[发明专利]一种高速RS485的能量/数据传输终端

说明书

技术领域

本发明属于工业现场总线的数据传输技术领域，特别涉及到基于RS485总线的高速数据传输终端，用于工业现场中监测参数沿RS485总线的高速远距离数据传输。

背景技术

RS485总线系统具有硬件设计简单、控制方便、成本低廉、传输距离远等优点，现广泛应用于工业控制、小区监控、水情监测、地震勘探等领域，其中RS(RecommendedStandard)代表推荐标准。目前，国内外主要是利用现有的通用RS485总线进行测控系统.中数据传输部分或不同接口标准间转换(如，RS485与RS232，或RS485与USB接口之间的数据转换)的设计。RS485接口标准通信的最大传输距离为2000m，通信速率限制在93.75kb/s；当通信距离为100m时，通信速率可达20Mb/s。在实际RS485总线网络中，由于现场存在的各种干扰降低了通信的可靠性，并限制总线的传输速率。虽然目前市场上可提供数据速率高达52Mbps的驱动器，但在工业领域内这种高速器件必须保持低传输延迟和低偏差。RS485电路具有分布参数特性，其电气特性及信道响应主要由传输电缆、连接器、终端匹配负载及连接到总线上的RS485器件所组成的物理介质的分布电感及电容决定，现阶段通常RS485的最大传输距离为2000m，最高速率在10Mb/s左右(参见：Howfar and how fast can you go with RS485[R].Maxim Integrated Products，AN3884，2006.)，而且，这两个指标也无法同时满足(参见：RS-485 data interface gives isolated，full-duplexoperation，Maxim Integrated Products，AN2116，1998)，从而制约了其在高速、远距离通讯中的应用。

为提高RS485总线在传输距离一定时的传输速率和可靠性，增强总线在现场条件下的传输性能，国内外研究机构对此进行了相关研究。

1996年Godie J在分析RS485传输信道特性的基础上，指出最大的电缆长度取决于电缆直流环路阻抗与终端阻抗的分压，且电缆长度与传输速率的关系还与可接受的信号抖动有关。而且，当RS-485传输速率较高时，为改善信噪比，除选择低衰减的电缆外，需对传输的数据进行信号处理(参见：Godie J.Ten ways to bulletproof RS-485 interfaces.EDN，1996，41(16)：141-152.)。1999年Ted S和Larry S指出在RS485的发送端和接收端采用预加重技术，通过改善传输速率与距离之间的关系，以在相同速率下增加驱动器预加重使距离加倍，以及在距离一定时采用预加重来提高数据速率(参见：Ted S，Larry S.Pre-emphasisimproves RS-485 communication.EDN，1999，44(20)：151-156.)。2004年Clark K指出在长线传输时信号衰减的幅度和频率与电缆特性有关，当高速传输时将产生码间干扰而造成信号失真。为降低信号失真度，除选用适当的信号编码外，可利用无源滤波器在接收器端构建频率选择滤波器，以衰减低频分量，增强高频分量，从而允许更高的传输速率(参见：ClarkK.Equalization enhances RS-485 links.EDN，2004，49(4)：71-78.)。

近年来中国的一些研究机构也对影响RS485总线网络系统通信可靠性的因素进行了初步分析，从接口器件选型、软件设计及电源、屏蔽和接地等抗电磁干扰方面提出了通信可靠性的简单措施(参见：[1]凌国平，周新建.如何提高测控系统中RS485通信的可靠性.仪器仪表学报，2005，26(8)：470-471，476；[2]张芳峨，衡君山，甄换强.RS485总线网络可靠性研究.仪器仪表学报，2006，27(6)：2458-2459)，但中国的研究主要是实现RS485总线在常规指标下的应用，如基于RS485总线的通用数据控制器，以及RS485与RS232或与USB接口的转换等，对RS485高速数据传输技术的研究很少。而且，现有的RS485总线系统主要偏重于实现分布式监测系统内不同节点间的数据通信，很少涉及总线内数据与直流能量之间的叠加传输。