本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
RS485/RS422異步通信是目前在工控領(lǐng)域廣泛采用的總線標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)實(shí)際節(jié)點(diǎn)數(shù)目超出最大限制，或是通信距離過遠(yuǎn)、干擾過大時(shí)，如何保證信息的完整可靠傳輸，是通訊系統(tǒng)中的巨大挑戰(zhàn)。實(shí)際應(yīng)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(tǒng)中，傳統(tǒng)的中繼器通常不具有波特率自適應(yīng)的功能，或是具有簡(jiǎn)單的精度不高的適應(yīng)性，或是對(duì)主機(jī)具有一定的依賴性，需要主機(jī)發(fā)送特定字節(jié)完成波特率識(shí)別，導(dǎo)致數(shù)據(jù)流方向控制實(shí)時(shí)性差，從而使其應(yīng)用領(lǐng)域受到很多限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)的中繼器通常不具有波特率自適應(yīng)的功能，精度低，導(dǎo)致數(shù)據(jù)流方向控制實(shí)時(shí)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(shí)別方法及數(shù)據(jù)流控制方法。隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識(shí)別方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，所述步驟包括：空閑狀態(tài)步驟：中繼隔離器處于空閑狀態(tài)，接收測(cè)量信號(hào)，并判斷該信號(hào)是否有效，判斷結(jié)果為是，則將i置0，并執(zhí)行等待步驟；判斷結(jié)果為否，則返回空閑狀態(tài)，等待接收測(cè)量信號(hào)；其中i表示一個(gè)計(jì)數(shù)值；等待步驟：該步驟中令第i個(gè)測(cè)量值cnt[i]＝0，并判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時(shí)鐘下降沿，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行運(yùn)行步驟；判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行等待步驟；運(yùn)行步驟：該步驟每個(gè)時(shí)鐘上升沿將cnt[i]的值加1，即cnt[i]←cnt[i]+1，并判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時(shí)鐘上升沿，判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)對(duì)低電平持續(xù)時(shí)鐘數(shù)統(tǒng)計(jì)；判斷結(jié)果為是，則對(duì)低電平持續(xù)時(shí)鐘數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)束，i的值加1，該值表示測(cè)量次數(shù)，判斷i是否等于50時(shí)，判斷結(jié)果為是，則j＝0，j表示計(jì)數(shù)變量，并執(zhí)行排列步驟；判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行等待步驟；排列步驟：該步驟中令i＝0，執(zhí)行比較步驟；比較步驟：判斷第i個(gè)測(cè)量值cnt[i]是否大于第i+1個(gè)測(cè)量值cnt[i+1]，判斷結(jié)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(gè)數(shù)中后者大，并i的值加1；判斷結(jié)果為否，則i的值直接加1；比較步驟完成則判斷i是否等于49，判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行比較步驟，判斷結(jié)果為是，則令j的值加1，并判斷j是否為49，若是，則執(zhí)行求開始序號(hào)步驟，若判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行排列步驟；求開始序號(hào)步驟：根據(jù)排列步驟和比較步驟，得到cnt[i]的值排列順序?yàn)橛尚≈链笈帕?，判斷相鄰兩個(gè)值后者比前者差值是否小于20，即cnt[i]+20>cnt[i+1]，判斷結(jié)果為是，則令start的值等于i，其中start表示開始序號(hào)，并執(zhí)行求結(jié)束序號(hào)步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行開始序號(hào)步驟；求結(jié)束序號(hào)步驟：判斷相鄰兩個(gè)值后者比前者差值是否大于20，即cnt[i]+20<cnt[i+1]，判斷結(jié)果為是，則令stop的值等于i，其中stop表示結(jié)束序號(hào)，并計(jì)算結(jié)束序號(hào)stop與開始序號(hào)start間數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)num，即num←stop-start+1，同時(shí)令i的值為start的值，sum為0，sum表示所有數(shù)據(jù)的和，執(zhí)行求和步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行求結(jié)束序號(hào)步驟；求和步驟：令sum等于原sum的值加cnt[i]，判斷i的值是否等于stop的值，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行計(jì)算步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行求和步驟；計(jì)算步驟：令sum除以num得到該方法計(jì)算出的數(shù)avg，即得到對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)的時(shí)間的均值，根據(jù)得到的時(shí)間的均值計(jì)算得出波特率。隔離型RS485/RS422中繼隔離器的數(shù)據(jù)流控制方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，所述步驟包括：空閑狀態(tài)步驟：接受使能信號(hào)有效，發(fā)送使能信號(hào)無效，判斷中繼隔離器的左右兩個(gè)數(shù)據(jù)接收引腳是否同時(shí)出現(xiàn)信號(hào)下降沿，判斷結(jié)果為是，則重新執(zhí)行該步驟；判斷結(jié)果為否，即只有左側(cè)或右側(cè)出現(xiàn)信號(hào)下降沿，則令cnt為0，并執(zhí)行等待步驟；該步驟中左右兩側(cè)數(shù)據(jù)接收引腳后續(xù)步驟相同；等待步驟：關(guān)閉右側(cè)接收使能信號(hào)，打開右側(cè)發(fā)送使能信號(hào)，并令cnt的值加1，判斷cnt的值是否等于10*avg，其中avg為波特率識(shí)別中計(jì)算出來的數(shù)，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行檢測(cè)步驟；判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)執(zhí)行等待步驟；檢測(cè)步驟：令cnt的值加1，并檢測(cè)左側(cè)接收引腳上是否存在低電平，若檢測(cè)結(jié)果為否，則令cnt的值為0，并執(zhí)行等待步驟；若檢測(cè)結(jié)果為是，則進(jìn)一步半段cnt的值是否等于11*avg，若判斷結(jié)果為是，則返回空閑狀態(tài)，若判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)執(zhí)行檢測(cè)步驟。本發(fā)明的有益效果是：通過本發(fā)明能夠完成波特率的自動(dòng)識(shí)別與通信數(shù)據(jù)流方向控制，大大加強(qiáng)了對(duì)數(shù)據(jù)流方向的控制，同比加強(qiáng)了10％，同時(shí)對(duì)總線沖突與故障給出相應(yīng)的提示，精度同比提高了15％；使用高性能信號(hào)隔離芯片與隔離電源，實(shí)現(xiàn)中繼器兩端數(shù)據(jù)的完全隔離。如圖4所示，隔離電源將輸入的12V直流電壓通過DC/DC變換技術(shù)變換為3組5V、1組12V的穩(wěn)定直流電源，其中5V電源分別為收發(fā)器、隔離芯片和CPLD供電，輸出的12V電源可供后電路使用。MAX491為總線收發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)到TTL電平的轉(zhuǎn)換。采用高速磁隔離芯片ADUM1201實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。TVS管陣列可抑制雷擊或浪涌，防止隔離器另一側(cè)通信節(jié)點(diǎn)的損壞。由于使用的隔離電源數(shù)目相對(duì)較多且電壓較低，故采用了推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主控制芯片采用TL494CN，原理圖如圖5所示。其中，+12V輸出經(jīng)PC817(U1)線性光耦輸入至控制芯片TL494的誤差放大器，以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整，穩(wěn)定輸出電壓。R20為電流取樣電阻，當(dāng)電流過大時(shí)，取樣電阻上電壓增大，通過三極管Q1關(guān)斷控制芯片的輸出，從而達(dá)到過流及短路保護(hù)的目的。設(shè)計(jì)中使用CPLD可編程邏輯器件作為中繼器的主控制器。由于CPLD可編程特性是基于硬件邏輯電路的，因此相比于基于微控制器的可編程器件，具有速度快、處理能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、不易死機(jī)的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中，使用ALTERA公司的EPM570T144，其具有57個(gè)LAB(LogicArrayBlocks)、144個(gè)引腳，足以滿足大多數(shù)中小型設(shè)計(jì)。CPLD主時(shí)鐘為50MHz，在波特率自動(dòng)識(shí)別時(shí)，對(duì)于高達(dá)1Mbps的波特率誤差僅為2％，足以滿足大多數(shù)設(shè)備對(duì)波特率精度的要求。指示燈D1、D2、D3分別指示系統(tǒng)正常、總線沖突、總線錯(cuò)誤。本設(shè)計(jì)中CPLD電路原理圖如圖6所示。使用TVS管陣列實(shí)現(xiàn)防雷防浪涌的功能。輸入到中繼器的總線信號(hào)經(jīng)防雷防浪涌電路后，由MAX491轉(zhuǎn)成TTL電平，經(jīng)隔離輸入到CPLD邏輯處理后，由另一片MAX491轉(zhuǎn)成差分信號(hào)，從而達(dá)到中繼的目的。電路原理圖如圖7所示。附圖說明圖1為隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識(shí)別方法的狀態(tài)圖；圖2為隔離型RS485/RS422中繼隔離器的數(shù)據(jù)流控制方法的狀態(tài)圖；圖3為RS485/RS422網(wǎng)絡(luò)中使用中繼器的結(jié)構(gòu)圖；圖4為RS485中繼隔離器結(jié)構(gòu)框圖；圖5為隔離電源原理圖；圖6為CPLD外圍電路原理圖；圖7為總線隔離及防雷防浪涌電路；圖8為UART發(fā)送一個(gè)字節(jié)的時(shí)序圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的隔離型RS485/RS422中繼隔離器的波特率識(shí)別方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，所述步驟包括：空閑狀態(tài)步驟：中繼隔離器處于空閑狀態(tài)，接收測(cè)量信號(hào)，并判斷該信號(hào)是否有效，判斷結(jié)果為是，則將i置0，并執(zhí)行等待步驟；判斷結(jié)果為否，則返回空閑狀態(tài)，等待接收測(cè)量信號(hào)；其中i表示一個(gè)計(jì)數(shù)值；等待步驟：該步驟中令第i個(gè)測(cè)量值cnt[i]＝0，并判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時(shí)鐘下降沿，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行運(yùn)行步驟；判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行等待步驟；運(yùn)行步驟：該步驟每個(gè)時(shí)鐘上升沿將cnt[i]的值加1，即cnt[i]←cnt[i]+1，并判斷中繼隔離器的接收引腳上是否有時(shí)鐘上升沿，判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)對(duì)低電平持續(xù)時(shí)鐘數(shù)統(tǒng)計(jì)；判斷結(jié)果為是，則對(duì)低電平持續(xù)時(shí)鐘數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)束，i的值加1，該值表示測(cè)量次數(shù)，判斷i是否等于50時(shí)，判斷結(jié)果為是，則j＝0，j表示計(jì)數(shù)變量，并執(zhí)行排列步驟；判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行等待步驟；排列步驟：該步驟中令i＝0，執(zhí)行比較步驟；比較步驟：判斷第i個(gè)測(cè)量值cnt[i]是否大于第i+1個(gè)測(cè)量值cnt[i+1]，判斷結(jié)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(gè)數(shù)中后者大，并i的值加1；判斷結(jié)果為否，則i的值直接加1；比較步驟完成則判斷i是否等于49，判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行比較步驟，判斷結(jié)果為是，則令j的值加1，并判斷j是否為49，若是，則執(zhí)行求開始序號(hào)步驟，若判斷結(jié)果為否，則重新執(zhí)行排列步驟；求開始序號(hào)步驟：根據(jù)排列步驟和比較步驟，得到cnt[i]的值排列順序?yàn)橛尚≈链笈帕?，判斷相鄰兩個(gè)值后者比前者差值是否小于20，即cnt[i]+20>cnt[i+1]，判斷結(jié)果為是，則令start的值等于i，其中start表示開始序號(hào)，并執(zhí)行求結(jié)束序號(hào)步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行開始序號(hào)步驟；求結(jié)束序號(hào)步驟：判斷相鄰兩個(gè)值后者比前者差值是否大于20，即cnt[i]+20<cnt[i+1]，判斷結(jié)果為是，則令stop的值等于i，其中stop表示結(jié)束序號(hào)，并計(jì)算結(jié)束序號(hào)stop與開始序號(hào)start間數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)num，即num←stop-start+1，同時(shí)令i的值為start的值，sum為0，sum表示所有數(shù)據(jù)的和，執(zhí)行求和步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行求結(jié)束序號(hào)步驟；求和步驟：令sum等于原sum的值加cnt[i]，判斷i的值是否等于stop的值，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行計(jì)算步驟；判斷結(jié)果為否，則i的值加1，并重新執(zhí)行求和步驟；計(jì)算步驟：令sum除以num得到該方法計(jì)算出的數(shù)avg，即得到對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)的時(shí)間的均值，根據(jù)得到的時(shí)間的均值計(jì)算得出波特率。本實(shí)施方式中，RS485總線驅(qū)動(dòng)器使用UART接口來驅(qū)動(dòng)。圖8為UART發(fā)送1字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)序圖。通常，包含1個(gè)起始位(start)、8個(gè)數(shù)據(jù)位(data)、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位(parity)和1個(gè)停止位(stop)，因此，實(shí)際發(fā)送的位數(shù)為11。由于在應(yīng)用中數(shù)據(jù)中的0和1是隨機(jī)的，因此，可以在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量1電平或0電平持續(xù)的時(shí)間，其中最小的值即對(duì)應(yīng)1位數(shù)據(jù)的時(shí)間，由此時(shí)間即可計(jì)算出實(shí)際的波特率。使用檢測(cè)0電平的方法實(shí)現(xiàn)波特率識(shí)別。首先，檢測(cè)是否存在下降沿，下降沿到來時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)計(jì)數(shù)器，并等待上升沿到來，當(dāng)檢測(cè)到上升沿時(shí)，停止計(jì)數(shù)器。連續(xù)重復(fù)50次這樣的過程可得到50個(gè)計(jì)數(shù)值，并對(duì)其進(jìn)行升序排序(本設(shè)計(jì)使用冒泡排序法)。由于可能存在干擾，故最小的計(jì)數(shù)值可能對(duì)應(yīng)于干擾。但干擾是隨機(jī)的，故其持續(xù)的時(shí)間也并不是固定的。因此，從最小的數(shù)開始，對(duì)相鄰兩個(gè)數(shù)大小進(jìn)行比較，若差別小于20，則認(rèn)為此數(shù)對(duì)應(yīng)于發(fā)送一個(gè)位的時(shí)間。對(duì)滿足這樣條件的連續(xù)一段數(shù)據(jù)進(jìn)行加和，并取平均值，則可得到位時(shí)間的均值，由此均值則可求出波特率數(shù)值。具體實(shí)施方式二：下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式基于具體實(shí)施方式一的隔離型RS485/RS422中繼隔離器的數(shù)據(jù)流控制方法，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，所述步驟包括：空閑狀態(tài)步驟：接受使能信號(hào)有效，發(fā)送使能信號(hào)無效，判斷中繼隔離器的左右兩個(gè)數(shù)據(jù)接收引腳是否同時(shí)出現(xiàn)信號(hào)下降沿，判斷結(jié)果為是，則重新執(zhí)行該步驟；判斷結(jié)果為否，即只有左側(cè)或右側(cè)出現(xiàn)信號(hào)下降沿，則令cnt為0，并執(zhí)行等待步驟；該步驟中左右兩側(cè)數(shù)據(jù)接收引腳后續(xù)步驟相同；等待步驟：關(guān)閉右側(cè)接收使能信號(hào)，打開右側(cè)發(fā)送使能信號(hào)，并令cnt的值加1，判斷cnt的值是否等于10*avg，其中avg為波特率識(shí)別中計(jì)算出來的數(shù)，判斷結(jié)果為是，則執(zhí)行檢測(cè)步驟；判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)執(zhí)行等待步驟；檢測(cè)步驟：令cnt的值加1，并檢測(cè)左側(cè)接收引腳上是否存在低電平，若檢測(cè)結(jié)果為否，則令cnt的值為0，并執(zhí)行等待步驟；若檢測(cè)結(jié)果為是，則進(jìn)一步半段cnt的值是否等于11*avg，若判斷結(jié)果為是，則返回空閑狀態(tài)，若判斷結(jié)果為否，則繼續(xù)執(zhí)行檢測(cè)步驟。本實(shí)施方式中，半雙工通信機(jī)制中，要保證中繼器能完成數(shù)據(jù)的可靠中繼，應(yīng)該時(shí)刻監(jiān)測(cè)兩端是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，即空閑的時(shí)候應(yīng)使兩個(gè)收發(fā)器都處于接收狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到一側(cè)收發(fā)器上有數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將另一側(cè)的收發(fā)器置為發(fā)送狀態(tài)并持續(xù)發(fā)送一字節(jié)，即11位，對(duì)應(yīng)的時(shí)間，并在邏輯上連接對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳。當(dāng)監(jiān)測(cè)到兩側(cè)485線路均有數(shù)據(jù)發(fā)送到中繼器時(shí)，即可認(rèn)為是總線沖突；同時(shí)，接收線路上低電平時(shí)間持續(xù)時(shí)間超過1字節(jié)時(shí)間(11位)，可以認(rèn)為是總線故障(短路、斷路等)。故障監(jiān)測(cè)邏輯輸出使能信號(hào)，控制數(shù)據(jù)流控制邏輯是否運(yùn)行，同時(shí)，通過驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的LED燈，給出相應(yīng)提示。當(dāng)SEL為高電平時(shí)，選擇四線制全雙工電路。此時(shí)，該中繼隔離器可應(yīng)用于四線制通信系統(tǒng)中。由于全雙工通信系統(tǒng)中數(shù)據(jù)首發(fā)是獨(dú)立的，因此不需要進(jìn)行波特率識(shí)別，直接將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)引腳在邏輯上連通，并使能相應(yīng)的收發(fā)器使能引腳即可。對(duì)于故障監(jiān)測(cè)，由于四線制系統(tǒng)不存在總線沖突，因此只需考慮總線故障。當(dāng)數(shù)據(jù)接收引腳低電平持續(xù)時(shí)間達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，即認(rèn)為是發(fā)生總線故障，此時(shí)，要關(guān)閉收發(fā)器的使能引腳，并給出對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)。根據(jù)以上思想試制出一樣機(jī)，接入到基于Modbus協(xié)議的可燃?xì)怏w報(bào)警器系統(tǒng)中，通過QuartusII自帶的SignalTap對(duì)測(cè)到的波特率進(jìn)行讀取，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，對(duì)幾種常見固定波特率的識(shí)別誤差如表1所示。表1常見固定波特率的識(shí)別誤差