基于RS-485總線(xiàn)的可擴展局域網(wǎng)絡(luò )的研究

RS-485是在RS-422的基礎上發(fā)展起來(lái)的，能實(shí)現一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信，也能實(shí)現多點(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(xiàn)芯片很多，其中包括可支持128個(gè)節點(diǎn)的MAXl487和支持400個(gè)節點(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(shí)接收器具有較高的靈敏度，能檢測低達200mV的電壓，數據傳輸可達1200m。如降低數據傳輸速率，則通信距離可更長(cháng)。當通信速率為1200bps時(shí)，理論上通信距離可達15km。當傳輸距離超過(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 )結構及實(shí)施方案

在實(shí)際應用中，RS-485總線(xiàn)芯片本身所擁有的節點(diǎn)數已不能滿(mǎn)足需求，而往往需要一個(gè)接點(diǎn)龐大的復雜局域網(wǎng)絡(luò )（如幾千甚至幾萬(wàn)個(gè)節點(diǎn)）來(lái)完成。連接在該網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)設備能相互通信，并且可以在一定節點(diǎn)數范圍內根據實(shí)際需要任意擴展，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 )的運行情況。結合用戶(hù)應用程序，管理人員還可獲得連接于該網(wǎng)絡(luò )上相關(guān)設備的運行數據。

針對以上要求，局域網(wǎng)絡(luò )必須由多片具有RS-485總線(xiàn)的芯片連接而成。本文討論節點(diǎn)數≤32768點(diǎn)的局域網(wǎng)絡(luò )，使用MAXl487作收發(fā)器。根據RS-485總線(xiàn)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 )中的設備隨時(shí)可能有多個(gè)設備同時(shí)傳輸數據的要求，如不進(jìn)行協(xié)調，就會(huì )出現總線(xiàn)競爭現象，使總線(xiàn)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。所有節點(diǎn)不直接和用戶(hù)設備相連，而是通過(guò)一個(gè)節點(diǎn)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(gè)單片機系統，用于執行局域網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議，負責BS-485總線(xiàn)和設備間的通信，同時(shí)參與整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò )的通信協(xié)調工作。模塊的一端為RS-485總線(xiàn)，用于連接網(wǎng)絡(luò )，另一端是RS-232總線(xiàn)（或TTL電平）與用戶(hù)設備、儀器儀表或智能傳感器連接。

子網(wǎng)中每個(gè)節點(diǎn)模塊都有自己的地址，用1個(gè)字節表示，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)字節表示，即00H～FFH。這樣，在整個(gè)局域網(wǎng)絡(luò )中每個(gè)節點(diǎn)就有自己惟一的用2個(gè)字節的二進(jìn)制數表示的地址，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節點(diǎn)為例，其中的X為無(wú)效位

規定每個(gè)子網(wǎng)中的地址為00H和7FH的2個(gè)節點(diǎn)為特殊節點(diǎn)。地址為00H的節點(diǎn)是該子網(wǎng)的管理者，協(xié)調子網(wǎng)中的通信，同時(shí)也是該子網(wǎng)的一個(gè)數據出入口，和上一個(gè)地址為7FH的節點(diǎn)連接。地址為7FH的節點(diǎn)為該子網(wǎng)的另一個(gè)數據出入口，負責和下一個(gè)子網(wǎng)中地址為00H的節點(diǎn)連接。這表示子網(wǎng)之間是由2個(gè)背靠背的節點(diǎn)模塊通過(guò)RS-232總線(xiàn)相連的。