RS-485協(xié)議?簡(jiǎn)介

近三十多年以來，工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用，亟需一種總線通信技術(shù)能夠適合遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信。電子工業(yè)協(xié)會(huì)于1983年在RS-422工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，制訂并發(fā)布了RS-485總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。RS-485工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)能夠有效支持多個(gè)分節(jié)點(diǎn)和通信距離遠(yuǎn)，并且對(duì)于信息的接收靈敏度較高等特性。在工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中，RS-485總線一般主要用于與外部各種工業(yè)設(shè)備進(jìn)行信息傳輸和數(shù)據(jù)交換，所具備的對(duì)于噪聲的有效抑制能力、高效的數(shù)據(jù)傳輸速率與良好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃阅芤约翱蓴U(kuò)展的通信電纜的長(zhǎng)度是其他的許多工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)所無法比擬的。因此，RS．485總線在諸多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如在工業(yè)控制領(lǐng)域、交通的自動(dòng)化控制領(lǐng)域和現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)等。

RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了總線接口的電氣特性標(biāo)準(zhǔn)即對(duì)于2個(gè)邏輯狀態(tài)的定義：正電平在 2V～ 6V之間，表示一個(gè)邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在-2V～-6V之間，則表示另一個(gè)邏輯狀態(tài)；數(shù)字信號(hào)采用差分傳輸方式，能夠有效減少噪聲信號(hào)的干擾。但是RS-485總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)的應(yīng)用層通信協(xié)議并沒有做出明確的規(guī)定，則對(duì)于用戶或者相關(guān)的開發(fā)者來說都可以建立對(duì)于自己的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相關(guān)的所適用的高層通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)-。同時(shí)由于在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用RS-485總線通信網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)中，經(jīng)常是以分散性的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制單元的數(shù)量居多并且各個(gè)工業(yè)設(shè)備之間的分布較遠(yuǎn)為主，將會(huì)導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)中存在各種各樣的干擾使得整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信效率可靠性不高，而在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詫?huì)直接影響著整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)的可靠性，因此研究RS-485總線通信系統(tǒng)的通信可靠性具有現(xiàn)實(shí)意義。

典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)是RS232和RS485，它們定義了電壓,阻抗等，但不對(duì)軟件協(xié)議給予定義，區(qū)別于RS232, RS485的特性包括：

1.RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為 （2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。

2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps 。

3. RS-485接口強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

4. RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米(理論上的數(shù)據(jù)，在實(shí)際操作中，極限距離僅達(dá)1200米左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根連線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。 RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。

RS-485協(xié)議收發(fā)器電路設(shè)計(jì)

RS485收發(fā)器電路設(shè)計(jì)利用SBUS多主式協(xié)議，完成了多路溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。常見的串口RS-232標(biāo)準(zhǔn)因?yàn)橥ㄐ啪嚯x短、速率低，所以不適于該通信系統(tǒng)，而RS一485標(biāo)準(zhǔn)則很好地彌補(bǔ)了這方面的缺陷。所以物理層的收發(fā)器設(shè)計(jì)采用了MAX485芯片，具體電路如圖1所示。

Rs485收發(fā)器有2個(gè)使能端，將接收使能端接地，發(fā)送使能端由51單片機(jī)控制，所以主機(jī)空閑時(shí)一直處于接收狀態(tài)，而當(dāng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候使能發(fā)送端即可。另外，為了實(shí)現(xiàn)總線的監(jiān)聽，將串口接收端通過施密特觸發(fā)器接至單片機(jī)的外部中斷INT0，這樣可通過中斷來判斷總線是否忙。

RS-485協(xié)議連接方式

在 RS485 通信網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)使用 485 收發(fā)器來轉(zhuǎn)換 TTL 電平和 RS485 電平。節(jié)點(diǎn)中的串口控制器使用 RX 與 TX 信號(hào)線連接到 485 收發(fā)器上，而收發(fā)器通過差分線連接到網(wǎng)絡(luò)總線，串口控制器與收發(fā)器之間一般使用 TTL 信號(hào)傳輸，收發(fā)器與總線則使用差分信號(hào)來傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，串口控制器的 TX 信號(hào)經(jīng)過收發(fā)器轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)傳輸?shù)娇偩€上，而接收數(shù)據(jù)時(shí)，收發(fā)器把總線上的差分信號(hào)轉(zhuǎn)化成 TTL 信號(hào)通過 RX 引腳傳輸?shù)酱诳刂破髦?。通常在這些節(jié)點(diǎn)中只能有一個(gè)主機(jī)，剩下的全為從機(jī)。在總線的起止端分別加了一個(gè) 120 歐的匹配電阻。

隧道技術(shù)的實(shí)質(zhì)是如何利用一種網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議來傳輸另一種網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，其基本功能是封裝和加密，主要利用隧道協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。封裝是構(gòu)建隧道的基本手段。從隧道的兩端來看，封裝就是用來創(chuàng)建、維持和撤銷一個(gè)隧道，來實(shí)現(xiàn)信息的隱蔽和抽象。而如果流經(jīng)隧道的數(shù)據(jù)不加密，那么整個(gè)隧道就暴露在公共網(wǎng)絡(luò)中，VPN的安全性和私有性就得不到體現(xiàn)。

網(wǎng)路隧道技術(shù)涉及了3種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)隧道協(xié)議、隧道協(xié)議下面的承載協(xié)議和隧道協(xié)議所承載的被承載協(xié)議。如圖所示

隧道協(xié)議作為VPN IP層的底層，將VPN IP分組進(jìn)行安裝封裝；隧道協(xié)議同時(shí)作為公用IP網(wǎng)的一種特殊形式，將封裝的VPN分組利用公網(wǎng)內(nèi)的IP協(xié)議棧進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)的功能。隧道協(xié)議在這個(gè)協(xié)議體系中起著承上啟下的作用。

隧道協(xié)議存在多種可能的實(shí)現(xiàn)方式，按照工作的層次，可分為兩類：一類是二層隧道協(xié)議，用于傳輸二層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要應(yīng)用于構(gòu)建撥號(hào)VPN（Access VPN）；另一類是三層隧道協(xié)議，用于傳輸三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它主要應(yīng)用于構(gòu)建內(nèi)部網(wǎng)VPN（Intranet VPN）和外聯(lián)網(wǎng)（VPN Extranet VPN）。

隧道協(xié)議二層隧道協(xié)議

二層隧道協(xié)議指用公用網(wǎng)絡(luò)來封裝和傳輸二層（數(shù)據(jù)鏈路層）協(xié)議，此時(shí)在隧道內(nèi)傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)鏈路層的幀。工作原理如圖所示

在點(diǎn)到點(diǎn)的二層鏈路上，最常用的二層協(xié)議是PPP協(xié)議，隧道協(xié)議實(shí)現(xiàn)中，首先將IP分組封裝在二層的PPP協(xié)議幀中，也就是會(huì)所，先把各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議封裝在PPP中，再把整個(gè)數(shù)據(jù)包裝入二層隧道協(xié)議中。這種雙層封裝方法形成的數(shù)據(jù)包在公用網(wǎng)絡(luò)中傳輸。

第二層隧道協(xié)議具有簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，但是他沒的可擴(kuò)展性不太好，而且提供內(nèi)在的安全機(jī)制安全強(qiáng)度低，因此它們不支持企業(yè)和企業(yè)的外部客戶以及供應(yīng)商之間通信的保密性需求，不適合用來構(gòu)建連接企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和企業(yè)的外部客戶和供應(yīng)商的企業(yè)外部網(wǎng)VPN。

隧道協(xié)議三層隧道協(xié)議

三層隧道協(xié)議是用公用網(wǎng)來封裝和傳輸三層（網(wǎng)路層）協(xié)議（如IP、IPX、AppleTalk等），此時(shí)在隧道內(nèi)傳輸?shù)氖蔷W(wǎng)路層的分組。三層隧道協(xié)議并非是一種很新的技術(shù)，早已出現(xiàn)的RFC 1701 通路路由封裝協(xié)議就是一個(gè)三層隧道協(xié)議。IETF制定的IP層加密標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IPSec 也是一個(gè)三層速到協(xié)議，利用IPSec（ESP/AN）的隧道模式構(gòu)成的VPN隧道。三層隧道協(xié)議的協(xié)議棧如圖所示，

ANCP由GSMPv3（General Switch Management Protocol Version 3）協(xié)議承載，并對(duì)GSMPv3協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)充，增加了鄰接關(guān)系的建立與維護(hù)體制。