2 程序編制

　　下面是主機(jī)和單元的程序編制流程與說(shuō)明。

　　主機(jī)程序流程如下：

　?、偕想姟诘却杉瘯r(shí)間到→③啟動(dòng)供電開關(guān)J1→④發(fā)出啟動(dòng)命令→⑤等待單元發(fā)回應(yīng)答→⑥與單元通信完成采集→⑦發(fā)出結(jié)束命令→⑧判斷單元是否全部完成采集→⑨關(guān)閉J1供電→回到②等待下次采集。

　　其中，在⑤如果等不到單元發(fā)回的確認(rèn)，要回到斷開J1 回到③重新開始，如果多次重復(fù)均不成功，要做出錯(cuò)處理;在第⑧步，如果單元采集沒(méi)有完成，則回到第⑤等待下個(gè)單元的回復(fù)確認(rèn)。

　　對(duì)于每天只有幾次采集的低頻度情形，可使用低功耗定時(shí)振蕩器，用硬件電路控制主機(jī)的CPU供電，達(dá)到采集時(shí)刻主機(jī)才上電工作1次，大大降低功耗，適合在野外現(xiàn)場(chǎng)做數(shù)據(jù)采集。

　　單元程序流程如下：

　?、偕想姟诘却龁?dòng)命令→③啟動(dòng)傳感器采集數(shù)據(jù)/點(diǎn)亮L1/與主機(jī)通信/完成數(shù)據(jù)采集→④等待結(jié)束命令→⑤向下個(gè)單元發(fā)送啟動(dòng)命令→⑥進(jìn)入透?jìng)髂Ｊ健?/p>

　　其中透?jìng)髂Ｊ降?a target="_blank">編程框圖見(jiàn)圖3，思路如下：

　?。?）透?jìng)鞯暮x是既可以從接收主機(jī)方向數(shù)據(jù)傳給后面的單元，也可以從后面單元接收數(shù)據(jù)傳給主機(jī)（2）認(rèn)為常態(tài)是高電平，不停檢測(cè)左右兩邊的電平，為高時(shí)表示沒(méi)有數(shù)據(jù)傳遞。

　?。?）無(wú)論在哪個(gè)方向檢測(cè)到低電平，都立即把低電平傳輸?shù)搅硪粋€(gè)方向，直到這個(gè)低電平消失，便取消另一個(gè)方向的低電平。

　　3 傳送距離

　　傳送距離受透?jìng)鲉卧氲拿}沖寬度失真和單元電壓跌落兩個(gè)因素影響，下面分別討論。

　　3.1 透?jìng)鲉卧獙?duì)脈沖的寬度的失真

　　單元之間傳輸延遲如圖4 所示，命令由第N - 1 單元傳向第N 單元，在t1 時(shí)刻發(fā)出，t2 時(shí)刻結(jié)束，寬度為T1.線路電容等帶來(lái)脈沖的下降和上升時(shí)間，第N 單元認(rèn)定的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，由該單元的輸入端閾值決定，它認(rèn)定的寬度為T2.同樣道理，這個(gè)寬度傳送到N + 1 單元時(shí)被認(rèn)定為T3.T1，T2 ，T3 會(huì)有差異，造成脈寬逐級(jí)失真，超過(guò)一定限度就無(wú)法正確通信（串口專用11.059M 晶體用12M代替就無(wú)法工作，這時(shí)誤差僅為8%）。解決逐級(jí)失真的辦法有兩個(gè)：

　?。?）加快脈沖上升下降時(shí)間，可在單元的信號(hào)線加上拉電阻。上拉電阻的最小值，要保證它灌入的電流小于單片機(jī)能吸入電流的最大值;上拉電阻的最大值，要考慮它與信號(hào)線電容的時(shí)間常數(shù)小于通信脈寬的10%.例如，100 m的單元距離，按照普通絞線100 pF/m的分布電容，C = 100 pF×100=0.01 μF，如果使用1 200波特率，信號(hào)脈寬800 μs，則時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于80 μs，用τ = RC 計(jì)算，上拉電阻R = τ C = 80 μs /0.01μF =8 kΩ。按照經(jīng)驗(yàn)這個(gè)數(shù)值是可以用于單片機(jī)上拉的。

　?。?）智能判別法，透?jìng)鲉卧恢苯愚D(zhuǎn)發(fā)電平值，而是把整個(gè)字節(jié)或脈沖接收完畢后，判明是什么數(shù)據(jù)或脈沖，用約定的波特率或脈寬向下個(gè)單元轉(zhuǎn)發(fā)，這樣可以保證沒(méi)有累計(jì)的脈沖失真。

　　實(shí)際上，由于單元的一致性，累計(jì)誤差并不大，在波特率1 200 時(shí)，使用1 kΩ上拉電阻可以輕松實(shí)現(xiàn)10 m單元間距上百個(gè)單元級(jí)聯(lián)。

　　3.2 各個(gè)單元用電造成的供電降低和地線壓降

　　供電電壓的降低和地線壓降的影響分為3 個(gè)方面討論。

　　3.2.1 遠(yuǎn)端單元供電電壓的降低

　　離開主機(jī)越遠(yuǎn)，單元供電越低。設(shè)第1個(gè)單元與主機(jī)距離L1 m，每個(gè)單元距離L2 m，總單元個(gè)數(shù)為M，待機(jī)單元電流I1，工作單元電流I2，主機(jī)供電電壓為VCC，總線的每米電阻為r，則第N 個(gè)單元的電壓VN = VCC - L1*r*［（N - 1）*I1 + I2］ - L2*r*［（N - 1）*I2 + （N - 2）（N - 1） 2］。

　　當(dāng)L1 = 100 m，L2 = 10 m，M = 100個(gè)單元，I1 =10 μA，I2 = 10 mA，VCC = 5 V，每米電阻r = 0.01 Ω（截面1.5 mm2導(dǎo)線），則最尾端單元N =100得到的電壓為4.8 V，沒(méi)有超出5%波動(dòng)，可以認(rèn)定這個(gè)電壓在正常范圍。

　　以上是100個(gè)單元1 000 m 距離的情形，具有一定的代表意義。

　　3.2.2 單元之間產(chǎn)生的邏輯電平差

　　一般認(rèn)為，在TTL 系統(tǒng)中，低電平高于0.5 V，高電平低于3.5 V會(huì)出現(xiàn)不定態(tài)。在有上拉時(shí)，主要考慮低電平問(wèn)題，后級(jí)的低電平要疊加地線壓降作為前級(jí)的低電平。顯然，最大疊加電壓出現(xiàn)在第1個(gè)單元與主機(jī)之間，在上述參數(shù)下，這個(gè)疊加電壓約100 m 的線路加上活動(dòng)電流再加上100 個(gè)單元的待機(jī)電流，約為10 μA×100+10 mA=11 mA，在100 m線路產(chǎn)生的壓降為11 mA×0.01 m=11 mV，數(shù)值很低，可忽略不計(jì)。

　　3.2.3 附加模擬信號(hào)總線時(shí)產(chǎn)生的誤差

　　到達(dá)主機(jī)的模擬電壓會(huì)附加上各單元間地線的電壓差。有2個(gè)辦法可以解決這個(gè)問(wèn)題，一是修正法，根據(jù)采樣的單元個(gè)數(shù)，減去所經(jīng)過(guò)的單元的地線電壓差。

　　例如，采樣第10個(gè)單元，疊加的電壓為100 m×0.01 Ω×11 mA+10 m×10×0.01 Ω×11 mA=22 mV，主機(jī)采樣電壓時(shí)減去這個(gè)數(shù)值可近似認(rèn)為是準(zhǔn)確電壓。二是采用雙線差分信號(hào)傳輸，經(jīng)過(guò)2個(gè)模擬開關(guān)選通，不但傳送N 單元的模擬信號(hào)，還傳送N 單元的地線到主機(jī)，經(jīng)過(guò)主機(jī)的差分放大器，取出N 單元的實(shí)際模擬信號(hào)，如圖2所示。

　　3.3 供電方式

　　上述示意圖中，主機(jī)供電VCC 是直接連接到各個(gè)單元的，在遠(yuǎn)距離時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降。可以使用兩種方案避免：一是每個(gè)單元增加一個(gè)可關(guān)斷DC/DC穩(wěn)壓模塊，被選中的單元接通模塊，只給本單元供電，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是待機(jī)單元不啟動(dòng)DC/DC模塊，不增加任何功耗，缺點(diǎn)是成本稍高;二是采用較高電壓供電，例如12 V，每個(gè)單元設(shè)立線性降壓至5 V后給單片機(jī)和傳感器使用，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、低成本，缺點(diǎn)是各個(gè)單元的降壓電路在持續(xù)工作，會(huì)增加靜態(tài)電流。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文提出的組網(wǎng)方法，非常適合于線狀分布的測(cè)點(diǎn)，方便實(shí)用，簡(jiǎn)明易用，在低速場(chǎng)合可以獲得很遠(yuǎn)的傳送距離，還能擴(kuò)展傳送模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)用，證明其穩(wěn)定、簡(jiǎn)單、價(jià)廉，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

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