基于RS-485总线的可扩展局域网络的研究

RS-485是在RS-422的基础上发展起来的，能实现一点对多点的通信，也能实现多点双向通信，但同一时刻只能有一个发送器，其余的为接收器，即一主多从的通信方式。目前市场上可供选择的RS-485总线芯片很多，其中包括可支持128个节点的MAXl487和支持400个节点的SP485R。利用该类芯片可直接组成简单的通信网络。

RS-485收发器采用平衡发送、差分接收的方式，即在发送端将TTL信号转换成差分信号输出，在接收端，接收器将差分信号转换成TTL信号。因此具有较高的共模抑制能力。同时接收器具有较高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，数据传输可达1200m。如降低数据传输速率，则通信距离可更长。当通信速率为1200bps时，理论上通信距离可达15km。当传输距离超过300m时，在网络的二端需接入120Ω的匹配电阻，以减少因阻抗不匹配而引起的反射，吸收噪声，从而有效抑制噪声干扰。MAXl487的接口电路示意图如图1所示。

2网络结构及实施方案

在实际应用中，RS-485总线芯片本身所拥有的节点数已不能满足需求，而往往需要一个接点庞大的复杂局域网络（如几千甚至几万个节点）来完成。连接在该网络中的各类设备能相互通信，并且可以在一定节点数范围内根据实际需要任意扩展，并做到即插即用。管理人员通过随身携带的笔记本电脑，接入网络中的任一接点，可了解整个网络的运行情况。结合用户应用程序，管理人员还可获得连接于该网络上相关设备的运行数据。

针对以上要求，局域网络必须由多片具有RS-485总线的芯片连接而成。本文讨论节点数≤32768点的局域网络，使用MAXl487作收发器。根据RS-485总线的特点；在任一时刻，整个网络只允许有一个发送器，其余的必须处于接收状态。而接入网络中的设备随时可能有多个设备同时传输数据的要求，如不进行协调，就会出现总线竞争现象，使总线电子紊乱，整个网络无法工作。

将一片MAXl487所能连接的128个节点作为一个子网，整个局域网络由若干个子网组成。所有节点不直接和用户设备相连，而是通过一个节点模块和设备连接。这是一种二端带通信口的智能化模块，内带一个单片机系统，用于执行局域网络通信协议，负责BS-485总线和设备间的通信，同时参与整个局域网络的通信协调工作。模块的一端为RS-485总线，用于连接网络，另一端是RS-232总线（或TTL电平）与用户设备、仪器仪表或智能传感器连接。

子网中每个节点模块都有自己的地址，用1个字节表示，即00H～7FH。而在整个局域网络中，每个子网也有自己的子网地址，也用1个字节表示，即00H～FFH。这样，在整个局域网络中每个节点就有自己惟一的用2个字节的二进制数表示的地址，类似Internet中的IP地址，其地址格式如图2所示。以00H子网05H节点为例，其中的X为无效位

规定每个子网中的地址为00H和7FH的2个节点为特殊节点。地址为00H的节点是该子网的管理者，协调子网中的通信，同时也是该子网的一个数据出入口，和上一个地址为7FH的节点连接。地址为7FH的节点为该子网的另一个数据出入口，负责和下一个子网中地址为00H的节点连接。这表示子网之间是由2个背靠背的节点模块通过RS-232总线相连的。