高可靠性隔离型RS422接口的设计方案

　　1 引言

　　现代工业测控系统中，系统之间以及系统内部经常需要进行数据通信。通信分无线和有 线两种方式，由于无线通信的可靠性不及有线通信，因此在工业环境中一般选用有线通信。 对于有线通信既可以采用并行数据总线方式进行，也可以采用串行数据总线方式来进行，不 同的总线适合不同的应用环境。一般我们在设计接口方案的时候，总是在满足系统需求的前 提下选择成熟稳定可靠且易于实现接口方案。

　　在我们开发的分布式监测系统中，传感器节点需要尽可能将信号无失真稳定可靠得传 输到接入节点。从通信的可靠性考虑我们放弃了布点灵活方便的无线通信方式，选择了有线 通信。考虑到实际的应用情况，传感器需要分布在监测范围的各个角落，各个传感器与接入 节点直接的通信距离不一，从几米到上百米均有可能。如果传感器和接入节点直接选用模拟 信号直接传输的方式，对于那些传输距离远的传感器节点，其信号衰减会很严重，信噪比会 降低很多，同时传输过程中也会引入干扰，因此传感器节点需要将采集到的信号数字化，然 后通过数字接口将信号发送出去。由于数字信号抗干扰性强，可以无失真的传输，因此信号 失真只存在传感器对其数字化的过程中。有线数字通信的方式比较多，如果采用并行数据总 线，那么传感器节点和接入节点之间的连线数量会较串行总线大大增加，会给布点带来不便 和增加成本，因此在工程上长距离通信时一般都采用串行通信。由于分布式监测系统中传感 器节点和接入节点之间的通信对传输距离有一定要求，对可靠性要求高，但对通信速率要求 不高，最后我们选用了实现简单、抗干扰性强、通信距离远的RS422接口。虽然RS422采用的 是差分传输方式，抗干扰能力强，但如果只是简单的采用一般的设计方案，在温湿度及电磁 环境十分恶劣的工业环境下仍会出现接口故障甚至损坏，因此有必要从软硬件上面引入更多 的抗干扰、保护、侦错等措施来提高接口的可靠性。

　　2 RS422 标准及分布式监测系统介绍

　　RS422是一种在工程中广泛使用的接口标准，它采用差分传输方式，也称为“平衡传输”，标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。可见RS422定义的是接口电路的电气特 性，而对数据格式没有做定义。RS422是全双工通信，通信的双方均含有一个发送驱动器和 接收驱动器。其中接收驱动器的两个平衡线连接端点定义为A和B，发送驱动器的两个平衡线 连接端点定义为Y和Z，一般使用平衡双绞线将一端的Y和A、Z和B连接起来。通常情况下，发 送驱动器端Y、Z之间的正电平在+2～+6V，代表正逻辑，负电平在-6～-2V，代表负逻辑。在 接收端，当A、B之间有大于+200mV 的电平时，输出正逻辑电平，小于-200mV 时，输出负逻 辑电平。RS422最大传输距离为4000英尺(约1219米)，最大传输速率为10Mb/s。其中平衡双 绞线的长度与传输速率成反比，在100Kb/s速率下，才能达到最大传输距离。只有在很短的 距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线能获得的最大传输速率为1Mb/s。