【经验】基于RS485收发器芯片ISL83485IBZ的电表数据采集硬件电路实现自动切换收发的设计方法
在电力电表行业，大多数电表使用的RS485接口进行数据采集和抄读。笔者设计过一款采集终端和网关均用到了RS485接口芯片，且完全使用硬件电路进行收发切换，无需软件进行控制，减少软件开发量。在实际安装测试中可以正常运行，下图是实际安装图片。
图1 电表和终端采集设备
了解了项目背景，下面将介绍下硬件电路实现自动切换收发设计过程。关于RS485接口广泛应用在电力抄表行业，是由于RS485总线使用差分信号进行传输，抗干扰能力强，传输距离远。项目中使用了瑞萨电子的RS485接口芯片ISL83485IBZ。芯片推荐使用3.3V进行供电（可以有10%公差），采用半双工通信方式，传输速率高达10Mbps。其引脚定义如下所示：
图2 ISL83485IBZ引脚定义
其收发状态各引脚真值表定义如下：
图3 收发状态真值表
由以上可知，芯片发送时，需要将DE置高；芯片接收时，需要将RE置低,且当A-B总线大于等于0.2V时，RO为高电平；A-B小于等于-0.2V时，RO为低电平。一定要避免芯片引脚电平不确定的高阻状态。关于收发控制一般是将DE和RE引脚接到MCU控制引脚上进行收发控制。本篇文章笔者将介绍下使用硬件电路实现自动切换，原理如下图所示：
图4 硬件切换收发原理图
总线A上接上拉电阻，B接下拉电路，AB之间预留120Ω终端匹配电阻，看实际应用场景选择焊接或不焊接。U6为RS485接口专用TVS保护器件，芯片使用3.3V进行供电，DI直接接地，UART_TX和UART_RX保证在空闲态均为高电平。
接收状态时，RS485_TX引脚默认为高电平，此时U17导通，RE引脚拉低电平为‘0’，芯片接收使能，通过AB之间的压差确定接收到的数据电平状态。
发送状态时，首先UART_TX会有一个由‘1’到‘0’的变化也就是我们常说的起始位，表示传输字符的开始，此时U17截止，DE引脚拉高电平为‘1’，则芯片发送使能。如果发送的数据为‘0’，由于DI接地，所以会输出‘0’；当发送的数据为‘1’，此时U17会导通，但由于芯片还处于发送数据中，所以芯片处于高阻态则输出通过AB总线上的上下拉电阻进行确定，即输出‘1’。此电路就完成了自动收发电路的切换。
对该方案进行了PCB验证，板子实物局部图如下所示：
图5 PCB局部实物图
后进行了测试，AB差分波形如下图所示：
图6 测试图片
综上所述，瑞萨电子推出的ISL83485IBZ芯片可以使用硬件自动切换收发电路来进行控制，减少了软件开发量以及开发时间。电路较实用，分享给各位工程师。
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