高可靠性隔离型高可靠性隔离型RS422接口的设计方案接口的设计方案
摘要：以工控环境中的分布式监测系统为应用背景,设计和实现了一种高可靠性隔离型RS422通信接口方案。方
案中采用了隔离、防浪涌、阻抗匹配、奇偶校验、帧校验等多种软硬件措施来提高接口的可靠性。经环境试验
和电磁兼容试验验证,该方案很好得解决了监测系统中各个传感器节点和接入节点之间的可靠通信问题。 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
摘要：以工控环境中的分布式监测系统为应用背景,设计和实现了一种高可靠性隔离型RS422通信接口方案。方案中采用
了隔离、防浪涌、阻抗匹配、奇偶校验、帧校验等多种软硬件措施来提高接口的可靠性。经环境试验和电磁兼容试验验证,该
方案很好得解决了监测系统中各个传感器节点和接入节点之间的可靠通信问题。
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。
本文中所设计的RS422接口方案主要用于工控环境中的分布式监测系统，此系统的结构 示意图如图1所示。该系统主要可
分为四个层次结构：服务器、交换机、接入节点、传感器 节点。其中传感器节点负责采集信号，首先对信号进行放大和抗混
叠滤波，然后通过A/D芯 片将模拟信号转换为数字信号，最后通过RS422接口将采集到的数据传送给接入节点；接入 节点一
方面负责接收来自服务器的命令，对各个传感器节点进行管理，另一方面将来自于近 端的各个传感器节点的有效数据通过以
太网接口发送给远端的服务器；交换机主要作用是将 服务器和各个接入节点通过以太网连接起来；服务器则负责数据的接
收、分析、存储并显示 结果以及对整个系统的管理。
3 RS422 接口硬件电路设计
为保证接口的可靠性，电路设计中要考虑到芯片的选择、接地、阻抗匹配、电气保护等 问题。市面上可供选择的RS422
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