仪表通信 -- zixin's Blog

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发表于 2008-10-8 22:44:50

CAN总线开始被用于汽车的电子系统通讯上起源于欧洲，由于其具有极强的抗干扰能力及纠错能力，还被美国军方广泛应用于导弹、飞机、坦克电子系统的通讯联络上。

CAN是一种实时数据总线，他不需要给出信号接受者的地址，信号发送者将安全编码后的数据发给所有的接受者。高速的CAN总线每毫秒内可传送32bytes有效数据。每个信号接受者从总线上读取其所需的数据。

通讯中的节点是控制器、智能传感器或智能执行开关。CAN－BUS网络上节点具有不同的优先级，在任意时刻均可主动向网络上的其它节点发送信息（点对点通讯或一点对多点的广播功能），而不分主从节点，当两个节点同时向网络上传送信息时，采用非破坏性总线裁决技术，让优先级低的节点主动停止数据传输，而不影响优先级高的节点继续发送数据。CAN-BUS技术减少了线束的数量和控制器接口的引脚数，与此同时可以更简单、迅速地实现在线编程、诊断，甚至多个控制器共同作用等新功能。

当停车发动机熄火时，CAN-BUS的舒适型系统将自动处于休眠状态，整个系统处于最低耗电状态，从而节省能源的消耗。一旦接受到车门开启等信号，无需发动机启动，系统立即被唤醒而激活，开始接受各处节点传递的信息。

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调整PID参数口令

发表于 2008-10-8 19:25:37

PID 口令
参数整定找最佳，从小到大顺序查;
先是比例后积分，最后再把微分加;
曲线振荡很频繁，比例度盘要放大;

曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳;

曲线偏离回复慢，积分时间往下降;

曲线波动周期长，积分时间再加长;

曲线振荡频率快，先把微分降下来;

动差大来波动慢，微分时间应加长;

理想曲线两个波，前高后低4比1.

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RS-232、RS-422与RS-485

发表于 2008-7-14 16:07:14

一、RS-232、RS-422与RS-485由来
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布，RS-2321962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出。为改进RS-232通信距离短、速率低缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。EIA提出建议标准都是以"RS"作为前缀，通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，此基础上用户可以建立自己高层通信协议。视频界应用，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中Sony与松下对录像机RS-422控制协议是有差异，视频服务器上控制协议则更多了，如Louth、Odetis协议是公开，而ProLINK则是基于Profile上。

二、RS-232串行接口标准
目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛一种串行接口。RS-232被定义为一种低速率串行通讯中增加通讯距离单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。
←图1
收、发端数据信号是相信号，如从DTE设备发出数据使用DB25连接器时是2脚相对7脚（信号）电平，DB25各引脚定义参见图1。典型RS-232信号正负电平之间摆动，发送数据时，发送端驱动器输出正电平+5～+15V，负电平-5～-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型工作电平+3～+12V与-3～-12V。发送电平与接收电平差仅为2V至3V左右，其共模抑制能力差，再加上双绞线上分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计，其驱动器负载为3～7kΩ。RS-232适合本设备之间通信。其有关电气参数参见表1。
规定 RS232 RS422 R485
工作方式单端差分差分
节点数 1收、1发 1发10收 1发32收
最大传输电缆长度 50英尺 400英尺 400英尺
最大传输速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s
最大驱动输出电压 +/-25V -0.25V～+6V -7V～+12V
驱动器输出信号电平(负载最小值) 负载 +/-5V～+/-15V +/-2.0V +/-1.5V
驱动器输出信号电平(空载最大值) 空载 +/-25V +/-6V +/-6V
驱动器负载阻抗(Ω) 3K～7K 100 54
摆率(最大值) 30V/μs N/A N/A
接收器输入电压范围 +/-15V -10V～+10V -7V～+12V
接收器输入门限 +/-3V +/-200mV +/-200mV
接收器输入电阻(Ω) 3K～7K 4K(最小) ≥12K
驱动器共模电压 -3V～+3V -1V～+3V
接收器共模电压 -7V～+7V -7V～+12V

三、RS-422与RS-485串行接口标准
1．平衡传输
RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图2。

通常情况下，发送驱动器A、B之间正电平+2～+6V，是一个逻辑状态，负电平-2～6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号C，RS-485中还有一"使能"端，而RS-422中这是可用可不用。"使能"端是用于控制发送驱动器与传输线切断与连接。当"使能"端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作"第三态"，即它是有别于逻辑"1"与"0"第三态。
接收器也作与发送端相对规定，收、发端平衡双绞线将AA与BB对应相连，当收端AB之间有大于+200mV电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV时，输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上电平范围通常200mV至6V之间。参见图3。

2．RS-422电气规定
RS-422标准全称是"平衡电压数字接口电路电气特性"，它定义了接口电路特性。图5是典型RS-422四线接口。实际上还有一根信号线，共5根线。图4是其DB9连接器引脚定义。接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强驱动能力，故允许相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，RS-422支持点对多双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10×4k+100Ω（终接电阻）。RS-422四线接口采用单独发送和接收通道，不必控制数据方向，各装置之间任何必须信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独双绞线）实现。

RS-422最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mb/s。其平衡双绞线长度与传输速率成反比，100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。很短距离下才能获最高速率传输。一般100米长双绞线上所能获最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆特性阻抗。矩距离传输时可不需终接电阻，即一般300米以下不需终接电阻。终接电阻接传输电缆最远端。
RS-422有关电气参数见表1
3．RS-485电气规定
RS-485是从RS-422基础上发展而来，RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正多点双向通信，参见图6。
而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，四线二线连接方式总线上可多接到32个设备。参见图7。

RS-485与RS-422不同还其共模输出电压是不同，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为12k剑鳵S-422是4k健；旧峡梢运礡S-485满足所有RS-422规范，RS-485驱动器可以用RS-422网络中应用。
RS-485有关电气规定参见表1。
RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线长度与传输速率成反比，100kb/s速率以下，才可能使用规定最长电缆长度。很短距离下才能获最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆特性阻抗。矩距离传输时可不需终接电阻，即一般300米以下不需终接电阻。终接电阻接传输总线两端。
四、RS-422与RS-485网络安装注意要点
RS-422可支持10个节点，RS-485支持32个节点，多节点构成网络。网络拓扑一般采用终端匹配总线型结构，不支持环形或星形网络。构建网络时，应注意如下几点：
1．采用一条双绞线电缆作总线，将各个节点串接起来，从总线到每个节点引出线长度应尽量短，使引出线中反射信号对总线信号影响最低。图8所示为实际应用中常见一些错误连接方式（a，c，e）和正确连接方式（b，d，f）。a，c，e这三种网络连接尽管不正确，短距离、低速率仍可能正常工作，但通信距离延长或通信速率提高，其不良影响会越来越严重，主要原因是信号各支路末端反射后与原信号叠加，会造成信号质量下降。
2．应注意总线特性阻抗连续性，阻抗不连续点就会发生信号反射。下列几种情况易产生这种不连续性：总线不同区段采用了不同电缆，或某一段总线上有过多收发器紧靠一起安装，再者是过长分支线引出到总线。
总之，应该提供一条单一、连续信号通道作为总线。

五、RS-422与RS-485传输线上匹配一些说明
对RS-422与RS-485总线网络一般要使用终接电阻进行匹配。但短距离与低速率下可以不用考虑终端匹配。那么什么情况下不用考虑匹配呢？理论上，每个接收数据信号中点进行采样时，反射信号开始采样时衰减到足够低就可以不考虑匹配。但这实际上难以掌握，美国MAXIM公司有篇文章提到一条经验性原则可以用来判断什么样数据速率和电缆长度时需要进行匹配：当信号转换时间（上升或下降时间）超过电信号沿总线单向传输所需时间3倍以上时就可以不加匹配。例如具有限斜率特性RS-485接口MAX483输出信号上升或下降时间最小为250ns，典型双绞线上信号传输速率约为0.2m/ns（24AWG PVC电缆），那么数据速率250kb/s以内、电缆长度不超过16米，采用MAX483作为RS-485接口时就可以不加终端匹配。
一般终端匹配采用终接电阻方法，前文已有提及，RS-422总线电缆远端并接电阻，RS-485则应总线电缆开始和末端都需并接终接电阻。终接电阻一般RS-422网络中取100Ω，RS-485网络中取120Ω。相当于电缆特性阻抗电阻，大多数双绞线电缆特性阻抗大约100～120Ω。这种匹配方法简单有效，但有一个缺点，匹配电阻要消耗较大功率，功耗限制比较严格系统不太适合。
另外一种比较省电匹配方式是RC匹配，如图9。利用一只电容C隔断直流成分可以节省大部分功率。但电容C取值是个难点，需要功耗和匹配质量间进行折衷。
还有一种采用二极管匹配方法，如图10。这种方案虽未实现真正"匹配"，但它利用二极管钳位作用能迅速削弱反射信号，达到改善信号质量目。节能效果显著。

六、RS-422与RS-485接问题
电子系统接是很重要，但常常被忽视。接处理不当往往会导致电子系统不能稳定工作危及系统安全。RS-422与RS-485传输网络接同样也是很重要，接系统不合理会影响整个网络稳定性，尤其是工作环境比较恶劣和传输距离较远情况下，接要求更为严格。否则接口损坏率较高。很多情况下，连接RS-422、RS-485通信链路时简单用一对双绞线将各个接口"A"、"B"端连接起来。而忽略了信号连接，这种连接方法许多场合是能正常工作，但却埋下了很大隐患，这有下面二个原因：
1．共模干扰问题：正如前文已述，RS-422与RS-485接口均采用差分方式传输信号方式，并不需要相某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定共模电压范围，如RS-422共模电压范围为-7～+7V，而RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信稳定可靠，损坏接口。以图11为例，当发送驱动器A向接收器B发送数据时，发送驱动器A输出共模电压为VOS，两个系统具有各自独立接系统，存着电位差VGPD。那么，接收器输入端共模电压VCM就会达到VCM=VOS+VGPD。RS-422与RS-485标准均规定VOS≤3V，但VGPD可能会有很大幅度（十几伏数十伏），并可能伴有强干扰信号，致使接收器共模输入VCM超出正常范围，并传输线路上产生干扰电流，轻则影响正常通信，重则损坏通信接口电路。

2．（EMI）问题：发送驱动器输出信号中共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻返回通道（信号），就会以辐射形式返回源端，整个总线就会像一个巨大天线向外辐射电磁波。
上述原因，RS-422、RS-485尽管采用差分平衡传输方式，但对整个RS-422或RS-485网络，必须有一条低阻信号。一条低阻信号将两个接口工作连接起来，使共模干扰电压VGPD被短路。
这条信号可以是额外一条线（非屏蔽双绞线），是屏蔽双绞线屏蔽层。这是最通常接方法。
值注意是，这种做法仅对高阻型共模干扰有效，干扰源内阻大，短接后不会形成很大接环路电流，通信不会有很大影响。当共模干扰源内阻较低时，会接线上形成较大环路电流，影响正常通信。笔者认为，可以采取以下三种措施：
（1）干扰源内阻非常小，可以接线上加限流电阻以限制干扰电流。接电阻增加可能会使共模电压升高，但控制适当范围内就不会影响正常通信。
（2）采用浮技术，隔断接环路。这是较常用也是十分有效一种方法，当共模干扰内阻很小时上述方法已不能奏效，此时可以考虑将引入干扰节点（例如处于恶劣工作环境现场设备）浮置起来（也就是系统电路与机壳或大隔离），这样就隔断了接环路，不会形成很大环路电流。
（3）采用隔离接口。有些情况下，出于安全或其它方面考虑，电路必须与机壳或大相连，不能悬浮，这时可以采用隔离接口来隔断接回路，仍然应该有一条线将隔离侧公共端它接口工作相连。参见图12。

七、RS-422与RS-485网络失效保护
RS-422与RS-485标准都规定了接收器门限为±200mV。这样规定能够提供比较高噪声抑制能力，如前文所述，当接收器A电平比B电平高+200mV以上时，输出为正逻辑，反之，则输出为负逻辑。但第三态存，即主机发端发完一个信息数据后，将总线置于第三态，即总线空闲时没有任何信号驱动总线，使AB之间电压-200～+200mV直至趋于0V，这带来了一个问题：接收器输出状态不确定。接收机输出为0V，网络中从机将把其解释为一个新启动位，并试图读取后续字节，永远不会有停止位，产生一个帧错误结果，不再有设备请求总线，网络陷于瘫痪状态。除上述所述总线空闲会造成两线电压差低于200mV情况外，开路或短路时也会出现这种情况。故应采取一定措施避免接收器处于不确定状态。

通常是总线上加偏置，当总线空闲或开路时，利用偏置电阻将总线偏置一个确定状态（差分电压≥-200mV）。如图13。将A上拉到，B下拉到5V，电阻典型值是1kΩ，具体数值随电缆电容变化而变化。
上述方法是比较经典方法，但它仍然不能解决总线短路时问题，有些厂家将接收门限移到-200mV/-50mV，可解决这个问题。例如Maxim公司MAX3080系列RS-485接口，省去了外部偏置电阻，解决了总线短路情况下失效保护问题。
八、RS-422与RS-485瞬态保护
前文提到信号接措施，只对低频率共模干扰有保护作用，频率很高瞬态干扰就无能为力了。传输线对高频信号而言就是相当于电感，高频瞬态干扰，接线实际等同于开路。这样瞬态干扰持续时间短暂，但可能会有成百上千伏电压。
实际应用环境下存高频瞬态干扰可能。一般切换大功率�

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