一種無主多點光纖現場總線結構及通訊協議的研究與設計.pdf

1、本課題針對車輛測試、無人機測試、危險環(huán)境試驗等應用需求，研究一種無主多點光纖總線，實現對被測系統(tǒng)上多個設備節(jié)點的實時高速通訊。由于車輛、無人機等系統(tǒng)內部設備節(jié)點多，對總線技術傳輸距離、傳輸容量、實時性和可靠性的要求高，傳統(tǒng)的總線技術已難以滿足系統(tǒng)的需求，因此本課題研究了一種通信速率快、通信距離遠、實時性高的光纖現場總線技術，以分時與自由競爭相結合的總線協議、高速光收發(fā)模塊、星型拓撲結構等具體實施手段，解決了系統(tǒng)多節(jié)點、遠距離高可靠性實時

2、通訊的問題。
　　本課題針對該新型光纖現場總線進行了如下研究:
　　(1)總體方案研究。為搭建新型光纖現場總線，首先需要考慮采用何種拓撲結構能夠實現多節(jié)點間高速、高可靠性實時通訊。課題分別對環(huán)形拓撲和星形拓撲結構進行比較分析和優(yōu)化，確定了采用結構更簡單、節(jié)點功率一致性更好的星形拓撲結構，完成了總線接口電路架構和協議模型的構建。
　　(2)硬件接口模塊設計與實現。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、現場設備之間連接的數字通訊模塊部分。根據系統(tǒng)的參數需求，進行各類芯片的選型，進行電路的原理圖設計與PCB設計，PCB電路仿真結果表明硬件電路能夠滿足信號完整性設計要求。
　　(3)光纖現場總線協議研究與實現。根據光纖現場總線對實時性、靈活性等方面的要求，設計了一種基于時分多址的總線協議。該協議將總線通信過程劃分成了多個基本周期，每個基本周期內包含固定時間窗和自由時間窗，其中，高實時性由固定時間窗部分體現，高靈活性由自由時間窗部分體