RS_485总线的高速串行远距离数据传输方法

ISSN 100020054CN 1122223 N

清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2009年第49卷第5期

2009,V o l .49,N o .5w 16

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.net .cn

RS -485总线的高速串行远距离数据传输方法

李　成,　王　鹏,　丁天怀,　陈　恳,　耿立中

(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)

收稿日期:2008206220

作者简介:李成(1977—),男(汉),天津,博士后。通讯联系人:丁天怀,教授,E 2m ail :dlnj @tsinghua .edu .cn

摘　要:为实现工业参数的高速远距离长线传输,应用

FPGA 技术,设计并实现了一种基于R S 2485总线的高速串

行数据传输方法。分析R S 2485数据传输的影响因素,阐述系统总体结构,由时钟脉冲传输测试确定了外围接口。利用串行信号的跳变沿作为高速时钟采样检测的起点以实现位同步,采用8B 10B 的链路编码方案,支持高速时钟恢复和数据帧同步,并以双绞线作为传输介质进行了数据传输实验。结果表明:系统在20M b s 传输速率下实现了串行编码数据流沿220m 双绞线电缆的高速远距离数据传输,误码率可达

10

-11

,为现场原始数据监测提供了高效的传输方法。

关键词:串行通信;R S 2485总线;高速;远距离数据传输中图分类号:T P 274

文献标识码:A

文章编号:100020054(2009)0520068204

RS -485bus -ba sed h igh -speed ser i a l

rem ote da ta tran s m ission m ethod

L I C he ng ,W ANG P eng ,D I N G Tia nhua i ,

CHE N Ke n ,GENG L izhong

(D epart men t of Prec ision I n stru men t and M echanology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :A h igh 2speed serial data trans m issi on m ethod based on R S 2485bus is developed by using FPGA techno logy to i m p lem ent the high 2speed

remo te long w ire trans m issi on fo r industrial

param eters .T he effects on R S 2485bus 2based data trans m issi on are analyzed .T he p rinci p le structure of system is illustrated,and then the peri pheral interface circuits are determ ined by pulse trans m issi on experi m ents .T he rising falling edges of serial signals are used as the start sym bo ls fo r h igh 2speed clock samp ling to enable bit synch ronizati ons .T he 8B 10B encoded data stream s m ake ti m e 2clock recovery and data fram e synch ronizati ons feasible .T he

data

trans m issi on

experi m ents using tw isted 2pair cable

as trans m issi on m edia are perfo r m ed .T he results show that the

developed

system

can perfo rm

the

high 2speed

remo te

data

trans m issi on along 2202m tw isted 2pair cable at trans m issi on rate up to 20M b s w ith an erro r rate of 10-11

,w hich offers an effective

trans m issi on m ethod fo r the raw monito ring data co llected in the

field .

Key words :serial comm unicati on;R S 2485bus;high speed;remo te

data trans m issi on

R S 2485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[1-2]

。R S 2485接口标准通信的最大传输距离为1200m ,通信速率限制在93.75kb s ;当通信距离为100m 时,通信速率可达12M b s 。

但现有R S 2485系统一般工作在较低传输速率,传输效率也较低。总之,对工业应用而言,目前通常R S 2485的最大传输距离为1

200m ,最高速率在10M b s 左右[3]

,从而制约了工业环境下高速、远距离通讯的应用。

因此,为实现工业现场参数的高速远距离长线传输的需要,以R S 2485标准为物理层基础,比较选用最新接口器件,应用V HDL 语言,基于FPGA 平台,设计并实现了一种R S 2485高速远距离数据传输方法。

1　RS -485传输性能分析

R S 2485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R S 2485器件所组成的物理介质的分布电感及电容决定。因此,R S 485传输性能主要与电缆特性、总线阻抗、信号处理方法,以及节点布局与屏蔽等因素有关。

1)电缆特性。

传输电缆的特性阻抗、长度及架构影响R S 2485

数据传输[3]

。电缆的分布电容和分布电感会降低信号的边沿速度,进而降低噪声裕量,而分布电阻直接导致信号电平的衰减。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[4]

。虽然屏蔽电缆可增强噪声抑制能力,提高传输性能,但平衡特性较差且增加质量,降低安装的灵活性。因此,在野外布线时会选择非屏蔽双绞线。