1 前言
在许多巡检系统工程应用中，往往需要计算机与多个单片机实现远距离多机双向通信。在计算机为上位机，单片机是下位机的情况下，目前通用的方法是采用RS-485协议，要求芯片通常都具有抗静电干扰、节点多、通信速率高等优点。然而，在笔者设计的几个系统中所使用的多种类型的RS-485、RS-422协议的芯片却都无一例外的特别容易损坏，轻则封装表面出现局部烧黑，重则爆裂，以致于整个系统瘫痪。在郑州车辆段脱轨器微机监控系统中，设计时用1台计算机作为上位机，23个股道的单片机（89C51）作为下位机。系统却在空凋开关、日光灯短路等现象出现时造成芯片不同程序的损坏，几乎每个月都要更换通信芯片20余片，设计者采取了多种保护措施，依然没有解决问题。并且，离上位机距离最近的几个总是最选损坏。
1999年初，新乡三瑞电子技术有限公司精心研制了一种高可靠性、远距离、多机、分时双工串行通信芯片SR331" title="SR331">SR331，并由中国台湾加工生产。该器件的最大特点是可能、稳定。SR331利用20mA电流环" title="电流环">电流环、光电隔离、多机通信" title="多机通信">多机通信原理有效地实现了复杂电磁环境下的多机通信，在通信距离为1000m时，通信速率达9600bps，而其下位机没有数量限制。
2 SR331芯片介绍
SR331是远距离通信芯片，其主要特点是：可靠性高（这正是研制SR331的初衷）和对下位机数量没有限制。
SR331采用的电源电压为5±0.5V；并采用TTL电平，它的RxD和TxD直接与单片机（如AT89C51）连接；其MTBF大于100万小时；工作温度范围为-30～+70℃。SR331采用8脚DIP封装，其管脚排列如图1所示。各引脚的功能定义如下：
1脚：T+，发送正端；
2脚：T-，发送负端；
3脚：RxD，接收端，接本地CPU的RxD；
4脚：GND，接地，通常接本地CPU的地；
5脚：R-，接收负端；
6脚：R+，接收正端；
7脚：TxD，发送端，接本地CPU的RxD；
8脚：Vcc，+5V的电源端，接本地CPU的Vcc。
3 点对点串行双工通信
利用20mA电流环、光电隔离实现计算机与单片机点对点通信的原理在其它文献[1]中介绍较多，这里不再叙述。
采用SR331实现1台计算机与1个下位机串地通信的原理图如图2所示，计算机使用标准串行口COM1，单片机选用89C51。
MAX232用来实现计算机的标准串行口COM1所输出的RS-232信号电平与TTL电平之间的转换。计算机串行口X1-TxD脚的常态为-12V，D1的9脚输出低电平（0V）到SR331的D2的TxD脚，此时，环路A[(8V)→（R1）→（RP1）→（D3的R+脚）→（D3的R-脚）→（D2的T+脚）→（D2的T-脚）→GND（上位机端）]无电流通过，D3的RxD脚输出高电平（+5V）送给单片机90C51；而当计算机发送信息的起始位时，X1的TxD脚输出为+12V，D1的9脚输出高电平（+5V）到SR331的D2的TxD脚，此时，环路A有20mA的电流通过，D3的RxD脚输出低电平（0V），从而实现上位机到下位机的通信。
当单片机89C51KD4中TxD脚的常态为高电平+5V时，环路B[8V]→(R2) →(RP2) →(D2的R+脚) →（D2的R-脚）→（D3的T+脚）→（D3的T-脚）→GND（上位机端）无电流通过，此时D2的RxD脚输出的高电平（+5V）经MAX232转换为-12V送给计算机；在单片机发送信息的起始位时，D4的TxD脚输出为低电平0V，环路B中有20mA电流通过，D2的RxD脚输出低电平（0V）并经MAX232转换为+12V送给计算机，从而实现下位机到上位机的通信。根据通信距离的远近调节RP1和RP2可以使环路A和环路B中的电流为20mA。
4 多机主从式分时双工串行通信
计算机与单片机的通信除点对点的通信以外，在许多现场控制中，还会出现一机对多机或多机间的通信。下面介绍以计算机作为上位机，多个单片机（89C51）作为下位机的串行通信设计方式。该设计要求下位机要服从上位机的调度和支配，即单片机的通信方式要使用串行口通信方式2，也就是利用第9位。通信各方约定如下：
上位机向下位机发送地址信息时，其第9位必须为1，当向下位机发送命令时，其第9位必须为0。
图3所示为上位机与多个下位机进行分时双工串行通信的电路原理图。当上位机通过SR331向下位机发送地址、命令时，每个下位机通过SR331都能收以。在下位机处于监听状态时，置SM2=1。当确认是本下位机地址时，置SM2=0，以准备接收命令。然后向上位机回送信息。每个下位机均可单独向上位机发送信息。平样就实现了上位机与多个下位机的分时通信。
5 结束语
为了解决多机远距离通信的可靠性问题，新乡三瑞电子技术有发公司才下决心研制SR331，可喜的是：SR331具有出人意料的高可靠性，并且环境适应能力强，无须中继，同时对下位机的数量没有限制（太多时，在电阻R1前使用较高电压即可）。虽然，为了提高可靠性牺牲了部分通信速率，但9600bps对于一般巡检系统已经足够。目前，SR331已经成功应用于郑州车辆段脱轨器微机监控系统（具有29个下位机）、新乡车辆段脱轨器微机监控系统（具有12个下位机）、新乡车辆段列车试风微机监控系统（具有4个下位机）、洛阳车辆段脱轨器微机监控系统（具有12个下位机）、洛阳车辆段空气压缩机微机监控系统（具有4个下位机）等系统中。现在，投入实现运行的300多片在连续工作500天后无一损坏。由此可见，SR331具有极高的可靠性。