第9位必须为0。

图3所示为上位机与多个下位机进行分时双工串行通信的电路原理图。当上位机通过SR331向下位机发送地址、命令时，每个下位机通过SR331都能收以。在下位机处于监听状态时，置SM2=1。当确认是本下位机地址时，置SM2=0，以准备接收命令。然后向上位机回送信息。每个下位机均可单独向上位机发送信息。平样就实现了上位机与多个下位机的分时通信。

5 结束语

为了解决多机远距离通信的可靠性问题，新乡三瑞电子技术有发公司才下决心研制SR331，可喜的是：SR331具有出人意料的高可靠性，并且环境适应能力强，无须中继，同时对下位机的数量没有限制（太多时，在电阻R1前使用较高电压即可）。虽然，为了提高可靠性牺牲了部分通信速率，但9600bps对于一般巡检系统已经足够。目前，SR331已经成功应用于郑州车辆段脱轨器微机监控系统（具有29个下位机）、新乡车辆段脱轨器微机监控系统（具有12个下位机）、新乡车辆段列车试风微机监控系统（具有4个下位机）、洛阳车辆段脱轨器微机监控系统（具有12个下位机）、洛阳车辆段空气压缩机微机监控系统（具有4个下位机）等系统中。现在，投入实现运行的300多片在连续工作500天后无一损坏。由此可见，SR331具有极高的可靠性。