通信、接口、网络、协议、总线的区别和联系
各类通讯协议及通讯方式详细介绍
RS485简介(zz)2009-11-17 15:08智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。
究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。
最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。
随后出现的RS485解决了这个问题。
RS485接口RS485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。
RS485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。
在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”、“B”端连接起来。
而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：(1)共模干扰问题：RS-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。
但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7～+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。
当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。
(2)EMI问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。
由于PC机默认的只带有RS232接口，有两种方法可以得到PC上位机的RS485电路：（1）通过RS232/RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。
计算机网络
1.计算机网络的定义:多个独立的计算机通过通信线路和通信设备互连起来的系统,以实现彼此交换信息（通信)和共享资源的目的。
2.计算机网络功能：（1）数据通信。
（2）资源共享。
(3）并行和分布式处理(数据处理）。
(4）提高可靠性。
（5）好的可扩充性.3.计算机网络从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网；4.计算机网络基本网络拓扑结构有五种：全连接形、星形、树形、总线形、环形。
5.按网络的作用范围来分，网络可分为3类：局域网、城域网、广域网。
6.网络延迟时间主要包括:排队延迟、访问延迟、发送时间、传播延迟。
7.网络协议:为主机与主机之间、主机与通信子网之间或子网中各通信节点之间的通信而使用的，是通信双方必须遵守的，事先约定好的规则、标准或约定.8。
网络协议的三要素：语法、语义、时序(同步）。
9。
网络协议采用分层方式的优点：各层之间是独立的。
灵活性好。
结构上可分隔开.易于实现和维护。
有利于标准化工作。
10.网络体系结构：计算机网络的各个层次及其相关协议的集合，是对计算机网络所完成功能的精确定义. 11。
OSI模型采用七层结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
12。
物理层：实现透明地传送比特流.负责建立、保持和拆除物理链路；比特如何编码.传送单位是比特（bit)。
13。
数据链路层：实现无差错帧传送，包括把原始比特流分帧、排序、设置检错、确认、重发、流控等功能；负责建立、维护和释放数据链路；传送信息的单位是帧(frame）.14.网络层：实现分组传送，选择合适的路由器和交换节点，透明地向目的站交付发送站所发送的分组或包.传送的信息单位是分组或包（packet）。
15.传输层:实现端到端的数据发送。
信息单位是报文（message）。
16。
会话层：为完成一个相对独立的统一任务而进行的双方按序传送报文和有关的非传送操作的过程。
需要解决会话的顺序，同步问题，活动管理.17.表示层：主要解决用户信息的语法表示问题.18.应用层：解决应用的共性问题:包括应用基础和典型应用.19。
现场总线及通讯协议
现场总线及通讯协议现场总线的现状和未来发展一、引言计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。
现场总线(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。
二、现场总线的产生纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。
1、模拟仪表控制系统模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。
其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。
2、集中式数字控制系统集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。
采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。
集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。
3、集散控制系统（DCS）集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。
其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。
因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。
在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技术的发展和应用，遗憾的是，不同的DCS厂家为达到垄断经营的目的而对其控制通讯网络采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从该角度而言实质是一种封闭专用的、不具可互操作性的分布式控制系统且DCS造价昂贵。
计算机网络基础知识点
，三网指的是电信网络、有线电视网络和计算机网络。
2. 把分布在不同地理位置上的具有独立功能的多台计算机、终端及其附属设备在物理上互3. 资源共享： (1) :服务器、打印机、通讯设备(2)共享(3)共4. 按按地域来划分：。
建设计算机网络的属性来分：公用网和专用网。
按网络的拓扑结构来分：按信息的交换方式来分：电路交换、报文交换和报文分组交换5.*一个方向传送信息的媒体。
9. 调制解调器：兼有调制和解调功能的器件。
10. 调制解调器最基本的调制方法有以下几种：11. 接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下不仅可以发现错误，而且还能自动地纠正错误。
接收端通过这些附加位可以对所接收的数据进行判断看其是否正确，如果存在错误，它不能纠正错误而是通过反馈信道传送一个应答帧把这个错误的结果告诉给发送端，让发送端重新发送该信息，直至接收端收到正确的数据为止。
13. ：频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)14. 通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路可以采用另一种数据交换的方法叫报文交换。
报文交换方式传输的单位是报文，在报文中包括要发送的正文信息和指明收发站的地址及其它控制信息。
在这种报文交换方式中，不需要在两个站之间建立一条专用通路。
原理是把一个要传送的报文分成若干段，每一段都作为报文分组的数据部分。
17. OSI 开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，由低层至高层分别19. 双绞线主要是用来连接计算机网卡到集线器或通过集线器之间级联口的级联。
20. 光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。
星型拓扑结构有以下优点： 1.单个工作站损坏，不会对整个网络造成大的影响，而仅会影响该工作站。
2.网络的扩展容易。
3.控制和诊断方便。
4.访问协议简单。
星型拓扑结构也存在着一定的缺点： 1.过分依赖中心结点。
2.成本高。
：总线型拓扑结构有以下的主要优点： 1.从硬件观点来看总线型拓扑结构可靠性高。
计算机网络的分类
计算机网络的分类计算机网络的分类方式有很多种,可以按网络的覆盖范围、交换方式、网络拓扑结构等分类。
一、根据网络的覆盖范围进行分类，我们可以分为三类：局域网LAN（Local Area Network）、广域网WAN(Wide Area Network）和城域网MAN（Metropolitan Area Network）。
1、局域网LAN：局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一个校园）的各种计算机、终端与外部设备互连成网。
局域网按照采用的技术、应用范围和协议标准的不同可以分为共享局域网与交换局域网.局域网技术发展迅速，应用日益广泛，是计算机网络中最活跃的领域之一。
局域网的特点：限于较小的地理区域内，一般不超过2km,通常是由一个单位组建拥有的。
如一个建筑物内、一个学校内、一个工厂的厂区内等。
并且局域网的组建简单、灵活,使用方便。
2、城域网MAN城市地区网络常简称为城域网.目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求,以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。
其实城域网基本上是一种大型的局域网，通常使用与局域网相似的技术，把它单列为一类主要原因是它有单独的一个标准而且被应用了。
城域网地理范围可从几十公里到上百公里,可覆盖一个城市或地区，分布在一个城市内，是一种中等形式的网络。
3、广域网WAN广域网也称为远程网.它所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里.广域网覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络.广域网的通信子网主要使用分组交换技术.广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的.三种网络的比较局域网的范围在2 km内，同一栋建筑物内或同一园区，传输速度快(10M/100M)，成本便宜。
城域网的范围比局域网的大,2～10 km,同一都市内，但传输速度比不上局域网,属于中等，成本也较昂贵.广域网是三个网中范围最大的,10 km以上,可跨越国家或洲界，可传输速度是最慢的，成本很贵.原因关键在于：传输距离不同，技术不同，性能和成本也不同二、按交换方式进行分类，我们可以分为三类:电路交换、报文交换、分组交换.1、电路交换最早出现在电话系统中,早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据的，数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输。
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1计算机网络的定义计算机网络就是利用通讯设备和通信线路将地理位置不同的、具有独立功能的多台计算机系统遵循约定的通信协议互连成一个规模大、功能强的网络系统，用功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等)来实现交互通信、资源共享、信息交换、综合信息服务、协同工作以及在线处理等功能的系统。
2计算机网络的分类1)计算机网络按照地理范围划分为：局域网、城域网、广域网和互联网四种;2)按拓扑结构划分为：总线型、星型、环型、树型和网状网;3)按交换方式划分为：线路交换网、存储转发交换网和混合交换网;4)按传输带宽方式进行划分为：基带网和宽带网;5)按网络中使用的操作系统分为：NetWare网、WindowsNT网和Unix网等;6)按传输技术分为：广播网、非广播多路访问网、点到点网。
3计算机网络系统的构成计算机网络系统通常由资源子网、通信子网和通信协议三个部分组成。
资源子网在计算机网络中直接面向用户;通信子网在计算机网络中负责数据通信、全网络面向应用的数据处理工作。
而通信双方必须共同遵守的规则和约定就称为通信协议，它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。
4计算机网络的主要功能资源共享：计算机网络的主要目的是共享资源。
共享的资源有：硬件资源、软件资源、数据资源。
其中共享数据资源是计算机网络最重要的目的。
数据通信：数据通信是指利用计算机网络实现不同地理位置的计算机之间的数据传送，运用技术手段实现网络间的信息传递。
这是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础。
如电子邮件、传真、远程数据交换等。
分布处理：是指当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可以将其处理的任务传送到网络中的其它计算机系统中，以提高整个系统的利用率。
对于大型的综合性的科学计算和信息处理，通过适当的算法，将任务分散到网络中不同的计算机系统上进行分布式的处理。
计算机基础
18．BIOS
BIOS即基本输入/输出系统，是存放在主板上的闪存中的一组机器语言程序。
19. 内存
内存与CPU高速相连，用于存放已经启动运行的程序和正在处理的数据，速度快但容量相对较小。
20. 字长
字长是指CPU中整数寄存器和定点运算器的宽度（即二进制整数的位数）。
21. 显示器
一、 名词解释
1. 信息
根据ISO的定义，可通俗地认为：信息是对人有用的数据，这些数据将可能影响到人们的行为与决策。数据是客观存在的事实、概念等，是一种可供加工处理的特殊表达形式，而信息强调是对人有用的数据。
2. 信息技术
信息技术是指用来扩展人们信息器官功能、协助人们更有效地进行信息处理的一类技术。
是计算机必不可少的一种图文输出设备，它的作用是将数字信号转换为光信号，使文字与图形在屏幕上显示出来。
22. 即插即用
在操作系统支持下，用户无需手动配置系统就可以插上或拔出使用某些接口（如USB接口）的外围设备，计算机会自动识别该设备并进行配置，使其正常工作。
23. 计算机软件（软件）
计算机软件是指程序及其相关的数据和文档。
按使用方式可将IC卡分为接触式IC卡、非接触式IC卡两类。
3. 求十进制算式2*64+2*8+2*2的运算结果的二进制数表示
要求给出求解步骤，直接给出最终结果不得分。
(10)2*(1000000)2+(10)2*(1000)2+(10)2*(10)2 = (10000000)2+(10000)2+(100)2= (10010100)2
46. 数字图像处理
数字图像处理是使用计算机对借助照相机、摄像机、传真机、扫描仪、医用CT机、X光机等设备获取的图像，进行去噪、增强、复原、分割、提取特征、压缩、存储、检索等操作处理。
通信、接口、网络、协议、总线的区别和联系
应用层 数据链路层 物理层
Modbus—交互
客户机
启动请求
地址 功能码 Data CRC
接收响应
服务器
地址 功能码 Data CRC
执行操作 启动请求
启动请求 接收响应
地址 功能码 Data CRC
地址 错误码 Data CRC
执行操作 启动请求
Modbus—功能码
功能码
名称
01 读取线圈状态
02 读取输入状态
RS232 RS422 RS485
15
1200
1200
√
√
√
√
√
√
RS232
DB25公头
DB25母头
0 +3～+15V
-3～-15V
1
TXD与GND之间电压为-10V左右 全双工传输，通信距离15米
9针 25针
3
2
2
3
7
4
8
5
6
6
5
7
1
8
4
20
9
22
信号名称 发送数据 接收数据 请求发送 清除发送 数据设备就绪 信号地 载波检测 数据终端就绪 振铃指示
BACnet
BACnet并不是现场总线，而是和tcp/ip相似的网络，常用在楼宇自控系统中
目录
1、OPC
• OPC全称是OLE for Process Control，Windows的应用程序和现场过 程控制之间的接口
2、C接口
中国移动 LSC 与 CSC 之间的数据通讯接口
C接口
D接口
CSC
简称 Txd Rxd RTS CTS DSR GND DCD DTR RI
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串行通信
现场总线
应用协议
串行通信
物理层协议（或称通信协议） 格式：波特率,校验位,数据位,停止位 如：9600，n，8，1
起 始 位 1b 数据位 5～8b 校 验 位 ～ 停 止 位 ～ 0 1b 1 2b
常用接口
传输距离（米）
RS232 15
RS422 1200
RS485 1200
通信方式与接口
BNC
网络
• A telecommunications network is a
常见网络
计算机网络 电话网络 有线电视网络 工业控制网络 ……
collection
of
terminal
nodes, links are
connected so as to enable telecommunication betwe en the terminals
数 据 交 换 规 范
历 史 数 据 访 问 规 范
批 处 理 规 范
安 全 性 规 范
XML
规 范
2、C接口
中国移动 LSC 与 CSC 之间的数据通讯接口
D接口
CSC E-OMS
用户登录 用户请求实时数据方式 用户请求告警信息 用户请求写数据的动作值
C接口
LSC LSC
B接口
FSU
用户请求改口令 确认连接的
通信、接口、网络、协议、总线 的区别和联系
目录
基础原理
串行通信
现场总线
应用协议
通信基础
源系统 传输系统 目的系统
信源
信息数据
A
01000001
发送器
信道
接收器
信宿
数据信息
01000001
信号
噪声干扰
信号
A
信 息 编 码
• ASCII • UTF-8 • GB2312
数 据 编 码
调 制
BACnet
BACnet并不是现场总线，而是和tcp/ip相似的网络，常用在楼宇自控系统中
目录
基础原理
串行通信
现场总线
应用协议
1、OPC
• OPC全称是OLE for Process Control，Windows的应用程序和 现场过程控制之间的接口
数 据 访 问 规 范
报 警 和 事 件 规 范
简称 Txd Rxd RTS CTS DSR GND DCD DTR RI
8 6
+3～+15V
0
5 1
-3～-15V
1
4 9
TXD与GND之间电压为-10V左右
全双工传输，通信距离15米
RS485
+2～+6V
0
－6～－2V
1
D+与D-之间4V左右电压 半双工传输，通信距离1200米，支持组网
A接口
FSU
FSU
FSU
时钟同步 通知数据的属性改变
智能设备 非智能设备
3、Socket
• Socket并不是一个应用层协议，更像网络协议的API 应用层
传输层 网络层 数据链路层 物理层 • 串口服务器没有应用层的协议，直接用Socket的send函数交互数据
谢谢
Modbus
Modbus—帧格式
MODBUS on Serial RTU 253字节
应用层
数据链路层
物理层
Modbus—交互
客户机
地址 功能码 Data CRC
服务器
地址
功能码
Data
CRC
地址
功能码
Data
CRC
地址
错误码
Data
CRC
Modbus—功能码
功能码 01 02 03 名称 读取线圈状态 读取输入状态 读取保持寄存器 作用 取得一组逻辑线圈的当前状态（ ON/OFF) 取得一组开关输入的当前状态（ ON/OFF) 在一个或多个保持寄存器中取得当前的二进制值
网络协议
网络协议（Protocol），是使网络中的通信双方能顺利进行信息交 换而双方预先约定好并遵循的规程和规则。
A军
军长
通知B军，明天8点进攻 明天8点进攻，请确认
B军
军长
A军消息，明天8点进攻
秘书
ok ok
秘书
OSI七层网络模型
TCP／IP四层模型
TCP/IP传输过程
应用层 数据 端口号 应用层
RS232
点到点 √ √ √ √ √
√
RS422
组网能力 点到多点
多点到多点
RS485
常用 RS232/485
+
modbus方式
RS232
9针 3 2 7
DB25公头 DB25母头
25针 2 3 4 5 6 7 8 20 22
信号名称 发送数据 接收数据 请求发送 清除发送 数据设备就绪 信号地 载波检测 数据终端就绪 振铃指示
解 调
数 据 解 码
信 息 解 码
• 曼彻斯特编码 • 差分曼彻斯特编码
通信常用概念
比特率
• 单位时间内传输二进制的位数，单位：bps
波特率
• 单位时间内传输码元的个数，单位：Baudps
带宽
• 信道频率上界和下界之差，度量介质传输能力
误码率
•误比特率（BER：bit error rate）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标
目录
基础原理
串行通信
现场总线
应用协议
现场总线
Fieldbus is the name of a family of industrial computer network protocols used for real-time distributed control, standardized as IEC 61158
04 05 06
07 08
读取输入寄存器 强置单线圈 预置单寄存器
读取异常状态 回送诊断校验
在一个或多个输入寄存器中取得当前的二进制值 强置一个逻辑线圈的通断状态 把具体二进值装入一个保持寄存器
取得 8 个内部线圈的通断状态，这 8 个线圈的地址由控制器决定，用 户逻辑可以将这些线圈定义，以说明从机状态，短报文适宜于迅速读 取状态 把诊断校验报文送从机，以对通信处理进行评鉴
理论基础是计算机网络
• 应用层、数据链路层、物理层
实时性、稳定性要求更高
CAN、Profibus、FF、Lonworks、WordFIP、HART、Modbus
MODBUS 分： modbus on Serial与modbus tcp MODBUS on Serial与OSI层次对应关系
传输层
数据
传输层报头
数据段Segment 网络层
数据
源IP+目的 IP＋上层协 议
传输层
网络层报头
网络层
数据包Packet 数据链路层
数据 数据链路层报头 MAC
数据链路层
数据帧Frame
物理层
0101110101001000010
物理层
将数据帧转换成高 低电平，即“0”或 “1”代码
目录
基础原理