CN101949681A - 基于rs485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双绞线长度的测量系统及方法，是一种基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统及方法，包括发送端和接受端；发送端包括发送端主处理器和485芯片，发送端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；发送端主处理器包括波形发送模块和计时器模块；接受端包括接受端主处理器和485芯片，接受端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；接受端主处理器包括接收端响应模块。本发明采用RS-485信号做测量信号，RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信，当接收端收到发送端数据后，对其进行响应，时器计得的整个过程时间，从而计算出双绞线长度。

Description

基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种双绞线长度的测量系统及方法，具体的说是一种基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统及方法。
背景技术
模拟信号通过双绞线做信号传输过程中，由于双绞线存在阻抗，导致信号衰减，为还原模拟信号，需要在接收端做信号补偿处理，但是补偿值的大小确定通常比较麻烦，其原因在于双绞线的阻抗大小会随着线长的长短而变化，因此需要测量双绞线的长度，才能做正确的信号补偿处理。
信号通过介质传输过程中，除了因为阻抗大小导致的信号衰减外，还有一个很重要的特点，那就是信号的延迟：即信号从一端传到另外一端需要的时间，其时间大小与信号传输速度相关。如果能测量出信号在双绞线中传输的时间，根据传输时间，代入所测双绞线长度，先计算出信号在双绞线中的传输速度，然后根据公式：
L(长度)＝V(速度)*t(时间)
也就能计算出任意双绞线长度了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统及方法，可以方便准确的测量出双绞线长度，为信号补偿处理提供参考。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，包括发送端和接受端，发送端与接受端通过双绞线相连接；
发送端包括发送端主处理器和485芯片，发送端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；发送端主处理器包括波形发送模块和计时器模块；波形发送模块与485芯片通信连接，波形发送模块用以发送测量波形，485芯片用以将TTL电平信号转换成差分信号，分两路输出；计时器模块与波形发送模块及485芯片通信连接，计时器模块用以计算波形往返时间，485芯片用以触发计时器模块停止计时，波形发送模块用以产生Clear信号使计时器模块作清零处理；
接受端包括接受端主处理器和485芯片，接受端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；接受端主处理器包括接收端响应模块，接收端响应模块与485芯片通信连接，接收端响应模块用以接收到发送端数据后对其进行回应，485芯片用以将差分信号还原成TTL电平信号。
基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度系统的测量方法，按以下步骤进行：
(1)当RS-485信号无延迟时，发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(2)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(3)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(4)由于整个过程中，RS-485信号没有任何延迟，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3；
(5)当RS-485信号有延迟时，发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(6)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(7)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(8)由于整个过程中，RS-485信号延迟t4时间，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3+2*t4(信号从发送端到接收端延迟t4，再从接收端返回到发送端也延迟t4，固为2*t4)；
(9)假设某一时刻发送端内部计时器记得的时间为S，则RS-485信号延迟大小N为：N＝(S-t3)/2，由于t3是固定的，所以上式就能计算出RS-485信号延迟时间大小；
(10)根据公式L＝V*t，计算得出双绞线长度。
本发明采用RS-485信号做测量信号，RS-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信，发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A，B两路输出，经过双绞线传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。发送端周期性发送波形，之后使处于接收状态，等待接收端的响应信号，当接收端收到发送端数据后，对其进行响应，时器计得的整个过程时间，从而计算出双绞线长度。
作为本发明进一步限定的技术方案：
485芯片接收器同相输入端通过一个置位电阻接供电电压，485芯片接收器反相输入端通过一个置位电阻接地，两个置位电阻用以使485芯片的空闲状态为固定状态。485芯片的接收器同相输入端与接收器反相输入端之间接有一个匹配电阻，用以防止信号传输过程中阻抗匹配不一致导致的信号反射。
发送端主处理器可以是ALTERA公司MAXII系列的EPM240，EPM570，或者其他更高级的FPGA；接收端主处理器也可以是ALTERA公司MAXII系列的EPM240，EPM570，或者其他更高级的FPGA；485芯片可以选用TI公司的3.3V高速485芯片SN75HVD11，或者其他3.3V高速485芯片。
本发明的优点是：从信号传输基本特征出发，巧妙运用信号传输时间延迟的特点来完成双绞线长度测量，由此解决模拟信号补偿问题。在具体实现方式上，采用全数字方式，达到模拟问题数字式解决的效果，抗干扰能力很强，且思路清晰简单，测量精度与选用处理器频率挂钩，当处理器内部计数器达到150MHZ时，精度可到1米，实际应用可根据应用情况选择合适的处理器，方式灵活，实现成本可控，同时该系统及方法的思路可用于其他类似问题的解决。
附图说明
图1是发送端的系统框图。
图2是接收端的系统框图。
图3是发送端与接收端485接口电路图。
图4是发送端发送波形图。
图5是接收端响应波形图。
图6是485信号无延迟信号图。
图7是485信号有延迟信号图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，包括发送端和接受端，发送端与接受端通过双绞线相连接。
发送端系统如图1所示，发送端主处理器内部由两个子模块构成：一个是波形发送模块，负责发送测量波形；另一个是计时器模块，负责计算波形往返时间，由485接收数据触发停止计时。485芯片负责处理电平转换，做数据的中转。发送端包括发送端主处理器和485芯片，发送端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；发送端主处理器包括波形发送模块和计时器模块；波形发送模块与485芯片通信连接，波形发送模块用以发送测量波形，485芯片用以将TTL电平信号转换成差分信号，分两路输出；计时器模块与波形发送模块及485芯片通信连接，计时器模块用以计算波形往返时间，485芯片用以触发计时器模块停止计时，波形发送模块用以产生Clear信号使计时器模块作清零处理。发送端主处理器采用ALTERA公司MAXII系列的EPM570，485芯片选用TI公司的3.3V高速485芯片SN75HVD11
接收端系统如图2所示，接收端主处理器主要做一个信号响应作用，即接收到发送端数据后，对其进行回应，从而使得发送端计时器停止计时。接受端包括接受端主处理器和485芯片，接受端主处理器和485芯片通信连接，485芯片连接双绞线；接受端主处理器包括接收端响应模块，接收端响应模块与485芯片通信连接，接收端响应模块用以接收到发送端数据后对其进行回应，485芯片用以将差分信号还原成TTL电平信号。接收端主处理器采用ALTERA公司MAXII系列的EPM570，485芯片选用TI公司的3.3V高速485芯片SN75HVD11
发送端与接受端电路一样，如图3所示，U2为485芯片，负责将TTL信号转化为差分信号，电阻R1与R3为置位电阻，使485空闲状态为固定状态，电阻R2是匹配电阻，防止信号传输过程中阻抗匹配不一致导致的信号反射。485芯片接收器同相输入端(数据线A)通过一个置位电阻接供电电压，485芯片接收器反相输入端(数据线B)通过一个置位电阻接地，。485芯片的接收器同相输入端与接收器反相输入端之间接有一个匹配电阻。
发送端发送波形如图4所示，其周期性发送波形，在周期T时间内，t1段时间485处于发送状态，同时发送485数据，数据波形如图4所示，发送端485数据信号之后使得485处于接收状态，等待接收端的响应信号，同时发送端在周期T内，产生内部Clear信号，用于计时器清零处理。
当接收端收到发送端数据后，对其进行响应，接收端响应波形如图5所示。
当485信号无延迟时，收发两端信号如图6所示：
(1)发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(2)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(3)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(4)由于整个过程中，485信号没有任何延迟，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3。
当485信号有延迟时，收发两端信号如图7所示：
(1)发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(2)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(3)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(4)由于整个过程中，485信号延迟t4时间，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3+2*t4(信号从发送端到接收端延迟t4，再从接收端返回到发送端也延迟t4，固为2*t4)；
(5)假设某一时刻发送端内部计时器记得的时间为S，则485信号延迟大小N为：
N＝(S-t3)/2
由于t3是固定的，所以上式就能计算出485信号延迟时间大小，根据公式
L＝V*t
计算得出双绞线长度。
本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，包括发送端和接受端，所述发送端与接受端通过双绞线相连接；其特征在于：
所述发送端包括发送端主处理器和485芯片，所述发送端主处理器和485芯片通信连接，所述485芯片连接双绞线；所述发送端主处理器包括波形发送模块和计时器模块；所述波形发送模块与485芯片通信连接，波形发送模块用以发送测量波形，485芯片用以将TTL电平信号转换成差分信号，分两路输出；所述计时器模块与波形发送模块及485芯片通信连接，计时器模块用以计算波形往返时间，485芯片用以触发计时器模块停止计时，波形发送模块用以产生Clear信号使计时器模块作清零处理；
所述接受端包括接受端主处理器和485芯片，所述接受端主处理器和485芯片通信连接，所述485芯片连接双绞线；所述接受端主处理器包括接收端响应模块，所述接收端响应模块与485芯片通信连接，所述接收端响应模块用以接收到发送端数据后对其进行回应，所述485芯片用以将差分信号还原成TTL电平信号。
2.如权利要求1所述的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，其特征在于：所述485芯片同相输入端通过一个置位电阻接供电电压，所述485芯片反相输入端通过一个置位电阻接地，所述两个置位电阻用以使485芯片的空闲状态为固定状态。
3.如权利要求1所述的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，其特征在于：所述485芯片的同相输入端与接收器反相输入端之间接有一个匹配电阻，用以防止信号传输过程中阻抗匹配不一致导致的信号反射。
4.如权利要求1所述的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，其特征在于：发送端主处理器选用ALTERA公司MAXII系列的EPM240或EPM570。
5.如权利要求1所述的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，其特征在于：接收端主处理器选用同ALTERA公司MAXII系列的EPM240或EPM570。
6.如权利要求1所述的基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度的系统，其特征在于：485芯片选用TI公司的3.3V高速485芯片SN75HVD11。
7.用于以上权利要求中任一权利要求所述基于RS485总线信号传输延迟测量双绞线长度系统的测量方法，其特征在于：按以下步骤进行：
(1)当RS-485信号无延迟时，发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(2)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(3)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(4)由于整个过程中，RS-485信号没有任何延迟，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3；
(5)当RS-485信号有延迟时，发送端在t1时间内发送测量信号，同时对内部计时器清零；
(6)接收端接收到发送信号后，延迟t2时间发送响应信号；
(7)发送端接收到接收端回发的响应信号后，立即停止计时；
(8)由于整个过程中，RS-485信号延迟t4时间，在这种条件下，周期T时间内发送端内部计时器计得的整个过程时间为t3+2*t4；
(9)假设某一时刻发送端内部计时器记得的时间为S，则RS-485信号延迟大小N为：N＝(S-t3)/2，由于t3是固定的，所以上式就能计算出RS-485信号延迟时间大小；
(10)根据公式L＝V*t，计算得出双绞线长度。
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