RS-485总线在海气边界层监测系统中的应用

　　隔离电源

　　节点的隔离电源使用了一片IB0505LS来实现。它是金升阳公司生产的小型隔离稳压型高效DC/DC转换器，它的输入电压为5V，输出为稳定的5V隔离电压，最大输出电流为200mA，转换效率可达80%以上。特别适用于小电流隔离和DC电压变换、及线路空间较小的电源系统，用它可以实现RS-485节点与总线的电源隔离。

RS-485转换

　　根据RS-485标准规定，接收器的接收灵敏度为±200mV，即接收端的差分电压≥200 mV时，接收器输出为高电平;≤-200mV时，接收器输出为低电平;而A、B端电位差的绝对值小于200mV时，输出为不确定状态。一般在总线空闲、传输线开路或短路故障时，可能会出现这种状态，此时CPU的串行口接收端可能出现高电平也可能出现低电平，会导致串口找不到起始位，导致通信异常。

　　本设计使用MAXIM公司的用于RS-485和RS-422通信的低功耗收发器件MAX3082，它具有在总线开路、短路和空闲情况下使接收器的输出为高电平的功能，这样CPU的RXD电平在RS-485总线空闲时是唯一的高电平，从而达到故障保护的目的。此外，MAX3082最多允许挂接256个节点，对于节点数目要求较多的场合比较适用。

　　MAX3082的收发控制端是使用CPU的一个I/O来控制的。在系统复位时，I/O默认都输出高电平。如果把I/O口直接与MAX3082的收发控制端相连，会在CPU复位期间为高，从而使本节点处于发送状态。如果此时总线上有其它节点正在发送数据，则此次数据传输将被阻断，严重者可能导致整个总线的瘫痪。为了保证上电时RS-485芯片始终处于接收状态，并考虑到系统工作的稳定性和可靠性，每个RS-485节点的收发控制端的设计都应当使用反逻辑。实际实现方法是CPU的I/O引脚使用一片单反向器芯片74AHC1G14进行反向后与MAX3082的收发控制端进行相连。当CPU的I/O引脚输出1时，MAX3082进入接收状态，当CPU的I/O引脚输出0时，MAX3082进入发送状态。通过增加反相器进行控制，而不采用控制芯片引脚直接进行控制，可以防止节点上电时对总线的干扰，从而有效地避免因节点异常情况而对整个总线系统造成影响。

　　与总线接口部分

　　RS-485总线为并接式三线制(包含一个地)接口，总线上只要有一个节点发生故障就有可能将总线“拉死”。因此，数据端口A、B与总线之间应加以隔离。在这里我们的做法是，A、B与总线之间各串接一只100mA的PTC自恢复保险，同时与地之间各跨接5V的TVS二极管，以消除线路浪涌干扰。

　　需要注意的是，许多人错误地认为RS-485是两线制。实际上RS-485总线的构成是一个信号差分对和一个地返回线，系统也许没有这个地返回线也可以工作，但是会处于极不可靠的状态之中。这是因为 RS-485总线在差模电压为-7V至+12V之间才可保证通讯的正确性。如果超过此范围，数据将丢失，端口也可能损坏。信号地线的功能是将每个节点的信号地连接到一个共同的地上，这个地的作用是用来保持共模电压。如果系统没有设计和连接地线，将影响系统总线的可靠性并带来噪声。

海气边界层监测系统中，RS-485总线通讯的波特率是9600bit/s，最长距离是100m。总线并没有设计终端电阻。这是因为添加终端电阻的目的是减少信号的反射、吸收噪声，但是这样却显著增加了系统的功耗，并使系统设计复杂化。如果系统传输速率较高(通讯速率大于115.2K)并且是长距离的传输，才需要考虑终端电阻。