RS-485總線(xiàn)標準在海氣邊界層監測系統中的應用

　　光電隔離

　　由于系統安裝在通信設備密集的地區，現場(chǎng)情況復雜，各個(gè)節點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。RS-485標準采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，當共模電壓為-7V~+12V之間時(shí)可以保證通訊的正確性，但是當共模電壓超過(guò)RS-485接收器的極限范圍時(shí)，接收器將無(wú)法正常工作，嚴重時(shí)甚至會(huì )損壞芯片。

　　通過(guò)DC/DC轉換模塊將系統電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離;通過(guò)光耦將差分信號線(xiàn)隔離，可徹底消除共模電壓的影響。實(shí)際應用中有以下兩種實(shí)現途徑：一是使用光耦、帶隔離的DC/DC電源模塊和RS-485芯片;另一種方法是使用全集成芯片，如PS1480、MAX1480等。本設計采用第一種方案，具有成本低廉，使用廣泛、芯片易于選購等優(yōu)點(diǎn)。

　　該電路使用兩片6N136實(shí)現系統與RS-485接口芯片之間的數據隔離，使得他們之間完全沒(méi)有電氣聯(lián)接，提高了電路的穩定性和可靠性。6N136是特性?xún)?yōu)良的光電耦合器件，具有體積小、壽命長(cháng)、抗干擾性強、隔離電壓高(可達3500V)、高速度、與TTL邏輯電平兼容等優(yōu)點(diǎn)。6N136最顯著(zhù)的特點(diǎn)是高速度，所以廣泛應用在高速數字通信接口中。它的數據波特率可達500kbps以上，而一般的光電耦合器件如4N25等只有幾k的波特率。如果在實(shí)際應用中要求的數據傳送速率不是很高也可以使用4N25、TLP521等普通光耦，以降低成本。

　　隔離電源

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

　　RS-485轉換

　　根據RS-485標準規定，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端電位差的絕對值小于200mV時(shí)，輸出為不確定狀態(tài)。一般在總線(xiàn)空閑、傳輸線(xiàn)開(kāi)路或短路故障時(shí)，可能會(huì )出現這種狀態(tài)，此時(shí)CPU的串行口接收端可能出現高電平也可能出現低電平，會(huì )導致串口找不到起始位，導致通信異常。

　　本設計使用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(xiàn)開(kāi)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(xiàn)空閑時(shí)是唯一的高電平，從而達到故障保護的目的。此外，MAX3082最多允許掛接256個(gè)節點(diǎn)，對于節點(diǎn)數目要求較多的場(chǎng)合比較適用。

　　MAX3082的收發(fā)控制端是使用CPU的一個(gè)I/O來(lái)控制的。在系統復位時(shí)，I/O默認都輸出高電平。如果把I/O口直接與MAX3082的收發(fā)控制端相連，會(huì )在CPU復位期間為高，從而使本節點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)。如果此時(shí)總線(xiàn)上有其它節點(diǎn)正在發(fā)送數據，則此次數據傳輸將被阻斷，嚴重者可能導致整個(gè)總線(xiàn)的癱瘓。為了保證上電時(shí)RS-485芯片始終處于接收狀態(tài)，并考慮到系統工作的穩定性和可靠性，每個(gè)RS-485節點(diǎn)的收發(fā)控制端的設計都應當使用反邏輯。實(shí)際實(shí)現方法是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CPU的I/O引腳輸出1時(shí)，MAX3082進(jìn)入接收狀態(tài)，當CPU的I/O引腳輸出0時(shí)，MAX3082進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)。通過(guò)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，可以防止節點(diǎn)上電時(shí)對總線(xiàn)的干擾，從而有效地避免因節點(diǎn)異常情況而對整個(gè)總線(xiàn)系統造成影響。

　　與總線(xiàn)接口部分