矿用交换机调度台RS-232接口电路设计.pdf

2 0 0 4年第 1 1 期 煤 矿 机 械 l 3 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 4 1 1 0 0 1 3 0 3 矿用交换机调度台 R S 一 2 3 2接口电路设计 张 长 森 河南理工大学 ， 河南 焦作 4 5 4 0 0 0 摘 要 交换机调度 台接 口是 交换机 内专 门负责与调度 台通信的一个模块 ， R S一2 3 2接 口将 调度 台接 口C P U串行接 口电平转换为 R S一2 3 2电平， MA X 2 0 2是 M A X I M公司生产 的低功耗、 单电 源双 R S 2 3 2发送／ 接收器， 采用 M A X 2 0 2设计一 R s一2 3 2接 口， 其电路 简单 ， 可靠性 高， 具有很 高的 参考价值。 关键词交换机 ；调度 台9R S 一2 3 2接 口；MA X 2 0 2 中图号 T N T 1 0 文献标识码 A 1 前 言 交换机调度台接口是交换机内专门负责与调度 台通信的一个模块。其主要功能是 保持与调度 台 工控机的通信 ， 随时向调度 台汇报整个移动通信 系 统的状况 ， 处理调度 台传来的命令 ， 并 向中央交换与 控制模块报告 ， 同时负责调度 电话与数字交换机 的 信号转换。为实现接 口模块的功能要求 ， 本设计 的 接 口电路原理框图如图 1 所示 。 空 换 。 R S接 - 2 。3 } R S -23 2 I 篙 同络L _ _ 一一 一 L J L J L j 和 ’ 中央。 控 制r⋯一‘ 模 块 i l 致 主 运 夔 瞧 C V S D l } - 一 ； 编解码 f L 一 ． I填 度台 一】 日 度； l 电话接口f 一『 电话 1 ． ，一； l 一 图 1 交 换 机 调 度 台接 口 电路 原 理 框 图 ．1 Ci r c u i t p r i n c i p l e c h a r t o f s wi t c h I n t e r fa c e 2调度台 R S一2 3 2的设计 R S 一2 3 2接 口将调度台接 口 C P U串行接 口电平 转换为 R S一2 3 2电平。R S一2 3 2 C采用负逻辑 ， 即 逻辑“ 1 ” 一5～一l 5 V； 逻辑“ 0 ” 5～l 5 v 。 在一般 教科书 和技术杂志上 ， 对 R S一2 3 2一C 接口的最大传输距离是这样叙述 的 在没有调制解 调器的情况下 ， 本地数据终端与数据通信设备间的 最大距离为 5 0英尺。在实际使用 中， 最大距离远远 超过此值 。R S 一2 3 2一C标准规定 在码元畸变小于 4 ％的情况 下， 最大传输 距离为 5 0 。接 口标 准的电 气中规定 ， 接 口驱动器的负载电容 舆介质电容与接 收器输入 电容 之和 应小于 2 5 0 0 p F 。如果按普通 的非屏蔽 多芯电缆每英尺的电容值为 4 0～5 0 p F来 计算 ， 传输电缆长度 2 5 0 0 ／ 5 05 0英尺一1 5 ． 2 5 m 当驱动器的负载电容大于 2 5 0 0 p F时 ， 码元畸 变就要超过标准规定 的 4 ％允许值 ， 而在大多数情 况应用场合 ， 约有 9 9 ％的用户是按码元畸变 1 0 ％ ～ 2 0 ％的范围工作 的， 显而易见 ， 这种情况下的传输距 离便会远远超过 5 0英尺。因此 ， R S一2 3 2一C接 口 标准规定的 4 ％的码元畸变是很保守的。 2 ． 1 R S 一2 3 2接 口电路选择 P C机异 步串行通讯适 配器 以 I N S 8 2 5 0通讯 芯 片为核心， 配以可进行电平转换的发送器 和接收器 电路及一些控制逻辑电路 ， 将其做成接 口卡的形式 ， 其端口地址范围为 3 F S H一3 F F H 若是辅卡 ， 则 端 口 地址为 2 F 82 F F H 。P C机与单 片机最简单的连接 是零调制三线经济型 ， 这是全双工通讯 所必须 的最 少数 目的线路。 鉴于调度台接 口 C P U选用 A T 8 9 S 8 2 5 2单 片机 ， 其输入 、 输出电平为 rI - I L电平 】 ， 而 P C机配置的是 R S 一2 3 2 C标准串行接 口， 二者的电气规范不一致 ， 因此要完成 P C机 与单 片机 的数据通讯 ， 必须进行 电平转换。常用的电平转换有 3种。 2 ． 1 ． 1 采用 MC 1 4 8 8 、 M C 1 4 8 9进行 电平转换 电路 采用 MC 1 4 8 8 、 M C 1 4 8 9进行电平转换电路如图 2 所示。 图中 MC 1 4 8 8将 r I ， I ．L电平转换 为 R S一2 3 2 C电 平 ， 供电电压为 1 2 V； M C 1 4 8 9 则是把 R S一2 3 2 C电 平转 换 为 rI - I L 电 平 ， 供 电 电 压 为 5 V 。 由 于 MC 1 4 8 8 使用 1 2 V的电压 ， 这对不使用 1 2 V的单 片机系统 比较麻烦。因此 ， 本文不选用此方案。 ，、 TX D R x D ] P C l 1 【 D T X D 图 2采 用 MC1 4 8 8和 MC 1 4 8 9的 接 口 电路 Fi g． 2 I n t e r f ace c i r c ui t b y t z q l n g MC1 4 88＆ MC1 4 8 9 2 ． 1 ． 2 采用 M A X 2 0 2的接 口电路 MA X 2 0 2是 M A X I M公司生产的低功耗 、 单 电源 双 R S 2 3 2发送／ 接 收器。适 用于各种 E I A一2 3 2 E和 V． 2 8 ／ V． 2 4的通信接 口。M A X 2 0 2芯片有一个 电源 变换器 ， 可以把输入的 5 v电源变换成 R S一2 3 2 C 输出电压所需的 1 0 V电压。所 以， 采用此芯片接 维普资讯 窒 塑 鱼堕二 丝 旦 路设计张长森 2 0 0 4 年第 l l 期 口的串行通信系统只要单一的 5 v即可。M A X 2 0 2 芯片引脚排列图如图 3 所示⋯。 图 3 M A X 2 0 2引脚排列 Fi g． 3 Pi n’ S a r r a ng e me nt o f MAX20 2 MA X 2 0 2引脚功能如表 1 所示。 袭 1 M A X 2 0 2引脚功 能表 Ta b． 1 P i n s f u n c t i o n o fMA X 2 0 2 引脚 功能 Rt m 。 m Rt o c r 。 R2 o r T t m， T 2 m Tt o t r r 。 O U T C l 。 C l 一。 c 2 ， c 2 ． V ． V Vc c R S一2 3 2标准电平输入 1 1 L电平输 出 1 1 L电平输入 R S 一2 3 2标准 电平输出 内部 电源转换 通过充放电进行电压转换 电源 M A X 2 0 2由 3部分组成 电压倍增器 、 R S一2 3 2 发送器和 R S 一2 3 2接收器H 。 1 电压倍增器 5 v到 1 0 V的转换是由图 4所示的电压倍 增器来完成的。其工作原理如下 当正脉冲来临时。， S 。 和 S 3闭合 ， S 2和 s 4断开 ， 给 c 充电。接着脉 冲为负， S 。和 S 3断开 ， S 2和 s 4 闭合 ， 和 闭合 ， 由于 C 。 的电压不能突变 ， 。 保持为 ， 将加到 c ， 上 ， C 3的负 端接 ， 所 以 c ，的正端 对 地 电压为 2 c c ， 和 闭合 ， 加到 C 2端上 ， V c 2 2 V c c ； 接 着脉冲为正 ， 和 断开， s 6和 S 8闭合 ， C 2两端 的 电压不能突变 ， y 位加到 c 4两端 ， 此时正端接地 ， 从 负端引出的对地电压 一为 一2 。 图 4 MA X 2 0 2电压倍增 器 啦 ． 4 V o l t a g e a mp l i fi e r o f MA X 2 0 2 2 R S一2 3 2发送器 当 MA X 2 0 2的工作电压为 5 V， 而 R S一2 3 2的 接收端负载为 5 K f l 时， 发送器的输出电压为 8 V ； 输出电压的摆动保证在 E I A ／ T I A一2 3 2 E允许的范围 内。即使在最差的情况即负载 为 3 k Q、 V 4 ． 5 V、 环境温度达到最高时， 最小 的输 出驱动电平也为 5 V， 空载输 出电压范围从 V 一一1 ． 3 v 到 一 0 ． 5 V 。M A X 2 0 2 有 2个发送器 ， 若 只用其 中一个发 送器 ， 另外一个发送器的输入、 输出端可以悬空。发 送器端内置 4 O O k Q的上拉 电阻 ， 当输 入端悬空时 ， 被上接至 ， 经反相器 ， 输 出电平 为低 电平。上拉 电阻耗 电为 1 2 ， 所以 ， 悬空时的功耗很低。 3 R S一 2 3 2接收器 接收器可以把 R S一2 3 2 信号转换 为 C MO S逻辑 输出电平。接收器 0 ． 8 V和 2 ． 4 v的输入 阈值明显 要比 E I A ／ T I A一2 3 2 E标 准要求 的 3 ． 0 V要严 格。 这就允许 R S一2 3 2接 收器能对 T T L ／ C MO S逻辑 电平 输入做出反应。M A X 2 0 2保证 的 0． 8 V阈值可 以确 保 当 MA X 2 0 2与地短接时， 也会有逻辑“ 1 ” 的输 出 。 同时 ， 对地 5 k Q的阻抗也可确保 当 M A X 2 0 2输入端 开时 ， 输出端亦有逻辑“ 1 ” 的输 出。 采用 MA X 2 0 2的接 口电路如图 5所示。 图 5采 用 MA X 2 0 2的 接 口 电路 啦 ． 5 I n t e rfa c e c i r c u i t b y u s i n g M A X 2 0 2 MA X 2 0 2外围需要 4个电解电容 c I 、 C 2 、 c 3 、 c ． ， 是内部电源转换所需 电容 ， 其取值均为 0 ． 1 ， 宜选 用钽电容并尽 量靠近芯 片， c ，为 0 ． 1 的去耦 电 容 。 此方案电路简单 ， 可靠性高 ， 性能， 价格 比高， 因 此， 本文选用此方案。 2 ． 2 R S一2 3 2接 口电路设 计 在本文中， R S一 2 3 2接 口电路如图 6所示 。 图 6 I 62 3 2接 口电路图 啦 ． 6 I n t e rf a c e c i r c u i t o f I 一2 3 2 一 一 lI ． ． 卜k 维普资讯 2 0 0 4年第 l 1 期 煤 矿 机 械 1 5 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 4 1 1 - 0 0 1 5 ． 0 3 加工硬齿面齿轮的滚齿机结构有限元优化 刘 明 珲 黑龙江科技学院 ，黑龙 江 哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要在 已验证是正确的加工硬齿 面齿轮 的 Y B 3 1 8 0 0 H滚齿机 有限元模 型基础上 ， 以滚齿 机 大小 立柱 的 高度 为设计 变量 ， 以滚齿机 结 构上 所承 受 的应力 变化 为状 态 变量 ， 以滚 齿机 结构 的 变 形量为 目标函数 ， 利用 A N S Y S 软件对其结构进行优化。最后利用其优化前后的振 型图、 等值 线图 进行对比可知 ， 优化结果 良好 。 关键词 硬齿面齿轮 ；有限元；结构优化 中图号 T H 1 3 2 文献标识码 A 1 滚齿机有限元模型的建立 滚齿机机体结构形状极其复杂 ， 在建立有限元 模型时 ， 必须对实际结构进行等效简化处理 ， 只能考 虑一些起主导作用的因素。因为本课题的主要任务 是对机体进行动态特性分析 ， 所 以， 模型简化的基本 原则是刚度等效 。 经过将机体简化离散处理后 ， 建立了机体 的有 限元模型。该模型离散 7 7 7个结点 ， 2 9 9 3个单元 ， 其 网格图如图 1 所示 。该模型经过了实验模态分析和 有限元模态分析验证是正确的⋯。 图 1 机体有 限元 网格 图 F i g ． 1 M a c h i n e ’ s fi n i t e de me n t g r i d d i n c ha r t 2 优化方法的选择 其中， G N D端 口和多媒体调度 台共地 。T l 。 U T 端 口和多媒体调度台串口输入相连 ， R N 和多媒体调度 台串口输 出相 连。T 。 IN 端 口和 A T 8 9 S 8 2 5 2的 串口输 出端相连 ， R 2 o U T 端 口和 A T 8 9 S 8 2 5 2的 串口输入端相 连 ， R 2 R 2 。 T 2 及 T 2 o u T 空置。 3 结 语 交换机调度 台接口是交换机 内专门负责与调度 台通 信 的一 个模 块 ， R S一2 3 2接 口将调 度 台接 口 C P U串行接 口电平 转换为 R S一2 3 2电平 。M A X 2 0 2 是 MA X I M公司生产的低功耗、 单 电源双 R S 2 3 2发送 ， 接收器 ， 适用于各种 E I A一2 3 2 E和 V． 2 8 ／ V． 2 4的通 信接 口。本文采用 MA X 2 0 2设计一 R S一2 3 2接 口。 其 电路简单 ， 可靠性高， 具有很高的参考价值。 参考文献 [ 1 】 孙继平 ， 等 ． M T ／ T 8 9 9 2 O O O中华人 民共 和国煤 炭行业 标 准煤矿 用信息传输装置I S 】 ， 2 O O O ． [ 2 】 粱亮． 矿井数字移动通信系统交换机[ D 】 ． 中国矿业大学 北京校 区 硕士学位论文 ， 2 O O 2 ． 作者简介张长森 1 9 6 9 一 ， 河南 洛阳人 ． 博士 ． 副 教授 ， 现河 南 理工大学计算机科学与技术系教学 主任 ， 长 期从事 矿井监控 和移 动 通信等方面的教学与科研工作， 发表学术论文 l O余篇． T e l 0 3 9 1 3 9 8 7 7 1 5， E - ma i l 小丑 I |g Ia “ 嘲 1 6 3． c 0 m， d mn g c h a n g n h p u ． e d u． c l I ． 收稿 日期 “ 2 0 0 4 ． 0 8 ． 0 r 7 Th e d e s i g n 0 f RS一2 3 2 i n t e r f a c e i n mi n e s wi t c h a nd d i s p a t c h e r ZHANG Ch J n一s e n H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t T h e i n t e r f a c e b e t we e n t h e s wi t c h a n d t h e d i s p a t c h e r i s a mo d u l e wh i c h t a k e s c h a r g e t he c o n u n u n i c a t i o n b e t we e n t h e m．R S一2 3 2 i n t e r f a c e c h a n g e s t h e s e r i a l p o r t v o l t a g e o f s wi t c h b o a r d’ S CPU i n t o B S 一2 3 2 v o l t a g e．MAX2 0 2 i s a p r o d u c t ．1 o w wa s t a g e an d u s i n g s i n g l e p o we r an d h a v i n g t wo Rs 2 3 2 t r a n s mi t r e c e i v e．o f MA 【 】 _M Co mp a n y．rI 1 I e a u - t } I o r d e s i g n s a R S 一2 3 2 i n t e r f a c e b y u s i n g MA X 2 0 2 ． The s c h e m e h as a v i r t u e o f h a v i n g s i m p l e c i r c u i t and h i g I l r e l i a b i l i - t v． nl e d e s i g n a l s o h as a h i g h r e f e r e n c e v alu e t o o t h e r d e s i gn e r s． Ke y wo r d ss wi t c h；d i s p a t c h e r ；RS一2 3 2 i n t e r f a c eMAX2 0 2 维普资讯