發(fā)布時間：2009-12-04 20:36:00 閱讀次數(shù)：1567
工業(yè)自動化中遠程控制很適合用RS485組網(wǎng)。本文以總線型多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，介紹了用RS485構(gòu)成主從機方式通信網(wǎng)絡(luò)的一般組網(wǎng)方法。
一、概述
在數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)上的分布式控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要采用串行通信來達到遠程信息交換的目的。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，包括RS232、RS422和RS485。RS232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。其后發(fā)展起來的RS422、RS485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，比起RS232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。
RS485串行接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)實際上是RS422的變型，它屬于七層OSI（Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互連）模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易，RS485總線標(biāo)準(zhǔn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其互連方式如圖1所示。
RS485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果用100Kbps時傳輸距離可達1.2km。另外RS485實現(xiàn)了多點互連，最多可達32臺驅(qū)動器和32臺接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實現(xiàn)半雙工通信，而且可以實現(xiàn)全雙工通信。下面以RS485總線型網(wǎng)絡(luò)為原型，介紹它的軟硬件構(gòu)成。
二、RS485總線型多點互連設(shè)計
1．硬件電路設(shè)計
分布式多點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用總線方式，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法。圖2所示是用RS485構(gòu)成的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用主從方式進行多機通信。主機可以是PC機、工控機或單片機，從機一般是單片機。每個從機擁有自己固定的地址，由主機控制完成網(wǎng)上的每一次通信。R為平衡電阻，通常取為120歐。
開始時所有從機復(fù)位，即處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待主機的呼叫。當(dāng)主機向網(wǎng)上發(fā)出某一從機的地址時，所有從機接收到該地址并與自己的地址相比較。如果相符，說明主機在呼叫自己，應(yīng)發(fā)回應(yīng)答信號，表示準(zhǔn)備好開始接收后面的命令和數(shù)據(jù)；否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。主機收到從機的應(yīng)答后，則開始一次通信。通信完畢，從機繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。
采用單片機和RS485接口的原理圖如圖3所示。由于使用半雙工方式，RS485接口芯片采用的是SN75LBC184集成電路。這是具有瞬變高壓抑制功能的芯片，能抗雷擊、靜電放電，避免因交流電故障引起的非正常高壓脈沖沖擊。A、B為RS485總線接口，DI是發(fā)送端，RO為接收端，分別與單片機串行口的TXD、RXD連接，RE、DE為收發(fā)使能端，由單片機的 P1.4口作為收發(fā)控制。數(shù)據(jù)采集或控制信號的輸出通過P0口進行，P2的口線可用來控制A/D或D/A轉(zhuǎn)換。
2．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
SN75LBC184僅能保證在物理層上二進制信號流的暢通。為了能使具體的命令、數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上正確地傳輸，在數(shù)據(jù)鏈路層必須提供一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證在物理層的比特流出現(xiàn)錯誤時進行檢測和校正，同時實現(xiàn)生成數(shù)據(jù)幀和命令幀的功能。
主機發(fā)出的信息分為地址和數(shù)據(jù)，它們必須區(qū)分開。單片機[1]串行口模式3是波特率可變的9位通信方式，可編程位（TB8）由主機單片機自動打包區(qū)別地址和數(shù)據(jù)，TB8為1表示地址字節(jié)，否則是數(shù)據(jù)字節(jié)。從機接收時則根據(jù)這一位來區(qū)別地址和數(shù)據(jù)。
通信開始前，所有的從機處于復(fù)位狀態(tài)，監(jiān)聽主機的地址呼叫。FFH的呼叫地址將使所有的從機復(fù)位。這時的從機只對TB8為1的地址字節(jié)敏感，對數(shù)據(jù)字節(jié)不予理睬。如果有地址呼叫，則中斷所有的從機。每個從機都把接收到的呼叫地址和本機地址相比較，如果相符，則該從機開始接收數(shù)據(jù)幀。其他從機則保持不變，后面的數(shù)據(jù)字節(jié)由于TB8為0，它們不接收，繼續(xù)監(jiān)聽地址呼叫。通信的從機完成通信后自動轉(zhuǎn)入復(fù)位狀態(tài)。
通信的數(shù)據(jù)長度必定大于一個字節(jié)，必須將他們合成一幀。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議幀的格式如表1所示。
第一部分只有一個字節(jié)，代表該幀的長度為N+2。第二部分是N個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包。具體地說，當(dāng)主機發(fā)給從機的時候，數(shù)據(jù)包包括命令字及參數(shù)；當(dāng)從機回送給主機的時候，包括狀態(tài)字以及必要的數(shù)據(jù)。最后一部分是采用CCITT（Consultative Committee International for Telephony and Telegraph，國際電報電話咨詢委員會）的CRC（Cyclic Redundancy Cheek，循環(huán)冗余校驗）碼，長度是兩個字節(jié)。
三、服務(wù)軟件
按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的幀格式編寫的通信軟件通過物理層最終完成主機與從機之間的數(shù)據(jù)交換。在總線型拓撲結(jié)構(gòu)構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主機和各從機間傳送的命令和數(shù)據(jù)是二進制的直接傳送，并且從機還要完成采集數(shù)據(jù)和控制的任務(wù)，主機要完成集中處理的任務(wù)，所以服務(wù)軟件要使主機和各從機協(xié)調(diào)一致地工作，盡量減小通信對其他工作的影響。
四、結(jié)束語
本文著重討論了用RS485構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本組網(wǎng)方法，當(dāng)然在具體的應(yīng)用中還會有一些變化。由于RS485具有性能優(yōu)異、組網(wǎng)簡單的優(yōu)點，它在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，特別是在要求遠距離傳輸?shù)膽?yīng)用中。由于其硬件電路已比較成熟，設(shè)計中的問題主要集中在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和服務(wù)軟件的設(shè)計上。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是保證通信暢通的關(guān)鍵，在一定程度上也影響著網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，即它必須能夠抵抗實際運作環(huán)境的干擾。另外通信只是整個系統(tǒng)中的一個部分，系統(tǒng)還必須完成諸如數(shù)據(jù)采集和控制的功能。這就要求通信占用盡量少的時間，以求達到整個系統(tǒng)的高效率。在通信數(shù)據(jù)量一定的情況下，采用較高的波特率當(dāng)然比較好，但高的波特率必定要降低傳輸距離，在實際應(yīng)用中必須仔細衡量。更好的辦法就是采用數(shù)據(jù)壓縮算法，在傳輸前對數(shù)據(jù)進行壓縮，可使通信數(shù)據(jù)量大大減少，網(wǎng)絡(luò)效率成倍提高。