一种线型 网的三线制数据测量方法

3传送距离

传送距离受透传单元引入的脉冲宽度失真和单元电压跌落两个因素影响，下面分别讨论。

3.1透传单元对脉冲的宽度的失真

单元之间传输延迟如图4所示，命令由第N - 1单元传向第N单元，在t1时刻发出，t2时刻结束，宽度为T1.线路电容等带来脉冲的下降和上升时间，第N单元认定的翻转时刻，由该单元的输入端阈值决定，它认定的宽度为T2.同样道理，这个宽度传送到N + 1单元时被认定为T3.T1，T2 ，T3会有差异，造成脉宽逐级失真，超过一定限度就无法正确通信（串口专用11.059M晶体用12M代替就无法工作，这时误差仅为8%）。解决逐级失真的办法有两个：

（1）加快脉冲上升下降时间，可在单元的信号线加上拉电阻。上拉电阻的最小值，要保证它灌入的电流小于单片机能吸入电流的最大值；上拉电阻的最大值，要考虑它与信号线电容的时间常数小于通信脉宽的10%.例如，100 m的单元距离，按照普通绞线100 pF/m的分布电容，C = 100 pF×100=0.01μF，如果使用1 200波特率，信号脉宽800μs，则时间常数应小于80μs，用τ= RC计算，上拉电阻R =τC = 80μs /0.01μF =8 kΩ。按照经验这个数值是可以用于单片机上拉的。

（2）智能判别法，透传单元不直接转发电平值，而是把整个字节或脉冲接收完毕后，判明是什么数据或脉冲，用约定的波特率或脉宽向下个单元转发，这样可以保证没有累计的脉冲失真。

实际上，由于单元的一致性，累计误差并不大，在波特率1 200时，使用1 kΩ上拉电阻可以轻松实现10 m单元间距上百个单元级联。

3.2各个单元用电造成的供电降低和地线压降

供电电压的降低和地线压降的影响分为3个方面讨论。

3.2.1远端单元供电电压的降低

离开主机越远，单元供电越低。设第1个单元与主机距离L1 m，每个单元距离L2 m，总单元个数为M，待机单元电流I1，工作单元电流I2，主机供电电压为VCC，总线的每米电阻为r，则第N个单元的电压VN = VCC - L1*r*[（N - 1）*I1 + I2] - L2*r*[（N - 1）*I2 + （N - 2）（N - 1） 2].

当L1 = 100 m，L2 = 10 m，M = 100个单元，I1 =10μA，I2 = 10 mA，VCC = 5 V，每米电阻r = 0.01Ω（截面1.5 mm2导线），则最尾端单元N =100得到的电压为4.8 V，没有超出5%波动，可以认定这个电压在正常范围。

以上是100个单元1 000 m距离的情形，具有一定的代表意义。

3.2.2单元之间产生的逻辑电平差

一般认为，在TTL系统中，低电平高于0.5 V，高电平低于3.5 V会出现不定态。在有上拉时，主要考虑低电平问题，后级的低电平要叠加地线压降作为前级的低电平。显然，最大叠加电压出现在第1个单元与主机之间，在上述参数下，这个叠加电压约100 m的线路加上活动电流再加上100个单元的待机电流，约为10μA×100+10 mA=11 mA，在100 m线路产生的压降为11 mA×0.01 m=11 mV，数值很低，可忽略不计。

3.2.3附加模拟信号总线时产生的误差

到达主机的模拟电压会附加上各单元间地线的电压差。有2个办法可以解决这个问题，一是修正法，根据采样的单元个数，减去所经过的单元的地线电压差。

例如，采样第10个单元，叠加的电压为100 m×0.01Ω×11 mA+10 m×10×0.01Ω×11 mA=22 mV，主机采样电压时减去这个数值可近似认为是准确电压。二是采用双线差分信号传输，经过2个模拟开关选通，不但传送N单元的模拟信号，还传送N单元的地线到主机，经过主机的差分放大器，取出N单元的实际模拟信号，如图2所示。

3.3供电方式

上述示意图中，主机供电VCC是直接连接到各个单元的，在远距离时会产生电压降。可以使用两种方案避免：一是每个单元增加一个可关断DC/DC稳压模块，被选中的单元接通模块，只给本单元供电，这样做的优点是待机单元不启动DC/DC模块，不增加任何功耗，缺点是成本稍高；二是采用较高电压供电，例如12 V，每个单元设立线性降压至5 V后给单片机和传感器使用，这样做的优点是简单、低成本，缺点是各个单元的降压电路在持续工作，会增加静态电流。

4结语

本文提出的组网方法，非常适合于线状分布的测点，方便实用，简明易用，在低速场合可以获得很远的传送距离，还能扩展传送模拟信号，经过多个项目的运用，证明其稳定、简单、价廉，具有一定的实用价值。