一種無主多點光纖現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議的研究與設(shè)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(yīng)用需求，研究一種無主多點光纖總線，實現(xiàn)對被測系統(tǒng)上多個設(shè)備節(jié)點的實時高速通訊。由于車輛、無人機等系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備節(jié)點多，對總線技術(shù)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(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、實時性高的光纖現(xiàn)場總線技術(shù)，以分時與自由競爭相結(jié)合的總線協(xié)議、高速光收發(fā)模塊、星型拓撲結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)場總線，首先需要考慮采用何種拓撲結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)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(jié)構(gòu)進行比較分析和優(yōu)化，確定了采用結(jié)構(gòu)更簡單、節(jié)點功率一致性更好的星形拓撲結(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)計與實現(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，進行各類芯片的選型，進行電路的原理圖設(shè)計與PCB設(shè)計，PCB電路仿真結(jié)果表明硬件電路能夠滿足信號完整性設(shè)計要求。
　　(3)光纖現(xiàn)場總線協(xié)議研究與實現(xiàn)。根據(jù)光纖現(xiàn)場總線對實時性、靈活性等方面的要求，設(shè)計了一種基于時分多址的總線協(xié)議。該協(xié)議將總線通信過程劃分成了多個基本周期，每個基本周期內(nèi)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(xiàn)，高靈活性由自由時間窗部分體