RS-485總線標準在海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

　　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。總線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。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　RS-485總線是異步半雙工的通信總線，即在某一個時刻，總線只可能呈現一種狀態(tài)(收或發(fā))。所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信，軟件編程對系統(tǒng)的可靠性有很大影響。尤其要注意對485芯片收發(fā)控制端DE和RE的軟件設計。為了可靠的工作，在RS-485總線狀態(tài)切換時需要做適當延時，再進行數據的收發(fā)。具體的做法是在數據發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，在9600bit/s的波特率下，延時1ms左右的時間，再發(fā)送有效的數據，一包數據發(fā)送結束后再延時1ms后，將控制端置“0”。

　　海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)總線上的數據采集器處于主機地位，每隔3s輪詢各節(jié)點一次，輪詢到哪個節(jié)點則哪個節(jié)點上傳數據，總線的使用權完全由主機分配，各子節(jié)點不能擅自占領總路線，也不允許主動發(fā)起通信。具體實現方法是，每隔3s，數據采集器發(fā)出索要第一個節(jié)點數據命令，并等待節(jié)點回傳測量數據，超過規(guī)定的等待時間仍然沒有收到節(jié)點返回的數據，認為該路結點通訊失敗，延遲100ms后接著索要下路節(jié)點數據。值得一提的是，系統(tǒng)等待節(jié)點回傳測量數據并不是采取軟件死等的方法，而時采用分時多任務的方法來實現。具體實現方法是：在10ms定時器中斷服務程序中設一個節(jié)點通信時間計數變量，進行減計數。數據采集器發(fā)出索要數據命令后，對這個變量重新賦超時限定值，主程序判斷這個值為0時還未收到節(jié)點響應數據，才認為該節(jié)點通訊失敗。采用這種調度機制，可以大幅提高數據采集器CPU的運行效率。

　　結語

　　RS-485總線具有線路設計簡單、價格低廉、控制方便的特點，通過上述的軟硬件設計方法，在海氣邊界層監(jiān)測系統(tǒng)中得到了良好的應用。目前系統(tǒng)24小時連續(xù)開機，系統(tǒng)的通信始終處于正常狀態(tài)，整個系統(tǒng)的性能滿足了項目的需求。