RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)在海氣邊界層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　光電隔離

　　由于系統(tǒng)安裝在通信設(shè)備密集的地區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在很高的共模電壓。RS-485標(biāo)準(zhǔn)采用的是差分傳輸方式，具有一定的抗共模干擾的能力，當(dāng)共模電壓為-7V~+12V之間時(shí)可以保證通訊的正確性，但是當(dāng)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(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞芯片。

　　通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換模塊將系統(tǒng)電源和RS-485收發(fā)器的電源隔離;通過(guò)光耦將差分信號(hào)線隔離，可徹底消除共模電壓的影響。實(shí)際應(yīng)用中有以下兩種實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)采用第一種方案，具有成本低廉，使用廣泛、芯片易于選購(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。

　　該電路使用兩片6N136實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與RS-485接口芯片之間的數(shù)據(jù)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(wěn)定性和可靠性。6N136是特性優(yōu)良的光電耦合器件，具有體積小、壽命長(zhǎng)、抗干擾性強(qiáng)、隔離電壓高(可達(dá)3500V)、高速度、與TTL邏輯電平兼容等優(yōu)點(diǎn)。6N136最顯著的特點(diǎn)是高速度，所以廣泛應(yīng)用在高速數(shù)字通信接口中。它的數(shù)據(jù)波特率可達(dá)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(yīng)用中要求的數(shù)據(jù)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(jié)點(diǎn)的隔離電源使用了一片IB0505LS來(lái)實(shí)現(xiàn)。它是金升陽(yáng)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(kāi)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(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(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(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(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(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