一種無主多點(diǎn)光纖現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、本課題針對(duì)車輛測(cè)試、無人機(jī)測(cè)試、危險(xiǎn)環(huán)境試驗(yàn)等應(yīng)用需求，研究一種無主多點(diǎn)光纖總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)上多個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)高速通訊。由于車輛、無人機(jī)等系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備節(jié)點(diǎn)多，對(duì)總線技術(shù)傳輸距離、傳輸容量、實(shí)時(shí)性和可靠性的要求高，傳統(tǒng)的總線技術(shù)已難以滿足系統(tǒng)的需求，因此本課題研究了一種通信速率快、通信距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)性高的光纖現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，以分時(shí)與自由競(jìng)爭(zhēng)相結(jié)合的總線協(xié)議、高速光收發(fā)模塊、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等具體實(shí)施手段，解決了系統(tǒng)多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離高可靠性實(shí)時(shí)

2、通訊的問題。
　　本課題針對(duì)該新型光纖現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行了如下研究:
　　(1)總體方案研究。為搭建新型光纖現(xiàn)場(chǎng)總線，首先需要考慮采用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)間高速、高可靠性實(shí)時(shí)通訊。課題分別對(duì)環(huán)形拓?fù)浜托切瓮負(fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析和優(yōu)化，確定了采用結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、節(jié)點(diǎn)功率一致性更好的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成了總線接口電路架構(gòu)和協(xié)議模型的構(gòu)建。
　　(2)硬件接口模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。硬件接口電路中包含了與總線部分連接的光收發(fā)模塊部分，以及與

3、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間連接的數(shù)字通訊模塊部分。根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)需求，進(jìn)行各類芯片的選型，進(jìn)行電路的原理圖設(shè)計(jì)與PCB設(shè)計(jì)，PCB電路仿真結(jié)果表明硬件電路能夠滿足信號(hào)完整性設(shè)計(jì)要求。
　　(3)光纖現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議研究與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)光纖現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)實(shí)時(shí)性、靈活性等方面的要求，設(shè)計(jì)了一種基于時(shí)分多址的總線協(xié)議。該協(xié)議將總線通信過程劃分成了多個(gè)基本周期，每個(gè)基本周期內(nèi)包含固定時(shí)間窗和自由時(shí)間窗，其中，高實(shí)時(shí)性由固定時(shí)間窗部分體現(xiàn)，高靈活性由自由時(shí)間窗部分體