基于RS-485總線的可擴展局域網(wǎng)絡的研究

RS-485是在RS-422的基礎上發(fā)展起來的，能實現(xiàn)一點對多點的通信，也能實現(xiàn)多點雙向通信，但同一時刻只能有一個發(fā)送器，其余的為接收器，即一主多從的通信方式。目前市場上可供選擇的RS-485總線芯片很多，其中包括可支持128個節(jié)點的MAXl487和支持400個節(jié)點的SP485R。利用該類芯片可直接組成簡單的通信網(wǎng)絡。

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信號轉換成差分信號輸出，在接收端，接收器將差分信號轉換成TTL信號。因此具有較高的共模抑制能力。同時接收器具有較高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，數(shù)據(jù)傳輸可達1200m。如降低數(shù)據(jù)傳輸速率，則通信距離可更長。當通信速率為1200bps時，理論上通信距離可達15km。當傳輸距離超過300m時，在網(wǎng)絡的二端需接入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)絡結構及實施方案

在實際應用中，RS-485總線芯片本身所擁有的節(jié)點數(shù)已不能滿足需求，而往往需要一個接點龐大的復雜局域網(wǎng)絡（如幾千甚至幾萬個節(jié)點）來完成。連接在該網(wǎng)絡中的各類設備能相互通信，并且可以在一定節(jié)點數(shù)范圍內根據(jù)實際需要任意擴展，并做到即插即用。管理人員通過隨身攜帶的筆記本電腦，接入網(wǎng)絡中的任一接點，可了解整個網(wǎng)絡的運行情況。結合用戶應用程序，管理人員還可獲得連接于該網(wǎng)絡上相關設備的運行數(shù)據(jù)。

針對以上要求，局域網(wǎng)絡必須由多片具有RS-485總線的芯片連接而成。本文討論節(jié)點數(shù)≤32768點的局域網(wǎng)絡，使用MAXl487作收發(fā)器。根據(jù)RS-485總線的特點；在任一時刻，整個網(wǎng)絡只允許有一個發(fā)送器，其余的必須處于接收狀態(tài)。而接入網(wǎng)絡中的設備隨時可能有多個設備同時傳輸數(shù)據(jù)的要求，如不進行協(xié)調，就會出現(xiàn)總線競爭現(xiàn)象，使總線電子紊亂，整個網(wǎng)絡無法工作。

將一片MAXl487所能連接的128個節(jié)點作為一個子網(wǎng)，整個局域網(wǎng)絡由若干個子網(wǎng)組成。所有節(jié)點不直接和用戶設備相連，而是通過一個節(jié)點模塊和設備連接。這是一種二端帶通信口的智能化模塊，內帶一個單片機系統(tǒng)，用于執(zhí)行局域網(wǎng)絡通信協(xié)議，負責BS-485總線和設備間的通信，同時參與整個局域網(wǎng)絡的通信協(xié)調工作。模塊的一端為RS-485總線，用于連接網(wǎng)絡，另一端是RS-232總線（或TTL電平）與用戶設備、儀器儀表或智能傳感器連接。

子網(wǎng)中每個節(jié)點模塊都有自己的地址，用1個字節(jié)表示，即00H～7FH。而在整個局域網(wǎng)絡中，每個子網(wǎng)也有自己的子網(wǎng)地址，也用1個字節(jié)表示，即00H～FFH。這樣，在整個局域網(wǎng)絡中每個節(jié)點就有自己惟一的用2個字節(jié)的二進制數(shù)表示的地址，類似Internet中的IP地址，其地址格式如圖2所示。以00H子網(wǎng)05H節(jié)點為例，其中的X為無效位

規(guī)定每個子網(wǎng)中的地址為00H和7FH的2個節(jié)點為特殊節(jié)點。地址為00H的節(jié)點是該子網(wǎng)的管理者，協(xié)調子網(wǎng)中的通信，同時也是該子網(wǎng)的一個數(shù)據(jù)出入口，和上一個地址為7FH的節(jié)點連接。地址為7FH的節(jié)點為該子網(wǎng)的另一個數(shù)據(jù)出入口，負責和下一個子網(wǎng)中地址為00H的節(jié)點連接。這表示子網(wǎng)之間是由2個背靠背的節(jié)點模塊通過RS-232總線相連的。