RS-485總線在海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

　　隔離電源

　　節(jié)點的隔離電源使用了一片IB0505LS來實現。它是金升陽公司生產的小型隔離穩(wěn)壓型高效DC/DC轉換器，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、及線路空間較小的電源系統(tǒng)，用它可以實現RS-485節(jié)點與總線的電源隔離。

　　RS-485轉換

　　根據RS-485標準規(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，接收器輸出為高電平;≤-200mV時，接收器輸出為低電平;而A、B端電位差的絕對值小于200mV時，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，可能會出現這種狀態(tài)，此時CPU的串行口接收端可能出現高電平也可能出現低電平，會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個節(jié)點，對于節(jié)點數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I/O來控制的。在系統(tǒng)復位時，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，會在CPU復位期間為高，從而使本節(jié)點處于發(fā)送狀態(tài)。如果此時總線上有其它節(jié)點正在發(fā)送數據，則此次數據傳輸將被阻斷，嚴重者可能導致整個總線的癱瘓。為了保證上電時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RS-485節(jié)點的收發(fā)控制端的設計都應當使用反邏輯。實際實現方法是CPU的I/O引腳使用一片單反向器芯片74AHC1G14進行反向后與MAX3082的收發(fā)控制端進行相連。當CPU的I/O引腳輸出1時，MAX3082進入接收狀態(tài)，當CPU的I/O引腳輸出0時，MAX3082進入發(fā)送狀態(tài)。通過增加反相器進行控制，而不采用控制芯片引腳直接進行控制，可以防止節(jié)點上電時對總線的干擾，從而有效地避免因節(jié)點異常情況而對整個總線系統(tǒng)造成影響。

　　與總線接口部分

　　RS-485總線為并接式三線制(包含一個地)接口，總線上只要有一個節(jié)點發(fā)生故障就有可能將總線“拉死”。因此，數據端口A、B與總線之間應加以隔離。在這里我們的做法是，A、B與總線之間各串接一只100mA的PTC自恢復保險，同時與地之間各跨接5V的TVS二極管，以消除線路浪涌干擾。

　　需要注意的是，許多人錯誤地認為RS-485是兩線制。實際上RS-485總線的構成是一個信號差分對和一個地返回線，系統(tǒng)也許沒有這個地返回線也可以工作，但是會處于極不可靠的狀態(tài)之中。這是因為 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，數據將丟失，端口也可能損壞。信號地線的功能是將每個節(jié)點的信號地連接到一個共同的地上，這個地的作用是用來保持共模電壓。如果系統(tǒng)沒有設計和連接地線，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€并沒有設計終端電阻。這是因為添加終端電阻的目的是減少信號的反射、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)設計復雜化。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。