RS485和CAN總線與以太網(wǎng)比較

1、以太網(wǎng)、CAN 總線、RS485 總線都屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇，用戶根據(jù)不同的場(chǎng)合和應(yīng)用需求而采用不同的現(xiàn)場(chǎng)總線方式，每種總線有不同的標(biāo)準(zhǔn)特性，通過下列描述了解各種總線的特性以及各種總線優(yōu)缺點(diǎn)。一、RS485 接口標(biāo)準(zhǔn)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(hào)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。RS-485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10MbpsRS-485 接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。RS-

2、485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 4000 英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000 米，另外RS-232-C 接口在總線上只允許連接 1 個(gè)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(dá) 128 個(gè)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(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 但 RS-485 總線上任何時(shí)候只能有一發(fā)送器發(fā)送。因 RS-485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。因?yàn)?RS485g 口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以 RS485 接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。二、CAN 總線接口標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)級(jí)現(xiàn)場(chǎng)

3、總線，傳輸可靠，實(shí)時(shí)性高；傳輸距離遠(yuǎn)(最遠(yuǎn) 10Km,傳輸速率快(最高 1MHzbps);單條總線最多可接 110 個(gè)節(jié)點(diǎn)，并可方便的擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)數(shù)；多主結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)的地位平等，方便區(qū)域組網(wǎng)，總線利用率高；實(shí)時(shí)性高，非破壞總線仲裁技術(shù)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)無延時(shí)；出錯(cuò)的 CAN?點(diǎn)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉并切斷和總線的聯(lián)系，不影響總線的通訊；報(bào)文為短幀結(jié)構(gòu)并有硬件 CRGK 驗(yàn)，受干擾概率小，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低;自動(dòng)檢測(cè)報(bào)文發(fā)送成功與否，可硬件自動(dòng)重發(fā)，傳輸可靠性很高；硬件報(bào)文濾波功能，只接收必要信息，減輕 cpu 負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)化軟件編制；通訊介質(zhì)可用普通的雙絞線，同軸電纜或光纖等；CAN 總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有極高的性價(jià)比。

4、三、工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及存在問題基于 TCP/IP 的以太網(wǎng)是一種標(biāo)準(zhǔn)開放式的網(wǎng)絡(luò)， 由其組成的系統(tǒng)兼容性和互操作性好，資源共享能力強(qiáng)，可以很容易的實(shí)現(xiàn)將控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)上的資源共享；數(shù)據(jù)的傳輸距離長(zhǎng)、傳輸速率高；易與 Internet 連接，低成本、易組網(wǎng)，與計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的接口十分方便，受到了廣泛的技術(shù)支持。以太網(wǎng)采用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問協(xié)議（CSMA/CD）,無法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，是一種非確定性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；安全可靠性問題，以太網(wǎng)采用超時(shí)重發(fā)機(jī)制，單點(diǎn)的故障容易擴(kuò)散，造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓；對(duì)工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力問題，目前工業(yè)以太網(wǎng)的魯棒性和抗干擾能力等都是值得關(guān)

5、注的問題，很難適應(yīng)環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；本質(zhì)安全問題，在存在易燃、易爆、有毒等環(huán)境的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須要采用安全防爆技術(shù)；總線供電問題。在環(huán)境惡劣危險(xiǎn)場(chǎng)合，總線供電具有十分重要的意義。四、RS485CAN 總線與以太網(wǎng)的比較1、RS485 總線與 CAN 總線比較速度與距離：CANfRS485 以 1Mbit/S 的高速率傳輸?shù)木嚯x都不超過 100 米，可謂高速上的距離差不多。但是在低速時(shí) CAN 以 5Kbit/S 時(shí)，距離可達(dá) 10KM而 485 再低的速率也只能到 1219 米左右（都無中繼）。可見 CANS 長(zhǎng)距離的傳輸上擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。以太網(wǎng)百兆無中繼最遠(yuǎn) 120米（如使用 AMM 達(dá) 30

6、0 米）?？偩€利用率：RS48 腿單主從結(jié)構(gòu)，就是一個(gè)總線上只能有一臺(tái)主機(jī)，通訊都由它發(fā)起的，它沒有下命令，下面的節(jié)點(diǎn)不能發(fā)送，而且要發(fā)完即答，受到答復(fù)后，主機(jī)才向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)詢問，這樣是為了防止多個(gè)節(jié)點(diǎn)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，而造成數(shù)據(jù)錯(cuò)亂。而 CAN_bus 和以太網(wǎng)是多主從結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有 CAN 空制器，多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)，以發(fā)送的 ID 號(hào)自動(dòng)進(jìn)行仲裁，這樣就可以實(shí)現(xiàn)總線數(shù)據(jù)不錯(cuò)亂，而且一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)完，另一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以探測(cè)到總線空閑，而馬上發(fā)送，這樣省去了主機(jī)的詢問，提高了總線利用率，增強(qiáng)了快速性。所以在汽車等實(shí)性要求高的系統(tǒng)，都是用 CAN 總線，或者其他類似的總線。錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制，RS485 只規(guī)

7、定了物理層，而沒有數(shù)據(jù)鏈路層，所以它對(duì)錯(cuò)誤是無法識(shí)別的，除非一些短路等物理錯(cuò)誤。這樣容易造成一個(gè)節(jié)點(diǎn)破壞了，拼命向總線發(fā)數(shù)據(jù)（一直發(fā) 1）,這樣造成整個(gè)總線癱瘓。所以 RS485 一旦壞一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)都掛。 而 CAN 總線有 CAN 空制器， 可以對(duì)總線任何錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)，如果自身錯(cuò)誤超過 128 個(gè)，就自動(dòng)閉鎖。保護(hù)總線。如果檢測(cè)到其他節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤或者自身錯(cuò)誤，都會(huì)向總線發(fā)送錯(cuò)誤幀，來提示其他節(jié)點(diǎn)，這個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。大家小心。 這樣 CAN 總線一旦有一個(gè)節(jié)點(diǎn) CPUS 序跑飛了， 它的控制器自動(dòng)閉鎖。保護(hù)總線。所以在安全性要求高的網(wǎng)路，CAN1 很強(qiáng)的。價(jià)格與培訓(xùn)成本： CANS 件的

8、價(jià)格大約是 485 的 2 倍這樣， 485 的通訊從軟件上是很方便的，只要懂串行通訊，就可以編程，而 CAN!要底層工程師了解 CANS雜的層，編寫上位機(jī)軟件也要了解 CAN 勺協(xié)議?？芍^培訓(xùn)成本較Hj0CAN總線通過 CAN空制器接口芯片 82C250的兩個(gè)輸出端 CANHfDCANLW物理總線相連，而 CAN 第的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CAN 喻只能是低電平或懸浮狀態(tài)。 這就保證不會(huì)出現(xiàn)象在 RS-485 網(wǎng)絡(luò)中， 當(dāng)系統(tǒng)有錯(cuò)誤，出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且 CAN?點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作

9、不受影響，從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中，因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。CANM 有完善的通彳 S 協(xié)議，可由 CAN 空制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn),從而大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是只僅僅有電氣協(xié)議的RS-485 所無法比擬的。特性RS485CAN單點(diǎn)成本低廉稍高系統(tǒng)成本高較低總線利用率低高網(wǎng)絡(luò)特性單主網(wǎng)絡(luò)多主網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率低高容錯(cuò)機(jī)制無可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制通訊失敗率高極低節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的影響導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓無任何影響通訊距離1.5KM可達(dá) 10KM(5kbps)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy非常容易開發(fā)難度標(biāo)準(zhǔn) Modbus標(biāo)準(zhǔn) CAN-bus后期維護(hù)成本高低2、CAN1 場(chǎng)總

10、線的特點(diǎn)及局限性CAN1 場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。主要表現(xiàn)在CANfe 多主方式工作；CAN 總線的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)；采用非破壞仲裁技術(shù)；報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下可自動(dòng)關(guān)閉輸出。CANW 場(chǎng)總線作為一種面向工業(yè)底層控制的通信網(wǎng)絡(luò)，其局限性也是顯而易見的。首先，它不能與 Internet 互連，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息共享。其次，它不易與上位控制機(jī)直接接口，現(xiàn)有的 CAN口卡與以太網(wǎng)網(wǎng)卡相比大都價(jià)格昂貴。還有，CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線無論是其通信距離還是通信速率都無法和以太網(wǎng)相比。3、工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范比較工業(yè)以太網(wǎng)和CAN1場(chǎng)

11、總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范都遵循ISO/OSI參考模型的基本層次結(jié)構(gòu)。工業(yè)以太網(wǎng)采用 IEEE802 參考模型，相當(dāng)于 OSI 模型的最低兩層,即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層， 其中數(shù)據(jù)鏈路層包含介質(zhì)訪問控制子層（MAC 劑邏輯鏈路控制子層 （LLC） 。 CAN場(chǎng)總線的 ISO/OSI 參考模型也是分為兩層，并與工業(yè)以太網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)完全相同，但是二者在各層的物理實(shí)現(xiàn)及通信機(jī)理上卻有很大的差別。工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN場(chǎng)總線的各層在具體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)上的分析比較如下表所示。特性以太網(wǎng)CAN單點(diǎn)成本高稍高系統(tǒng)成本高較低總線利用率高高網(wǎng)絡(luò)特性多主網(wǎng)絡(luò)多主網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸率高高容錯(cuò)機(jī)制可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制通訊失敗率低極低節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤的影響導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓無任何影響通訊距離1.5KM可達(dá) 10KM(5kbps)網(wǎng)絡(luò)調(diào)試?yán)щy非常容易后期維護(hù)成本高低多接點(diǎn)通怎 M要中繼Hub 或路由器總線最多 110 個(gè)物理層TP5 類線雙絞線編碼同步 NRZ 曼徹斯特編碼NRZ插件RJ45BNCWAGO總線供電無有傳輸速率10-100