隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識別方法及數據流控制方法與流程
2023-05-22 03:31:56
本發明涉及通信技術領域。
背景技術：
RS485/RS422異步通信是目前在工控領域廣泛採用的總線標準。當實際節點數目超出最大限制，或是通信距離過遠、幹擾過大時，如何保證信息的完整可靠傳輸，是通訊系統中的巨大挑戰。實際應用中，一般使用在總線上插入中繼器的方式來解決這一問題，如圖3所示。在兩線制半雙工通信系統中，傳統的中繼器通常不具有波特率自適應的功能，或是具有簡單的精度不高的適應性，或是對主機具有一定的依賴性，需要主機發送特定字節完成波特率識別，導致數據流方向控制實時性差，從而使其應用領域受到很多限制。
技術實現要素：
本發明是為了解決傳統的中繼器通常不具有波特率自適應的功能，精度低，導致數據流方向控制實時性差的問題，從而提供了一種隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識別方法及數據流控制方法。隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識別方法，該方法通過以下步驟實現，所述步驟包括：空閒狀態步驟：中繼隔離器處於空閒狀態，接收測量信號，並判斷該信號是否有效，判斷結果為是，則將i置0，並執行等待步驟；判斷結果為否，則返回空閒狀態，等待接收測量信號；其中i表示一個計數值；等待步驟：該步驟中令第i個測量值cnt[i]＝0，並判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時鐘下降沿，判斷結果為是，則執行運行步驟；判斷結果為否，則重新執行等待步驟；運行步驟：該步驟每個時鐘上升沿將cnt[i]的值加1，即cnt[i]←cnt[i]+1，並判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時鐘上升沿，判斷結果為否，則繼續對低電平持續時鐘數統計；判斷結果為是，則對低電平持續時鐘數統計結束，i的值加1，該值表示測量次數，判斷i是否等於50時，判斷結果為是，則j＝0，j表示計數變量，並執行排列步驟；判斷結果為否，則重新執行等待步驟；排列步驟：該步驟中令i＝0，執行比較步驟；比較步驟：判斷第i個測量值cnt[i]是否大於第i+1個測量值cnt[i+1]，判斷結果為是，則交換cnt[i]和cnt[i+1]的值，即tmp←cnt[i],cnt[i]←cnt[i+1],cnt[i+1]←tmp，其中tmp表示中間變量，使得相鄰的兩個數中後者大，並i的值加1；判斷結果為否，則i的值直接加1；比較步驟完成則判斷i是否等於49，判斷結果為否，則重新執行比較步驟，判斷結果為是，則令j的值加1，並判斷j是否為49，若是，則執行求開始序號步驟，若判斷結果為否，則重新執行排列步驟；求開始序號步驟：根據排列步驟和比較步驟，得到cnt[i]的值排列順序為由小至大排列，判斷相鄰兩個值後者比前者差值是否小於20，即cnt[i]+20>cnt[i+1]，判斷結果為是，則令start的值等於i，其中start表示開始序號，並執行求結束序號步驟；判斷結果為否，則i的值加1，並重新執行開始序號步驟；求結束序號步驟：判斷相鄰兩個值後者比前者差值是否大於20，即cnt[i]+20cnt[i+1]，判斷結果為是，則令start的值等於i，其中start表示開始序號，並執行求結束序號步驟；判斷結果為否，則i的值加1，並重新執行開始序號步驟；求結束序號步驟：判斷相鄰兩個值後者比前者差值是否大於20，即cnt[i]+20<cnt[i+1]，判斷結果為是，則令stop的值等於i，其中stop表示結束序號，並計算結束序號stop與開始序號start間數據的個數num，即num←stop-start+1，同時令i的值為start的值，sum為0，sum表示所有數據的和，執行求和步驟；判斷結果為否，則i的值加1，並重新執行求結束序號步驟；求和步驟：令sum等於原sum的值加cnt[i]，判斷i的值是否等於stop的值，判斷結果為是，則執行計算步驟；判斷結果為否，則i的值加1，並重新執行求和步驟；計算步驟：令sum除以num得到該方法計算出的數avg，即得到對應一位數據的時間的均值，根據得到的時間的均值計算得出波特率。本實施方式中，RS485總線驅動器使用UART接口來驅動。圖8為UART發送1位元組數據時的時序圖。通常，包含1個起始位(start)、8個數據位(data)、1個奇偶校驗位(parity)和1個停止位(stop)，因此，實際發送的位數為11。由於在應用中數據中的0和1是隨機的，因此，可以在一段時間內測量1電平或0電平持續的時間，其中最小的值即對應1位數據的時間，由此時間即可計算出實際的波特率。使用檢測0電平的方法實現波特率識別。首先，檢測是否存在下降沿，下降沿到來時，啟動一個計數器，並等待上升沿到來，當檢測到上升沿時，停止計數器。連續重複50次這樣的過程可得到50個計數值，並對其進行升序排序(本設計使用冒泡排序法)。由於可能存在幹擾，故最小的計數值可能對應於幹擾。但幹擾是隨機的，故其持續的時間也並不是固定的。因此，從最小的數開始，對相鄰兩個數大小進行比較，若差別小於20，則認為此數對應於發送一個位的時間。對滿足這樣條件的連續一段數據進行加和，並取平均值，則可得到位時間的均值，由此均值則可求出波特率數值。具體實施方式二：下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式基於具體實施方式一的隔離型RS485/RS422中繼隔離器的數據流控制方法，該方法通過以下步驟實現，所述步驟包括：空閒狀態步驟：接受使能信號有效，發送使能信號無效，判斷中繼隔離器的左右兩個數據接收引腳是否同時出現信號下降沿，判斷結果為是，則重新執行該步驟；判斷結果為否，即只有左側或右側出現信號下降沿，則令cnt為0，並執行等待步驟；該步驟中左右兩側數據接收引腳後續步驟相同；等待步驟：關閉右側接收使能信號，打開右側發送使能信號，並令cnt的值加1，判斷cnt的值是否等於10*avg，其中avg為波特率識別中計算出來的數，判斷結果為是，則執行檢測步驟；判斷結果為否，則繼續執行等待步驟；檢測步驟：令cnt的值加1，並檢測左側接收引腳上是否存在低電平，若檢測結果為否，則令cnt的值為0，並執行等待步驟；若檢測結果為是，則進一步半段cnt的值是否等於11*avg，若判斷結果為是，則返回空閒狀態，若判斷結果為否，則繼續執行檢測步驟。本實施方式中，半雙工通信機制中，要保證中繼器能完成數據的可靠中繼，應該時刻監測兩端是否有數據發送，即空閒的時候應使兩個收發器都處於接收狀態，當監測到一側收發器上有數據時，應將另一側的收發器置為發送狀態並持續發送一字節，即11位，對應的時間，並在邏輯上連接對應的數據引腳。當監測到兩側485線路均有數據發送到中繼器時，即可認為是總線衝突；同時，接收線路上低電平時間持續時間超過1位元組時間(11位)，可以認為是總線故障(短路、斷路等)。故障監測邏輯輸出使能信號，控制數據流控制邏輯是否運行，同時，通過驅動對應的LED燈，給出相應提示。當SEL為高電平時，選擇四線制全雙工電路。此時，該中繼隔離器可應用於四線制通信系統中。由於全雙工通信系統中數據首發是獨立的，因此不需要進行波特率識別，直接將對應的數據引腳在邏輯上連通，並使能相應的收發器使能引腳即可。對於故障監測，由於四線制系統不存在總線衝突，因此只需考慮總線故障。當數據接收引腳低電平持續時間達到一定時間時，即認為是發生總線故障，此時，要關閉收發器的使能引腳，並給出對應的故障信號。根據以上思想試製出一樣機，接入到基於Modbus協議的可燃氣體報警器系統中，通過QuartusII自帶的SignalTap對測到的波特率進行讀取，經實際測試，對幾種常見固定波特率的識別誤差如表1所示。表1常見固定波特率的識別誤差