一種車載設(shè)備串口通信故障分析處理

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1、一種車載設(shè)備串口通信故障分析處理本文描述了一例工程中車載設(shè)備間EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)的串口通信故障，結(jié)合車載設(shè)備電磁兼容特性，串口通信常用的屏蔽雙絞線、非屏蔽雙絞線的電磁性能分析，分析問題產(chǎn)生的原因，并針對通信標(biāo)準(zhǔn)的要求，對故障設(shè)備進(jìn)行技術(shù)處理。1.引言在工程實(shí)際中，電磁兼容是比較常見且難于處理的，雖然設(shè)計過程中充分考慮了電磁兼容的要求，但由于工作流程、進(jìn)度、施工實(shí)際情況等可控環(huán)節(jié)的差異，往往不能完全達(dá)到系統(tǒng)必須的使用要求，出現(xiàn)故障后分析、處理往往需要耗費(fèi)更多的時間和精力。本文即是通過對現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的電磁兼容問題的分析處理。2.問題概述出現(xiàn)故障的設(shè)備安裝在通信車的車載設(shè)

2、備之間，子系統(tǒng)由上、下位機(jī)、擴(kuò)展設(shè)備、連接電纜組成。上位機(jī)為人機(jī)界面，XP系統(tǒng)，選用USB串口轉(zhuǎn)換設(shè)備擴(kuò)展接口，采用無屏蔽DB9接口;下位機(jī)為執(zhí)行單元，DOS系統(tǒng)，硬件采用Max488芯片;通信方式采用標(biāo)準(zhǔn)的EIA-422-A接口，上、下位機(jī)間通過5m長的通信電纜連接。系統(tǒng)使用十個月后出現(xiàn)故障。集中表現(xiàn)為上、下位機(jī)初始握手連續(xù)失敗，系統(tǒng)無法正確傳輸命令控制字。3.故障排查將設(shè)備端電纜拆下，在通電、無數(shù)據(jù)流傳輸?shù)那闆r下，測試連接T-，T+兩點(diǎn)，T-與GND兩點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)非正常300mv左右的交流電壓值，T+與GND間無異常電壓。去除串口轉(zhuǎn)換設(shè)備上包括電源、USB、其他串口設(shè)備

3、后，異常依然存在，從而排除串口轉(zhuǎn)換設(shè)備內(nèi)部電磁干擾問題。通過反復(fù)排查診斷，該干擾信號與設(shè)備供電系統(tǒng)中的24V直流和一路220V交流有直接關(guān)系(此兩種電源同時啟動)，同時具有偶發(fā)性，具有典型的電磁兼容問題特性。4.理論分析通過試驗(yàn)分析，啟動下位機(jī)監(jiān)控程序，可以穩(wěn)定的監(jiān)控到下位機(jī)接收到的字符信息，在上位機(jī)無數(shù)據(jù)發(fā)送工作狀態(tài)下，設(shè)備接收端接收到干擾信號-1(整型)，或者ffff(十六進(jìn)制)，與300mv的異常交流電壓對應(yīng)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生問題的原因涉及EIA-422-A接口、車內(nèi)電磁環(huán)境及選用屏蔽電纜幾個方面的原因。4.1EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)EIA-422-A(RS422)接口傳輸

4、速率可達(dá)10Mb/s，傳輸距離延長到1219m，并允許在一條平衡總線上連接最多十個接收器，是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，如圖所示為四線數(shù)據(jù)接口和一根信號地線，四線接口采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨(dú)的雙絞線)實(shí)現(xiàn)。接口的幾點(diǎn)特性：a)差分的工作方式b)驅(qū)動電壓：-0.25V～+6Vc)驅(qū)動器輸出信號電平最小值、最大值：+/-2.0V、+/-6Vd)驅(qū)動器負(fù)載阻抗(Ω)：100e)接收器輸入電壓范圍：-10V～+10Vf)接收器輸入門限：+/-200mV

5、由于接收器輸入門限為200mv，因此在設(shè)備接口端產(chǎn)生300mv電壓干擾的同時，在接收端可以接收到-1的數(shù)值，同實(shí)際的測量結(jié)果吻合。從而判斷影響正常通信的主要原因是上、下位機(jī)間的通信信息被插入干擾字符，產(chǎn)生異常錯誤。4.2車內(nèi)電磁環(huán)境電磁干擾的傳輸途徑主要有三種方式：導(dǎo)線傳導(dǎo)、空間輻射和感應(yīng)耦合。傳導(dǎo)干擾就是電磁騷擾通過導(dǎo)線傳輸，即通過設(shè)備的信號線、控制線、電源線等直接侵入敏感設(shè)備。由于車輛和外界沒有直接的電路聯(lián)系，因此傳導(dǎo)干擾都是由車內(nèi)電氣元件引起的。傳導(dǎo)干擾是由電動機(jī)、繼電器以及其他感性設(shè)備的觸點(diǎn)開關(guān)引起的瞬態(tài)脈沖。傳導(dǎo)干擾通過導(dǎo)線進(jìn)入電源或者電子系統(tǒng)，它可能在額定電

6、壓為12V或者24V的電氣設(shè)備上引起高達(dá)200V的電壓。空間輻射通常發(fā)生在頻率較高的電子設(shè)備中，在車載系統(tǒng)中相對出現(xiàn)較少。第三種為感應(yīng)耦合。車內(nèi)電磁設(shè)計符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，走線通道為封閉金屬腔體，因此耦合可能性很大。通過容性耦合或感性耦合進(jìn)入控制線或者信號線，在檢查線路過程中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)控制、通信電纜走線位置和車內(nèi)強(qiáng)電設(shè)備并行走線。交變的電流很可能導(dǎo)致金屬腔體的磁化現(xiàn)象，從而在某一腔體內(nèi)導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。這也同設(shè)備正常使用10個月后出現(xiàn)該故障聯(lián)系起來。4.3可能干擾源排查連接電纜：按要求該電纜應(yīng)采用屏蔽雙絞線纜，而實(shí)際采用的是普通雙絞線方式，至此初步發(fā)現(xiàn)了可能干擾源。系統(tǒng)

7、選用普通雙絞線和屏蔽雙絞線的差別足以影響系統(tǒng)電磁兼容性能。4.4雙絞線、屏蔽雙絞線雙絞線是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起，可降低信號干擾的程度，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。屏蔽雙絞線的外層由鋁泊包裹，可以看成是雙絞線外覆金屬屏蔽X，相比普通雙絞線可大大降低幅射。4.5接地電子系統(tǒng)接地很重要，接地不當(dāng)會導(dǎo)致電子系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作甚至危及系統(tǒng)安全。RS-422傳輸X絡(luò)的接地同樣很重要，尤其在工作環(huán)境比較惡劣和傳輸距離較遠(yuǎn)的情況下，