目前，国内火灾报警系统多采用RS485半双工异步通信总线进行联网，实现火灾报警控制器之间，以及火灾报警控制器与火灾显示盘之间的通信。但在实际使用中，往往由于设备数量多、通信线路远以及现场的各种干扰等，造成通信可靠性、稳定性不高，致使联网系统的质量得不到保证。
在火灾自动报警系统的联网设计中，经大量试验，发现在使用RS485总线时，如果简单地按常规方式设计威廉希尔官方网站
，那么在实际工程中可能存在以下两个问题：一是通信数据收发不可靠；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死机）往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。针对上述问题，对485总线接口的软硬件设计采取了有效的改进措施，大大提高了联网系统的可靠性和稳定性。
1 RS-485总线接口硬件威廉希尔官方网站
的设计
如图1所示，89C51单片机自带异步通信接口，外接RS485收发器75LBC184，89C51的异步通信口与75LBC184之间采用3片光耦进行电气隔离。
1.1 75LBC184 DE控制端的设计
由于火灾报警控制系统中主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过1 000 m，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果此时某个75LBC184的DE端电位为1，那么它的485总线输出将处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其他分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况（如死机）下，会使整个系统通信崩溃。因此在威廉希尔官方网站
设计时，应保证系统上电复位时75LBC184的DE端电位为0。由于89C51在复位期间，I/O口输出高电平，故图1中电的接法可有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。
图1 改进后的485通信接口原理路
1.2 隔离光耦威廉希尔官方网站
的参数选取
在火灾报警系统中，要对现场情况进行实时监控及响应，因此通信数据的波特率往往做得较高（本系统中控制器与显示盘之间的通信速率在6 250 bps）。限制通信波特率提高的“瓶颈”并不是现场的导线（现场施工一般使用非屏蔽的双绞线），而是单片机系统进行信号隔离的光耦威廉希尔官方网站
。此处采用TIL117，威廉希尔官方网站
设计中可以考虑采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片；也可以优化普通光耦威廉希尔官方网站
参数的设计，使之工作在最佳状态。例如：电阻R2、R3如果选取得较大，则会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，则退出饱和会很慢。所以这两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动威廉希尔官方网站
使得这两个电阻值略有差异，在威廉希尔官方网站
设计中应特别慎重，通常需要通过实验确定。
1.3 485总线输出威廉希尔官方网站
部分的设计
输出威廉希尔官方网站
的设计要充分考虑线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射，使有效信号和无效信号在传输线上相互叠加，严重时会使通信无法正常进行。为解决这一问题，某些芯片的驱动器设计成限斜率方式，使输出信号边沿不要过陡，以免在传输线上产生过多的高频分量，从而有效地扼制干扰的产生。在设计选型时，最好选择具有该种功能的RS485接口芯片。同时，RS485接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏；而且由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，在传输线架设于户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。所以485总线的传输端一定要加有保护措施，在威廉希尔官方网站
设计中选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避免此类损失。本系统中选用的是75LBC184，它的驱动器不但设计成限斜率方式输出，而且能抗雷电的冲击，承受高达8 kV的静电放电冲击，在实际使用中效果十分理想。
考虑到线路的特殊情况（例如某台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其他分机的通信受到影响，在75LBC184的485信号输出端串联了两个20 Ω的电阻R10和R11。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
在消防报警产品的现场施工中，通信载体一般采用双绞线。其特性阻抗为120 Ω左右，所以线路设计时，在485网络传输线的始端和末端应各接1只120 Ω的匹配电阻（如图1中的R8），以减少线路上传输信号的反射。由于RS485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200 mV，即差分输入端VA-VB ≥+200 mV，输出逻辑1，VA-VB ≤-200 mV，输出逻辑0；而当A、B端电位差的绝对值小于200 mV时，输出不确定。如果在总线上所有发送器被禁止，则接收器输出逻辑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485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，89C51单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在485威廉希尔官方网站
的A、B输出端加接上、下拉电阻R7、R9，可以很好地解决这个问题。
2 RS-485总线接口软件设计
RS-485接口的软件设计对系统联网的可靠性有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其他分机，这就需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式，通信数据是成帧、成包发送的，每包数据都由引导码、长度码、地址码、命令码、内容和校验码等部分组成。其中： 引导码是用于同步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数据里的各种信息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、“和”校验以及CRC校验等不同方式。
在设计RS-485通信软件时，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了保证数据收发可靠，在485总线状态切换时需要加适当延时，再进行数据的收发。具体做法是在数据发送状态下，先将控制端DE置1；延时1 ms左右后，再发送有效的数据。一个数据包发送结束后再延时1 ms，然后将控制端DE清0。控制端DE经过这样处理后，会使总线在状态切换时有一个稳定的工作过程。
结语
RS-485总线具有威廉希尔官方网站
设计简单、软件设计方便、成本低等优点，在火灾报警系统中应用非常广泛。本系统经过对软硬件接口进行改进后，大大提高了通信可靠性、稳定性，可满足消防报警系统的实际需要。采用本文改进的485总线接口已成功地应用于数百个消防报警系统，未出现任何通信故障。
目前，国内火灾报警系统多采用RS485半双工异步通信总线进行联网，实现火灾报警控制器之间，以及火灾报警控制器与火灾显示盘之间的通信。但在实际使用中，往往由于设备数量多、通信线路远以及现场的各种干扰等，造成通信可靠性、稳定性不高，致使联网系统的质量得不到保证。
在火灾自动报警系统的联网设计中，经大量试验，发现在使用RS485总线时，如果简单地按常规方式设计威廉希尔官方网站
，那么在实际工程中可能存在以下两个问题：一是通信数据收发不可靠；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死机）往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。针对上述问题，对485总线接口的软硬件设计采取了有效的改进措施，大大提高了联网系统的可靠性和稳定性。
1 RS-485总线接口硬件威廉希尔官方网站
的设计
如图1所示，89C51单片机自带异步通信接口，外接RS485收发器75LBC184，89C51的异步通信口与75LBC184之间采用3片光耦进行电气隔离。
1.1 75LBC184 DE控制端的设计
由于火灾报警控制系统中主机与分机相隔较远，通信线路的总长度往往超过1 000 m，而分机系统上电或复位又常常不在同一个时刻完成。如果此时某个75LBC184的DE端电位为1，那么它的485总线输出将处于发送状态，也就是占用了通信总线，这样其他分机就无法与主机进行通信。这种情况尤其表现在某个分机出现异常情况（如死机）下，会使整个系统通信崩溃。因此在威廉希尔官方网站
设计时，应保证系统上电复位时75LBC184的DE端电位为0。由于89C51在复位期间，I/O口输出高电平，故图1中电的接法可有效地解决复位期间分机“咬”总线的问题。
图1 改进后的485通信接口原理路
1.2 隔离光耦威廉希尔官方网站
的参数选取
在火灾报警系统中，要对现场情况进行实时监控及响应，因此通信数据的波特率往往做得较高（本系统中控制器与显示盘之间的通信速率在6 250 bps）。限制通信波特率提高的“瓶颈”并不是现场的导线（现场施工一般使用非屏蔽的双绞线），而是单片机系统进行信号隔离的光耦威廉希尔官方网站
。此处采用TIL117，威廉希尔官方网站
设计中可以考虑采用高速光耦，如6N137、6N136等芯片；也可以优化普通光耦威廉希尔官方网站
参数的设计，使之工作在最佳状态。例如：电阻R2、R3如果选取得较大，则会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢；如果选取得过小，则退出饱和会很慢。所以这两只电阻的数值要精心选取，不同型号的光耦及驱动威廉希尔官方网站
使得这两个电阻值略有差异，在威廉希尔官方网站
设计中应特别慎重，通常需要通过实验确定。
1.3 485总线输出威廉希尔官方网站
部分的设计
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的设计要充分考虑线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。信号在传输过程中会产生电磁干扰和终端反射，使有效信号和无效信号在传输线上相互叠加，严重时会使通信无法正常进行。为解决这一问题，某些芯片的驱动器设计成限斜率方式，使输出信号边沿不要过陡，以免在传输线上产生过多的高频分量，从而有效地扼制干扰的产生。在设计选型时，最好选择具有该种功能的RS485接口芯片。同时，RS485接口芯片在使用、焊接或设备的运输途中都有可能受到静电的冲击而损坏；而且由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，在传输线架设于户外的使用场合，接口芯片乃至整个系统还有可能遭致雷电的袭击。所以485总线的传输端一定要加有保护措施，在威廉希尔官方网站
设计中选用抗静电或抗雷击的芯片可有效避免此类损失。本系统中选用的是75LBC184，它的驱动器不但设计成限斜率方式输出，而且能抗雷电的冲击，承受高达8 kV的静电放电冲击，在实际使用中效果十分理想。
考虑到线路的特殊情况（例如某台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其他分机的通信受到影响，在75LBC184的485信号输出端串联了两个20 Ω的电阻R10和R11。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。
在消防报警产品的现场施工中，通信载体一般采用双绞线。其特性阻抗为120 Ω左右，所以线路设计时，在485网络传输线的始端和末端应各接1只120 Ω的匹配电阻（如图1中的R8），以减少线路上传输信号的反射。由于RS485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为± 200 mV，即差分输入端VA-VB ≥+200 mV，输出逻辑1，VA-VB ≤-200 mV，输出逻辑0；而当A、B端电位差的绝对值小于200 mV时，输出不确定。如果在总线上所有发送器被禁止，则接收器输出逻辑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485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，89C51单片机就不会被误中断而收到乱字符。通过在485威廉希尔官方网站
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2 RS-485总线接口软件设计
RS-485接口的软件设计对系统联网的可靠性有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其他分机，这就需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式，通信数据是成帧、成包发送的，每包数据都由引导码、长度码、地址码、命令码、内容和校验码等部分组成。其中： 引导码是用于同步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数据里的各种信息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、“和”校验以及CRC校验等不同方式。
在设计RS-485通信软件时，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了保证数据收发可靠，在485总线状态切换时需要加适当延时，再进行数据的收发。具体做法是在数据发送状态下，先将控制端DE置1；延时1 ms左右后，再发送有效的数据。一个数据包发送结束后再延时1 ms，然后将控制端DE清0。控制端DE经过这样处理后，会使总线在状态切换时有一个稳定的工作过程。
结语
RS-485总线具有威廉希尔官方网站
设计简单、软件设计方便、成本低等优点，在火灾报警系统中应用非常广泛。本系统经过对软硬件接口进行改进后，大大提高了通信可靠性、稳定性，可满足消防报警系统的实际需要。采用本文改进的485总线接口已成功地应用于数百个消防报警系统，未出现任何通信故障。
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