1、毕业设计（论文）文献综述题目RS485总线集线器设计专业电子信息工程1前言在当今信息通讯高速发展的阶段，人们在充分享受网络给人类带来的喜悦。随着网络的普及和发展，使得各种控制设备网络化成为可能。自动化监控、安全防护、门禁考勤及工业自动化系统得到迅速普及和应用。在工业控制设备之间中长距离通信的诸多方案中，RS485系统总线因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动测控等领域。由于标准制定时间早，RS485总线应用广泛，特别在国内具有很强的影响力。目前许多厂家生产的设备大多提供接口，并以此为标准。例如许多集中式水表采集器、集中式电表生产厂家的产品都内
2、置RS458芯片，提供信号输出接口。现在新开发的各种产品，厂家还是习惯于沿用这种标准。其次，与应用普遍且为计算机标准配置的接口的转换器或设备十分常见和通用，这更增加了总线的应用广泛性。总线技术实现成本低廉，传输距离较远，通讯可靠，抗干扰能力强，可实现多点通一讯现在的通用技术已可以带到个节点。另外，一标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议，因此较其它标准更具有灵活性。在工业控制及测量领域较为常用的网络之一就是物理层采用RS485通信接口所组成的工控设备网络。由于RS485具有物理连接方便、抗干扰能力强、传输距离远等特点,采用这种通信接
3、口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。由于RS485通信接口控制芯片的成本低廉且技术成熟,所以现在许多仪表生产厂商都可以开发出支持RS485通信接口的仪表,并通过这个接口实现多个仪表的组网及数据上传功能。对于RS485通信接口的应用大体可分成以下三个方面（1）特殊用途测量仪表。由于现在的专用测量仪表已逐步智能化,其检测输出的信号不再是一个单一的值,采用通常的420MA的电流信号已不能满足数据传输的要求。（2）智能数据采集I/O模块。在工控机测控系统中,随着技术的发展数据采集I/O模块已得到了越来越广泛的应用。但这些I/O模块的输入输出通道和数据转换模式一般是固定的,所以在一个工控系统必然
4、会用到多个I/O模块,这就要求在工控系统中能够使用一台工控计算机同时与多个I/O模块实现数据传输。而RS485通信接口就成为许多智能模块厂商所采用的通信方式。（3）智能控制器及变频器等。现在的工业自动控制系统中大量地采用了智能调节仪实现回路的调节控制,而变频器的应用也越来越广泛。要实现对这些设备的集中数据采集及管理控制,就要求这些设备具备数据通讯的功能。而这些设备就利用RS485通信接口将多个智能仪表组成网络实现与工控计算机的数据通讯,使得只占用很少工控机接口资源就可以管理尽可能多的设备。随着RS485总线系统的广泛应用，RS485总线系统也越来越大，RS485总线外挂的485设备越来越多，从
5、而导致485总线的稳定性越来越差。现在市场上已经有可以负载128，256台甚至400台485设备的转换器，由于485总线使用总线连接形式，形成如果有一个485设备出现问题，就导致整个485总线出现问题的现象。所以从485总线的稳定性来说，当设备达到一定数量的时候，从概率上分析，假设485总线上的485设备的无差错时间为999，当有128个485设备在一个总线上时，其无差错时间就是999的128次方，其无差错时间讯速降为8798，再有RS485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面仍存在缺陷，一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高RS485总线的运行稳定性及可靠性至关重要。
6、在实际数据通信系统应用中,由于设备数量多,发布较远,现场的各种干扰也较大,往往通信的可靠性及质量不高,加之软硬件设计的不完善,使得实际工程应用中RS485总线的通信问题是系统不能高可靠运行的关键问题。在使用RS485总线时如果简单地按常规方法设计电路,在实际工程中经常遇到的两个问题。一是通信数据收发的可靠性低的问题二是在多机通信方式下,一个节点的故障引起整个系统通信崩溃箝线。由于485总线为一线制，如果连接成树型或星型，就会影响总线通信效果。为了保证总线的通信质量，就需要用总线分支或集线设备，来满足树型或星型连接的需求。本课题的任务就是设计一个485总线的集线器。2现状和发展方向RS485标准
7、最初由电子工业协会EIA于1983年制订并发布,后由通讯工业协会TIA修订后命名为TIA/EIA485A。不过工程师还是习惯上称之为RS485。RS485由RS422发展而来,后者是为弥补RS232之不足而提出的,主要改进了RS232通信距离短、速率低的缺点。RS422定义了1种平衡通信接口,将传输速率提高到10MBPS,传输距离延长到4000FT英尺,下同速率低于100KBPS时,并允许在1条平衡线上连接最多10个接收器。RS422是1种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。为扩展应用范围,随后又为其增加了多点双向通信能力,即允许多个发送器连接到同一条总线上,同时增加了发送器的驱动能力和冲
8、突保护特性,扩展了总线共模范围,这就是后来的EIARS485标准。RS485是1个电气接口规范,它只规定了平衡驱动器和接收器的电特性,而没有规定接插件传输电缆和通信协议。RS485标准定义了1个基于单对平衡线的多点、双向半双工通信链路,是1种极为经济、并具有相当高噪声抑制、传输速率、传输距离和宽共模范围的通信平台。在数据通信、计算机网络以及工业上的分布式控制系统中，经常需要采用串行通信来达到远程信息交换的目的，串行通讯不仅连线简单而且性能可靠。目前，有多种接口标准可用于串行通信，包括RS232、RS422、RS423和RS455等。RS232是最早的串行接口标准，在短距离、较低波特率串行通信中
9、得到了广泛应用。其后发展起来的RS422、RS485是平衡传送的电气标准，比起RS232非平衡的传送方式在电气指标上有了大幅度的提高。RS485总线的优异性能使得它成为工业应用中数据传输的首选标准。RS485串行接口的电气标准实际上是RS422的变型，它属于七层051OPENSYSTEMINTERCONNEETION，开放系统互连模型物理层的协议标准。RS485性能优异，结构简单，组网容易，可组建经济实用型工业局域网。RS485总线的优异性能使它得到了越来越广泛的应用。在RS485标准的基础上，研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度的RS485总线标准。RS485标准只对接口的电气特性做
10、出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。RS485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，因为RS485的远距离、多节点个以及传输线成本低的特性，使得EIARS485成为工业应用中数据传输的首选标准。RS485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。如果以LOMBPS速率传输数据时传输距离可达12M，
11、而用100KBPS时传输距离可达12KM。如果降低波特率，传输距离还可进一步提高。另外RS485实现了多点互连，非常便于多器件的连接，极大地增加了系统的灵活性。RS485的总线协议RS485的总线协议有多种，如MODBUS、DF1等，都已成为一种工业标准，被很多厂商推荐。本系统所使用的协议是以上述协议为基础，根据应用实际应用情况设计的。下面介绍MODBUS、DF1协议1MODBUS协议MODBUS协议采用主从工作方式，允许一台主机和多台从机通信，每台从机地址由用户认定，地址范围为1255。通信采用命令/应答方式，每一种命令帧对应一个应答帧。命令帧由主机发出，所有从机都将收到报文，但只有被寻址从
12、机才会响应相应命令，返回相应的应答帧。如果报文中寻址地址为0则视为全局广播，所有主机把它当一条命令执行，不返回应答帧。标准MODBUS协议有两种传输方式ASCII模式和RTU模式。ASCII模式将数据转化为ASCII码发送。RTU模式为二进制模式发送，发送的每个字节即为实际发送的二进制数据。2DF1协议DF1协议分为物理层、数据链路层和应用层，其数据封装结构见图21。数据发送时，来自用户应用程序的数据传送给应用层，经过应用层数据封装之后传给数据链路层，再经过数据链路层封装后交给物理层传输。数据接收的过程与之相反。RS485特性RS485是一种支持多节点远距离和接收高灵敏度的总线RS485标准采
13、用平衡式发送，差分式接收的数据收发器标准。RS一485是工业领域广泛应用的150/051模型物理层标准协议之一。L机械特性。采用RS一232/RSSE485连接器如ADAM4520将PC串口RS232信号转换成RS485信号，或接入TTL/RS485转换器如MAX485将UO接口芯片TTL电平信号转换成RS485信号，进行远距离高速双向串行通信。2电气特性。二线双端半双工差分电平发送与接收，无公共地线，能有效克服共模干扰、抑制线路噪声，传输距离可达12KM，最高数据传输速率可达10MBIT/S。3功能与规程特性。网络媒体采用双绞线、同轴电缆或光纤，安装简易，电缆数量、连接器、中继器、滤波器使用
14、数量较少每个中继器可延长线路12KM，网络成本低廉。4驱动能力强。在节点数为32个配置了12O欧姆的终端电阻的情况下驱动器至少还能输出电压15V。3总结RS485总线是工业应用中非常成熟的技术，是现代通讯技术的工业标准之一。它具有通信距离远、通信速率高、成本低等特点。总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，由于采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将电平信号转换成差分信号输出在接收端，接收器将差分信号变成电平，因此具有抗共模干扰的能力。根据一标准，传送数据速率达时通讯距离可达1200M。RS485标准定义了一个极为坚固和可靠的通信链路,具有高噪声抑制、宽共模范围、长传输距离、冲突保
15、护等特性。但一个真正牢靠的RS485网络还有赖于合理的应用、合理的网络布局、连续的信号通道、周全的保护措施等。随着RS485总线的应用越来越广泛，RS485总线系统也越来越大，越来越复杂。随着RS485总线系统的大而且复杂，导致RS485总线的稳定性也越来越差。解决这些问题的一个行之有效的办法是使用使用RS485集线器。在未来的发展中，RS485以其易于实现、开发成本低、技术成熟、抗干扰能力强、传输距离远等优点仍具有很强的生命力。4参考文献1亓涛基于RS485网络的远程集中抄表系统设计与实现D山东科技大学,20052邱长丰基于RS485总线的网络化测试系统若干关键技术研究D哈尔滨工业大学,20
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