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RS-232 RS-485 CANbus 接口说明>>

RS-232 RS-485 CANbus 接口说明


RS232接口

  RS232接口是1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的 DB25连接器,对连接器的每个引脚的信号内容加以规定,还对各种信号的电平加以规定。DB25的串口一般只用到的管脚只有2(RXD)、3(TXD)、7(GND)这三个,随着设备的不断改进,现在DB25针很少看到了,代替他的是DB9的接口,DB9所用到的管脚比DB25有所变化,是2(RXD)、3(TXD)、5(GND)这三个。因此现在都把RS232接口叫做DB9。

  元器件常识:市场上把公头的接插件叫做DRXX,母头的叫DBXX,比如我们电脑上的串口,在市场上叫做DR9,不是DB9,很多人都误叫做DB9,实际上的DB9是两个把两个DR9互相连接在一起的接口。

  在文章中,我把所有的串口设备接口都统一叫做RS232接口。

  由于RS232接口标准出现较早,难免有不足之处,主要有以下四点:

  (1) 接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

  (2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps; 综合程序波特率只能采用19200,也是这个原因。我们的传输率 57.6K

  (3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。

  (4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在50米左右。

 

  RS-485

  针对RS232接口的不足,于是就不断出现了一些新的接口标准,RS-485就是其中之一,它具有以下特点:

  1. RS-485的电气特性:逻辑“1”以两线间的电压差为+(2—6) V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2—6)V表示。接口信号电平比RS-232降低了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL 电路连接。

  2. RS-485的数据最高传输速率为10Mbps 。

  3. RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干能力增强,即抗噪声干扰性好。

  4. RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺,实际上可达 3000米,另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器,即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。

  因为RS485接口组成的半双工网络,一般只需二根连线(我们一般叫AB线),所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

  RS232/RS485转换电路

  由于有的设备是232接口的,有的是485接口的,如果有一台232接口的设备与一台485接口的设备通信,那就需要一个转换器,把232接口的设备的232信号转换成485信号,然后再与485接口的设备通信,这个转换器就是RS232/RS485转换电路。如果是两台232接口的设备要进行远距离的通信,那只要加上两个RS232/RS485转换电路就可以了。

  以上的RS232/RS485转换电路上采用从计算机串口偷电技术,市场上称之为“无源RS232/RS485转换电路”,而“有源RS232/RS485转换电路”,电路原理图与上图差不多,只是电源部分改点而已,有兴趣的朋友可以到网上搜索下这方面的资料,很多的。

 

  CAN bus

  1 引言

  CAN总线是英文(Controller Area Net)的缩写,它与传统的BITBUS都属于总线式通讯网络,但两者却有本质区别。以往国内很多用户由于没有更好的选择,都采用BITBUS作为通讯的桥梁,其特点为:1)主从结构网络上只能有一个主节点,其余均为从节点。其造成的危害:由于一个BITBUS网络上只能有一个主节点,无法构成多主冗余结构的系统,因而对主节点的可靠性要求特别高,否则一旦主节点出现故障,则整个系统将处于瘫痪状态;2)数据通讯方式为命令响应型,网络上任一次数据传输都是由主节点发出命令开始,从节点接到命令后以响应方式传给主节点,这一特点使得网络上的数据传输效率大大降低,且使主节点控制器非常繁忙;同时下端出现异常时,数据不能立即上传,必须等待主节点下发命令,灵活性极差,在许多实时性要求较高的场合,这是致命的弱点,有可能造成重大事故;3)BITBUS与PC机之间存在着数据交换的瓶颈现象。尽管BITBUS本身的数据传输率很高,可达2.4 MBPS,但是由于PC上的接口板PCX344板与PC总线之间的数据交换是一个一个字节进行的,从而使得PCX344与PC总线之间的数据交换速率实际上很低,从而产生了严重的瓶颈现象,大大影响了数据交换的速度;4)BITBUS的物理层采用的是较陈旧的RS422/485规范,链路层为SDLC协议,总体来讲效率较低,灵活性差,尤其是其错误处理能力不强。

  用户采用了CANBUS总线技术,则使上述问题得到了很好得解决。CAN网络中任一节点均可作为主节点主动地与其他节点交换数据,彻底解决了BITBUS中长久以来一直困扰人们的从节点无法主动地与其他节点交换数据的问题,并由此而给用户的系统设计提供了极大的灵活性并可大大地提高其系统性能。CAN网络中的节点可分优先级,这对于有实时要求的用户无疑又是一个福音,这也是BITBUS无法比拟的。另外,CANBUS的物理层及链路层采用独特的实际技术,使其在抗干扰、错误检测能力方面的特性远远超过BITBUS,值得一提的是我们开发的CANBUS接口板是在充分吸取BITBUS接口板的不足的基础上精心设计的,其与主机的数据交换速率、数据处理能力、抗干扰等性能也远远超过BITBUS产品。

  2 主要特性

  (3)CANBUS可以多主方式工作,网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息,而不分主从,通讯方式灵活。利用这一特点也可方便地构成多机备分系统;

  (4)CANBUS网络上的节点可分成不同优先级,可以满足不同的实时要求;

  (5)CANBUS采用非破坏性总线仲裁技术,当两个节点同时向网络上传送数据信息时,优先级低的节点主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据,大大节省了总线冲突裁决时间;

  (6)CANBUS可以点对点,一点对多点(成组)及全局广播几种方式传送收发数据;

  (7)CANBUS的直接通讯距离最远可达10kM/5Kbps;1Km/1Mbps

  (8)CANBUS上的节点数实际可达110个,理论上可达2000个;

  (9)CANBUS采用短帧结构,每一帧的有效字节数为8个,这样传输时间短,受干扰的概率低,重新收发时间短;

  (10)CANBUS每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,保证了数据出错率极低;

  (11)通讯介质采用廉价的双绞线即可,无特殊要求;

  (12)CAN节点在错误严重的情况下,具有自动关闭总线的功能,切断它与总线的联系,以使总线上的其他操作不受影响;

  (13)NRZ编码/解码方式,并采用位填充(插入)技术;

  (14)用户接口简单,编程方便,很容易构成用户系统;

  (15)CAN总线接口卡上的收发器与主机采用光电隔离电路,以提高抗干扰能力及系统的可靠性。

  CAN总线是一种支持分布式实时控制系统的串行通信的局域网络,由于其高性能、高可靠性、实时性好及其独特的设计,已广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信,较之传统的DCS,CAN总线有以下—些突出的优点:①总线式结构。一对传输线(总线)可挂接多台现场设备,双向传输多个数字信号,这种结构比一对一的单向模拟信号传送结构布线简单,安装费用低,维护简便;②开放互操作性。现场总线采用统一的协议标准,是开放式的互联网络,对用户是透明的。在传统的通信系统中,不同厂家的设备是不能互相访问的,而CAN采用统一标准,不同厂家的网络产品可以方便地接入同一网络,集成在同一控制系统中进行互操作,因此简化了系统集成;③彻底的分散控制。现场总线将控制功能下放到作为网络节点的现场智能仪表和设备中,做到了彻底的分散控制,提高了系统的灵活性、自治性和安全可靠性,减轻了DCS控制站CPU的计算负担;④可靠性高。采用数字信号传输数据,提高了数据的精度和抗干扰性。将控制功能放到现场设备中,使危险分散,系统的可靠性提高;⑤信息综合,组态灵活。通过数字化传输现场数据,CAN总线能获取现场仪表的各种状态、诊断信息,实现实时的系统监控和管理。

  3 具体应用

  随着电网的发展,变电站综合自动化所占比重越来越大,监控、保护之间的通讯协议显得越来越重要,特别是遥控功能要求很高的可靠性。为此,相应的高可靠性的通讯协议才能保证电网的可靠工作。我们所编制的这套协议具有简洁、明了、安全、可靠的特性。采用C语言编程,并且进行严格的校验,确保了数据传输的高可靠性,为保护与监控提供了非常方便而可靠的接口。CAN总线属于现场总线的范畴,根据现场总线的概念,CAN总线系统的一般组成模式应如图1所示。网络拓扑结构采用总线式结构。自动化设备采用工控PC机,控制节点为各间隔中的CPU,CAN总线两端有纵端电阻(一般为120Ω左右)。