RS-422通訊技術在導彈系統的應用

張振 寧鑫

摘 要：本文根據RS-422總線的性能特點，并結合彈載系統的數據通訊應用，介紹了相應硬件接口和軟件程序的設計實現方案。方案具有結構成熟可靠，協議簡單靈活等特點，具備一定抗干擾能力，能夠滿足導彈工程研制需要。

關鍵詞：RS-422總線;數據傳輸;串行通訊

0 引言

隨著數字控制技術不斷發展，導彈系統各電控單元更加豐富和復雜，不同部件電子控制單元間的通訊成為導彈電氣設計的重要環節。以總線為核心的新型控制系統通訊網絡能夠有效克服模擬信號電纜傳輸的弊端，提高導彈綜合信息處理能力，簡化系統結構，提高可靠性[1]。

總線是一組信號線的合集，并定義了各引線的電氣特性、機械特性以及信號協議（功能結構）特性，主要功能是完成模塊或系統間的連接和通信。其指標主要有工作頻率、位寬、數據傳輸速率、定時協議方式、負載能力等。對通訊總線來說，需要滿足較長距離傳輸，更多地考慮抗干擾電磁兼容等信號可靠性問題，異步通信是目前最主要的通訊接口，并且大多數采用串行方式[2]。例如RS-232、RS-422/485、1553B、CAN總線等。其中RS-422是一種協議簡單、構建方便的總線，可滿足導彈系統特定數據通訊的應用需求。

1 RS-422總線

RS-422/485異步串行接口標準由RS-232發展而來，該標準由電信行業協會和電子工業聯盟定義，名稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”。相比于RS-232，RS-422/485傳輸速率和傳輸距離極大提高，并且由于采用平衡驅動和差分信號傳輸方式，收發雙方的信號地不必連在一起，解決了RS-232單端傳輸的電平偏移問題，共模抑制比高，抗干擾能力強[3]，因此使用該標準的數字通信網絡能在點對點以及電子噪聲大的環境下有效傳輸信號。

與RS-422相類似的還有RS-485總線，其標準的主要電氣規范基本相同，主要是增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，二者主要區別為：

（1）RS-422規定接收器最小輸入阻抗為4kΩ，RS-485要求為12kΩ;

（2）接收器差模輸入閾值電壓均為±200mV，但RS-485與RS-422相比，其共模輸入電壓范圍更大;

（3）RS-485通過兩線制半雙工模式可組成多點對多點通信網絡，由于任何時候只能有一點處于發送狀態，各點收發器須由主設備使能信號加以控制。由于大部分接收器阻抗標準值12kΩ，單級的負載能力最多為32個接收器;如果采用1/8單位負載輸入阻抗或更高的接收器，則最多可連接256甚至400個;

（4）RS-422為四線制（R+/R-、D+/D-），收發兩個方向數據傳輸互不影響，因此是全雙工模式，實現點對點或點對多點通信，而RS-485可以是四線制全雙工或是兩線制半雙工工作;由于RS-485滿足422的所有規范，因此全雙工的RS-485驅動/接收器對一定可以用于RS-422網絡，目前大多數全雙工轉換器芯片適應以上兩種的技術規范，例如：MAX3490即為“RS-485/422”收發器。

RS-422提供了數據通訊的可靠硬件基礎，基于此構建總線網絡，并實現應用邏輯層面的通訊格式和算法開發，可有效滿足實際系統的應用需求。

2 RS-422在導彈系統應用的硬件方案

2.1 系統結構

彈上系統間通訊系統結構示意圖見圖1所示。在主機和從機之間通過RS-422總線全雙工差分傳輸，各控制單元的主控芯片為DSP，通過接口電路實現總線差分電平和3.3V邏輯電平間的轉換。

2.2 通訊接口電路

RS-422通訊接口電路如圖2所示。采用MAX3490接口芯片作為總線收發器，其接收器輸出端RO和驅動器輸入端DI分別與DSP的SCI模塊收發端口直連。

2.3 抗干擾設計

為了提高通訊總線抗電磁干擾的能力，在電氣設計時RS-422的通信電纜采用屏蔽雙絞線方式，并將屏蔽層兩端接地處理。

此外，由于傳輸線纜與收發器之間阻抗不匹配，信號在傳輸線末端可能引起反射，疊加在原信號上就會引起數據干擾。消除這種反射的方法就是在電纜接收端跨接終端電阻使阻抗匹配連續。MAXIM公司手冊中給出了一條經驗原則：當信號的轉換時間低于電信號沿線纜單向傳輸所需時間的3倍以上時就必須采用匹配電阻。由于MAX3490并未對輸出信號的斜率進行限制，其轉換時間最小值為3ns，通過典型雙絞線信號傳輸速率2×108m/s進行估算，可知線纜長度超過0.2m時就需要接入匹配電阻。

工程應用中，RS-422通過雙絞線通訊線纜阻抗一般是100Ω到130Ω之間[4]，因此，在接口電路設計中，采用了120Ω的匹配電阻設計方案減弱信號反射效應，提高彈上系統通訊可靠性。

3 RS-422通訊協議和軟件程序設計

RS-422總線標準規定了通訊接口電壓范圍、輸入阻抗等電氣特性，在各彈載系統間搭建了全雙工高速數據傳輸通道。在此基礎上，根據導彈系統具體使用需求，可約定通訊協議，并設計相應通訊程序

軟件。

3.1 通訊協議

實現全雙工異步通訊前，除應保證收發各端采用統一的波特率時鐘設計以保證通訊可靠穩定外，還應約定數據包格式、字格式、校驗方式等。

數據包采用固定長度，即每個數據包內所含的字數一定，第一個字為數據包頭字，中間字為數據字，最后一個字為檢驗和字。

每個字格式包含起始位、若干個數據位、校驗位以及停止位。通訊時先發送低位數據，再發送高位數據。

通訊中的數據檢錯是導彈系統應用中要考慮的重要環節。依據數據格式，數據字采取奇偶校驗算法，而數據包檢驗和字算法是采用所有數據字進行異或運算，通過協議約定的檢錯方法，保證了數據傳輸的正確性。

3.2 軟件程序設計

根據通訊協議，控制單元間以約定的數據包格式進行數據的傳輸。主機按照固定周期將指令數據內容打包進行發送，從機接收到數據后進行驗和操作，校驗正確后進行數據解碼和相應任務操作，并在約定時間內給主機發送各類響應數據;主機接收到數據后，同樣進行數據校驗，通過后執行后續

操作。

通訊數據的接收采用SCI模塊的FIFO模式，通過檢測標志位RXFFST的狀態判斷是否進入接收程序，接收數據流程圖（如圖3）所示。

4 結論

應用RS-422通訊技術，可優化導彈數據傳輸方案。所設計方案結構成熟可靠，協議簡單靈活，滿足工程研制的應用需求。

參考文獻：

[1]胥輝旗，王義冬，田燕妮.高速光纖總線技術在導彈上的應用研究[J].電光與控制，2012，19（2）：9-12.

[2]李正軍.現場總線與工業以太網及其應用技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[3]劉承，劉向東，李黎.RS-422串口通信在DSP中的設計與應用[J].工業控制計算機，2006，19（3）：33-34.

[4]劉喜增，金湘亮.RS485總線信號反射分析及傳感器采集系統設計[J].儀表技術與傳感器，2017（5）：53-56.