李大朋 戴馨瑩 劉濤

摘 要：高密度電法探測儀器包括發(fā)射裝置，接收裝置和電機(jī)切換裝置，電級的控制、信號的采集等，均需要長距離可靠通訊作為基礎(chǔ)，前期儀器使用傳統(tǒng)中繼器在遠(yuǎn)距離通信時(shí)就信號傳輸不穩(wěn)定以及主機(jī)工作量大，野外作業(yè)效率低，故障率高的缺點(diǎn)。本文主要針對這些缺點(diǎn)提出了基于MSP430單片機(jī)的RS-485接力通訊技術(shù)的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的可靠通訊，提高了野外工作效率，降低了野外工作故障率，本設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為主控芯片，采用RS-485總線作為通信總線，完成接力式中繼器的硬件設(shè)計(jì)部分，在編程部分對主程序，串口0串口1程序內(nèi)部數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行了模塊化的編寫。

關(guān)鍵詞：MSP430；RS-485；接力中繼器；遠(yuǎn)距離通訊

一、緒論

高密度電法探測儀器的通訊線路距離一般要都要求比較遠(yuǎn)，一般可以達(dá)到1000至幾千米，通訊線路越長，通訊的可靠性就越發(fā)難以保證，因此，高效穩(wěn)定的通訊是高密度電磁閥探測儀成功研制的重要組成部分。

二、方案設(shè)計(jì)與選擇

本文提供了兩種方案供參考，方案一“放大器”方案

采用信號放大裝置如圖1所示，系隔一段距離，例如100米，放置一個(gè)信號放大設(shè)備，這樣可以實(shí)現(xiàn)信號準(zhǔn)確傳輸，直至最后，而不會(huì)出現(xiàn)由于距離太遠(yuǎn)而不能正確傳輸?shù)膯栴}，但是這樣需要把傳輸線路分成數(shù)段，而電機(jī)的編號不能改變而且在實(shí)驗(yàn)前鋪設(shè)線路時(shí)，必須按一定的順序鋪設(shè)，否則不能準(zhǔn)確控制電機(jī)，完全由主機(jī)控制每個(gè)電極的動(dòng)作加重了主機(jī)的工作量。

方案二：“接力式中繼器”方案

采用中繼器后，將千米的線路化整為零，便每100米為一個(gè)單位信號，通過RS485通信接口傳輸給MSP430單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，然后將得到了控制信號經(jīng)另一個(gè)RS485通信接口傳到485通信線路上，這樣信號通過中繼器可以進(jìn)行接力傳輸，每條單位測線掛接五個(gè)電極，并且統(tǒng)一編號，由1到5，這樣每段線路都可以相互替換，大大提高了靈活性，同樣也提高了整條線路的效率，減輕了工作量。

三、中繼器的硬件電路設(shè)計(jì)

原理如圖3.1所示，中繼器的設(shè)計(jì)，充分利用MSP430F1611具有兩個(gè)串行口切編程，簡單的特點(diǎn)，將兩個(gè)串行口分別于兩片MAX485收發(fā)器連接。此方案硬件設(shè)計(jì)和軟件編程都比較方便。

四、中繼器軟件設(shè)計(jì)

由于采用單片機(jī)MSP430F1611作為中繼器的核心控制器，且單片機(jī)具有兩個(gè)串口，因而中繼器的軟件編程大致分為三個(gè)部分，主程序和兩個(gè)中斷子程序，本系統(tǒng)中高度儀器具體野外工作的過程如下：發(fā)射裝置、接收裝置、電極切換裝置完畢后，由電腦先發(fā)出點(diǎn)名的命令，就是命令中繼器逐一發(fā)送信號給測線上的所有電極切換裝置，若電腦收到返回的信號，則表示電機(jī)切換裝置未正常工作狀態(tài)，所有切換裝置正常工作之后，電腦接著發(fā)出測試接地電阻的命令，中繼器依次選擇相鄰的兩個(gè)切換裝置設(shè)置為接收電極M、N（1M2N，2M3N……），然后通過M、N電極注入大地一個(gè)恒定的小電流，測輸出相鄰電極之間的電壓，并計(jì)算出大地電阻（R12，R23……），然后把個(gè)電阻值在電腦上顯示并分析各個(gè)電極切換裝置是否接地良好，如果接地良好在向大地發(fā)射脈沖電流，組合排列接收電極進(jìn)行測量。

五、測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

下面是在電極間接1K歐姆電阻后采集到的電阻數(shù)據(jù)，能為了能夠相對精確的采集電阻值，本次采集選擇重復(fù)采集方式，一共對二十個(gè)電極采集三次下面是采集到的數(shù)據(jù)由于不是采用精密電阻，1K歐姆電阻精確值在1K左右，另外有一個(gè)原因是數(shù)據(jù)采集要求精度不是特別高因此在采集數(shù)據(jù)得到的電阻值在1K左。

從數(shù)據(jù)中可以看出，每當(dāng)一條單位測線的最后一個(gè)電極后，電阻數(shù)據(jù)為前四組數(shù)據(jù)之和，這是因?yàn)樵诰幊虝r(shí)為了簡化程序降低難度，采用單位測線內(nèi)自身電極的組合開關(guān)而不是跨線組合，這樣同樣能夠達(dá)到檢測接地電阻的目的，檢測是否接觸良好。

由于數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)量很大，因此在數(shù)據(jù)采集時(shí)選擇了3*5=15個(gè)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，表5.2是數(shù)據(jù)采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)，從圖中可以看出，中繼器能夠準(zhǔn)確地控制相應(yīng)電極的開啟閉合，而不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

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作者簡介：

李大朋（1985—），男，漢族，吉林省白山市人，講師，工學(xué)碩士，單位：四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：機(jī)電控制。