RS-485總線在海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隔離電源

　　節(jié)點(diǎn)的隔離電源使用了一片IB0505LS來實(shí)現(xiàn)。它是金升陽公司生產(chǎn)的小型隔離穩(wěn)壓型高效DC/DC轉(zhuǎn)換器，它的輸入電壓為5V，輸出為穩(wěn)定的5V隔離電壓，最大輸出電流為200mA，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%以上。特別適用于小電流隔離和DC電壓變換、及線路空間較小的電源系統(tǒng)，用它可以實(shí)現(xiàn)RS-485節(jié)點(diǎn)與總線的電源隔離。

　　RS-485轉(zhuǎn)換

　　根據(jù)RS-485標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，接收器的接收靈敏度為±200mV，即接收端的差分電壓≥200 mV時(shí)，接收器輸出為高電平;≤-200mV時(shí)，接收器輸出為低電平;而A、B端電位差的絕對(duì)值小于200mV時(shí)，輸出為不確定狀態(tài)。一般在總線空閑、傳輸線開路或短路故障時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)這種狀態(tài)，此時(shí)CPU的串行口接收端可能出現(xiàn)高電平也可能出現(xiàn)低電平，會(huì)導(dǎo)致串口找不到起始位，導(dǎo)致通信異常。

　　本設(shè)計(jì)使用MAXIM公司的用于RS-485和RS-422通信的低功耗收發(fā)器件MAX3082，它具有在總線開路、短路和空閑情況下使接收器的輸出為高電平的功能，這樣CPU的RXD電平在RS-485總線空閑時(shí)是唯一的高電平，從而達(dá)到故障保護(hù)的目的。此外，MAX3082最多允許掛接256個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)目要求較多的場合比較適用。

　　MAX3082的收發(fā)控制端是使用CPU的一個(gè)I/O來控制的。在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，I/O默認(rèn)都輸出高電平。如果把I/O口直接與MAX3082的收發(fā)控制端相連，會(huì)在CPU復(fù)位期間為高，從而使本節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。如果此時(shí)總線上有其它節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送數(shù)據(jù)，則此次數(shù)據(jù)傳輸將被阻斷，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致整個(gè)總線的癱瘓。為了保證上電時(shí)RS-485芯片始終處于接收狀態(tài)，并考慮到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，每個(gè)RS-485節(jié)點(diǎn)的收發(fā)控制端的設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)使用反邏輯。實(shí)際實(shí)現(xiàn)方法是CPU的I/O引腳使用一片單反向器芯片74AHC1G14進(jìn)行反向后與MAX3082的收發(fā)控制端進(jìn)行相連。當(dāng)CPU的I/O引腳輸出1時(shí)，MAX3082進(jìn)入接收狀態(tài)，當(dāng)CPU的I/O引腳輸出0時(shí)，MAX3082進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。通過增加反相器進(jìn)行控制，而不采用控制芯片引腳直接進(jìn)行控制，可以防止節(jié)點(diǎn)上電時(shí)對(duì)總線的干擾，從而有效地避免因節(jié)點(diǎn)異常情況而對(duì)整個(gè)總線系統(tǒng)造成影響。

　　與總線接口部分

　　RS-485總線為并接式三線制(包含一個(gè)地)接口，總線上只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障就有可能將總線“拉死”。因此，數(shù)據(jù)端口A、B與總線之間應(yīng)加以隔離。在這里我們的做法是，A、B與總線之間各串接一只100mA的PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)，同時(shí)與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。

　　需要注意的是，許多人錯(cuò)誤地認(rèn)為RS-485是兩線制。實(shí)際上RS-485總線的構(gòu)成是一個(gè)信號(hào)差分對(duì)和一個(gè)地返回線，系統(tǒng)也許沒有這個(gè)地返回線也可以工作，但是會(huì)處于極不可靠的狀態(tài)之中。這是因?yàn)?RS-485總線在差模電壓為-7V至+12V之間才可保證通訊的正確性。如果超過此范圍，數(shù)據(jù)將丟失，端口也可能損壞。信號(hào)地線的功能是將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)地連接到一個(gè)共同的地上，這個(gè)地的作用是用來保持共模電壓。如果系統(tǒng)沒有設(shè)計(jì)和連接地線，將影響系統(tǒng)總線的可靠性并帶來噪聲。

　　海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)中，RS-485總線通訊的波特率是9600bit/s，最長距離是100m?？偩€并沒有設(shè)計(jì)終端電阻。這是因?yàn)樘砑咏K端電阻的目的是減少信號(hào)的反射、吸收噪聲，但是這樣卻顯著增加了系統(tǒng)的功耗，并使系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜化。如果系統(tǒng)傳輸速率較高(通訊速率大于115.2K)并且是長距離的傳輸，才需要考慮終端電阻。