RS-485協(xié)議網絡設計

RS-485協(xié)議收發(fā)器電路設計

RS485收發(fā)器電路設計利用SBUS多主式協(xié)議，完成了多路溫度采集系統(tǒng)的設計。常見的串口RS-232標準因為通信距離短、速率低，所以不適于該通信系統(tǒng)，而RS一485標準則很好地彌補了這方面的缺陷。所以物理層的收發(fā)器設計采用了MAX485芯片，具體電路如圖1所示。

Rs485收發(fā)器有2個使能端，將接收使能端接地，發(fā)送使能端由51單片機控制，所以主機空閑時一直處于接收狀態(tài)，而當需要發(fā)送數(shù)據(jù)的時候使能發(fā)送端即可。另外，為了實現(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 通信網絡中，通常會使用 485 收發(fā)器來轉換 TTL 電平和 RS485 電平。節(jié)點中的串口控制器使用 RX 與 TX 信號線連接到 485 收發(fā)器上，而收發(fā)器通過差分線連接到網絡總線，串口控制器與收發(fā)器之間一般使用 TTL 信號傳輸，收發(fā)器與總線則使用差分信號來傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)時，串口控制器的 TX 信號經過收發(fā)器轉換成差分信號傳輸?shù)娇偩€上，而接收數(shù)據(jù)時，收發(fā)器把總線上的差分信號轉化成 TTL 信號通過 RX 引腳傳輸?shù)酱诳刂破髦?。通常在這些節(jié)點中只能有一個主機，剩下的全為從機。在總線的起止端分別加了一個 120 歐的匹配電阻。

典型的串行通訊標準是RS232和RS485，它們定義了電壓,阻抗等，但不對軟件協(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，即抗噪聲干擾性好。

4. RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達 3000米(理論上的數(shù)據(jù)，在實際操作中，極限距離僅達1200米左右），另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達128個收發(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備網絡。

因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點就使其成為首選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡一般只需二根連線，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總線標準規(guī)定了總線接口的電氣特性標準即對于2個邏輯狀態(tài)的定義：正電平在 2V～ 6V之間，表示一個邏輯狀態(tài)；負電平在-2V～-6V之間，則表示另一個邏輯狀態(tài)；數(shù)字信號采用差分傳輸方式，能夠有效減少噪聲信號的干擾。但是RS-485總線標準對于通信網絡中相關的應用層通信協(xié)議并沒有做出明確的規(guī)定，則對于用戶或者相關的開發(fā)者來說都可以建立對于自己的通信網絡設備相關的所適用的高層通信協(xié)議標準-。同時由于在工業(yè)控制領域的應用RS-485總線通信網絡的現(xiàn)場中，經常是以分散性的工業(yè)網絡控制單元的數(shù)量居多并且各個工業(yè)設備之間的分布較遠為主，將會導致在現(xiàn)場總線通信網絡中存在各種各樣的干擾使得整個通信網絡的通信效率可靠性不高，而在整個網絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詫苯佑绊懼麄€現(xiàn)場總線通信系統(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)實意義。

近三十多年以來，工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展和計算機網絡通信技術日益廣泛的應用，亟需一種總線通信技術能夠適合遠距離的數(shù)字通信。電子工業(yè)協(xié)會于1983年在RS-422工業(yè)總線標準的基礎之上，制訂并發(fā)布了RS-485總線工業(yè)標準。RS-485工業(yè)總線標準能夠有效支持多個分節(jié)點和通信距離遠，并且對于信息的接收靈敏度較高等特性。在工業(yè)通信網絡中，RS-485總線一般主要用于與外部各種工業(yè)設備進行信息傳輸和數(shù)據(jù)交換，所具備的對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展的通信電纜的長度是其他的許多工業(yè)通信標準所無法比擬的。因此，RS．485總線在諸多個領域得到了廣泛的應用，比如在工業(yè)控制領域、交通的自動化控制領域和現(xiàn)場總線通信網絡等。

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

網路隧道技術涉及了3種網絡協(xié)議：網絡隧道協(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分組進行安裝封裝；隧道協(xié)議同時作為公用IP網的一種特殊形式，將封裝的VPN分組利用公網內的IP協(xié)議棧進行傳輸，以實現(xiàn)隧道內的功能。隧道協(xié)議在這個協(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，用于傳輸二層網絡協(xié)議，它主要應用于構建撥號VPN（Access VPN）；另一類是三層隧道協(xié)議，用于傳輸三層網絡協(xié)議，它主要應用于構建內部網VPN（Intranet VPN）和外聯(lián)網（VPN Extranet VPN）。

隧道協(xié)議二層隧道協(xié)議

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

在點到點的二層鏈路上，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，也就是會所，先把各種網絡協(xié)議封裝在PPP中，再把整個數(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)包在公用網絡中傳輸。

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

隧道協(xié)議三層隧道協(xié)議

三層隧道協(xié)議是用公用網來封裝和傳輸三層（網路層）協(xié)議（如IP、IPX、AppleTalk等），此時在隧道內傳輸?shù)氖蔷W路層的分組。三層隧道協(xié)議并非是一種很新的技術，早已出現(xiàn)的RFC 1701 通路路由封裝協(xié)議就是一個三層隧道協(xié)議。IETF制定的IP層加密標準協(xié)議IPSec 也是一個三層速到協(xié)議，利用IPSec（ESP/AN）的隧道模式構成的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GSMPv3協(xié)議進行了擴充，增加了鄰接關系的建立與維護體制。