基于RS-485總線的可擴(kuò)展局域網(wǎng)絡(luò)的研究

RS-485是在RS-422的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，也能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)雙向通信，但同一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送器，其余的為接收器，即一主多從的通信方式。目前市場(chǎng)上可供選擇的RS-485總線芯片很多，其中包括可支持128個(gè)節(jié)點(diǎn)的MAXl487和支持400個(gè)節(jié)點(diǎn)的SP485R。利用該類(lèi)芯片可直接組成簡(jiǎn)單的通信網(wǎng)絡(luò)。

RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送、差分接收的方式，即在發(fā)送端將TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出，在接收端，接收器將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL信號(hào)。因此具有較高的共模抑制能力。同時(shí)接收器具有較高的靈敏度，能檢測(cè)低達(dá)200mV的電壓，數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)1200m。如降低數(shù)據(jù)傳輸速率，則通信距離可更長(zhǎng)。當(dāng)通信速率為1200bps時(shí)，理論上通信距離可達(dá)15km。當(dāng)傳輸距離超過(guò)300m時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)的二端需接入120Ω的匹配電阻，以減少因阻抗不匹配而引起的反射，吸收噪聲，從而有效抑制噪聲干擾。MAXl487的接口電路示意圖如圖1所示。

2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及實(shí)施方案

在實(shí)際應(yīng)用中，RS-485總線芯片本身所擁有的節(jié)點(diǎn)數(shù)已不能滿(mǎn)足需求，而往往需要一個(gè)接點(diǎn)龐大的復(fù)雜局域網(wǎng)絡(luò)（如幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)）來(lái)完成。連接在該網(wǎng)絡(luò)中的各類(lèi)設(shè)備能相互通信，并且可以在一定節(jié)點(diǎn)數(shù)范圍內(nèi)根據(jù)實(shí)際需要任意擴(kuò)展，并做到即插即用。管理人員通過(guò)隨身攜帶的筆記本電腦，接入網(wǎng)絡(luò)中的任一接點(diǎn)，可了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。結(jié)合用戶(hù)應(yīng)用程序，管理人員還可獲得連接于該網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

針對(duì)以上要求，局域網(wǎng)絡(luò)必須由多片具有RS-485總線的芯片連接而成。本文討論節(jié)點(diǎn)數(shù)≤32768點(diǎn)的局域網(wǎng)絡(luò)，使用MAXl487作收發(fā)器。根據(jù)RS-485總線的特點(diǎn)；在任一時(shí)刻，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只允許有一個(gè)發(fā)送器，其余的必須處于接收狀態(tài)。而接入網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備隨時(shí)可能有多個(gè)設(shè)備同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的要求，如不進(jìn)行協(xié)調(diào)，就會(huì)出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，使總線電子紊亂，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法工作。

將一片MAXl487所能連接的128個(gè)節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)子網(wǎng)，整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)由若干個(gè)子網(wǎng)組成。所有節(jié)點(diǎn)不直接和用戶(hù)設(shè)備相連，而是通過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊和設(shè)備連接。這是一種二端帶通信口的智能化模塊，內(nèi)帶一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，用于執(zhí)行局域網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，負(fù)責(zé)BS-485總線和設(shè)備間的通信，同時(shí)參與整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)調(diào)工作。模塊的一端為RS-485總線，用于連接網(wǎng)絡(luò)，另一端是RS-232總線（或TTL電平）與用戶(hù)設(shè)備、儀器儀表或智能傳感器連接。

子網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊都有自己的地址，用1個(gè)字節(jié)表示，即00H～7FH。而在整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)子網(wǎng)也有自己的子網(wǎng)地址，也用1個(gè)字節(jié)表示，即00H～FFH。這樣，在整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)就有自己惟一的用2個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制數(shù)表示的地址，類(lèi)似Internet中的IP地址，其地址格式如圖2所示。以00H子網(wǎng)05H節(jié)點(diǎn)為例，其中的X為無(wú)效位

規(guī)定每個(gè)子網(wǎng)中的地址為00H和7FH的2個(gè)節(jié)點(diǎn)為特殊節(jié)點(diǎn)。地址為00H的節(jié)點(diǎn)是該子網(wǎng)的管理者，協(xié)調(diào)子網(wǎng)中的通信，同時(shí)也是該子網(wǎng)的一個(gè)數(shù)據(jù)出入口，和上一個(gè)地址為7FH的節(jié)點(diǎn)連接。地址為7FH的節(jié)點(diǎn)為該子網(wǎng)的另一個(gè)數(shù)據(jù)出入口，負(fù)責(zé)和下一個(gè)子網(wǎng)中地址為00H的節(jié)點(diǎn)連接。這表示子網(wǎng)之間是由2個(gè)背靠背的節(jié)點(diǎn)模塊通過(guò)RS-232總線相連的。