1、有线通信 串口串口 USBUSB 现场总线现场总线 X-10X-10电力载波协议电力载波协议 串行接口通信是最常见的连接方式 技术简单，价格便宜，方便使用，是很多物联网应用的较好选择 由南航为某公司开发的基于 条码的生产控制系统，扫描枪和计算机之间 通过串口线相连。经常的接口标准 EIA-232(RS-232)EIA-422(RS-422)EIA-449(RS-449)EIA-485(RS-485)EIA-530(RS-530)等性 能 参 数RS-232RS-422RS-485工作方式单端差分差分结点数1收1发1发10收1发32收最大传输电缆长度15米1219米1219米最大传输速率20kb
2、ps10Mbps10Mbps工作方式全双工全双工半双工 单端不归零编码 单端归零编码 差分RS-232 全名是“数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”RS-232目前经历了若干个版本，较新的版本号为E 优点 简洁、实施成本低 缺陷：对噪声较为敏感。容易造成串扰 产生的横向电磁波，成为影响相邻电路的严重电磁干扰（EMI）源 采用25脚的DB25连接器 较新的E版本RS-232规定使用其中的23根引脚 出于节省资金和空间的考虑，是9芯的DB-9型连接器被广泛使用 母插座和公插头 一种最为简单，且常用的连接方法是三线制接法RS-422 RS-422通常被认
3、为是用来作RS-232的扩展，是为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点而设计的 主要集中在工业控制环境，特别是长距离数据传输，如连接远程周边控制器或传感器 定义了一种平衡通信接口 利用导线之间的信号电压差来传输信号的 差分传输方式与单端传输方式相比，能有效地提高数据传输速率 串口串口 USBUSB 现场总线现场总线 X-10X-10电力载波协议电力载波协议USB总线 Universal Serial Bus，通用串行总线 由康柏、IBM、Intel和Microsoft于 1994年共同推出 最大的特性是可以支持即插即用 和热插拔 成都索蓝科技公司推出的WSN/USB网关发展历程 发展历程
4、1996年发布的USB1.0。1998年发布的USB1.1。2000年4月起广泛使用的USB2.0。2008年11月发布USB3.0，Super Speed USB。这四种版本最大的差别表现在数据传输速率方面：USB 1.0速度只有1.5Mbps（低速模式）USB 1.1速度提升到12Mbps（全速模式）USB2.0理论传输速度达480Mbps（高速模式）而USB 3.0最大传输带宽高达5.0Gbps 1.0、1.1、2.0是半双工方式，3.0支持全双工方式USB组成 一个主机，主机可以连接多个USB设备 理论上，USB主机一个接口可以支持最多127个设备 当USB设备连接主机以后，由后者负责
5、给此设备分配一个唯一的地址USB设备 集线器 功能部件 USB和主机系统之间的接口称作主机控制器 一般存在于主机上树型拓扑 最多支持7层 在逻辑上，主 机与各个设备 是直接通信的USB线缆&接头集线器 USB的层次结构主机端 客户软件是在主机上运行的，使用某一个USB物理设备的用户程序。USB系统软件，使用主机控制器对主机与USB设备之间的数据传输进行管理。一般由操作系统提供。主机控制器实现主机与USB设备间的电气和协议层的匹配，包括：串并转换、帧透明传输、数据处理、协议使用、传输错误处理、远程唤醒、根Hub和主机系统接口等功能。USB设备端 USB物理设备基于USB通信完成某项功能的一种软硬
6、件集合，如基于USB的打印机。一个USB逻辑设备对USB系统来说就是一个端点的集合 USB总线接口提供了在主机和设备之间的连接。负责实际传送和接收数据包USB传输方式 数据传送是在主机软件和一个USB设备的指定端口之间完成的。这种端口间的联系称作通道通道 一个指定的USB设备可以拥有许多通道 各通道之间的数据流动是相互独立的 特殊的通道缺省控制通道 当设备一启动即存在 为设备的设置、查询状况和输入控制信息提供一个入口USB是基于轮询（Polling）的总线系统 由主机启动所有的数据传输 USB设备不能主动与PC机通信USB2.0传输方式分为以下四种传输类型 控制传输方式：为外设与主机之间提供一
7、个控制通道，负责向USB设置一些控制信息 数据块传输类型 是一种可靠的单向传输，但延迟没有保证，它尽量利用可以利用的带宽来完成数据的传输 同步传输方式 支持有周期性、有限时延，且数据传输速率不变的数据传输，如麦克风、摄像机 中断传输 单向的传输，数据量较小，无周期性，但需要及时处理，以达到实时效果的设备，如键盘、鼠标USB传输技术 USB信号采用差分传输模式 编码采用了NRZI（不归零翻转编码）当传输的数据包含连续的逻辑1时，NRZI编码后，由于太长时间内没有产生翻转，会使得接收端无法从中得到同步信号，进而造成接收时钟的漂移 位填充法（bit-stuffing）如果要发送的数据中一旦出现了连续
8、的6个1，则在进行NRZI编码前，在这6个连续的1后面插入1个0，然后再进行NRZI编码。接收端如果收到连续的6个1，则自动去掉后面的1个0，再继续解码，从而恢复原数据USB的发展无线无线USB技术技术 装备无线收发装置以代替电缆连线 数据传输速率可达为480Mbps 需要认证USB的发展USB3.0 最大传输带宽可高达5.0Gbps 考虑到8b/10b编码方式，实际的速度只能达到4Gbps左右 结合协议开销及具体实现的影响，最终速度更低 USB 3.0在原有4线结构的基础上，又增加了5条线路 四线差分信号 可以兼容USB1.1和USB2.0USB的发展 USB 3.0主动式光主动式光纤缆线纤
9、缆线 USB 3.0不足，线缆较为粗重 考虑电磁干扰（EMI）、必须使用九根线材 提出了主动式光纤缆线（Active Optical Cable，AOC）一卷50米AOC缆线 串口串口 USBUSB 现场总线现场总线 X-10X-10电力载波协议电力载波协议概述 现场总线（Field Bus，也称现场网络）是20世纪90年代初逐步发展并推广起来的一种网络 作为工厂数字通信网络的基础之一，可以用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等诸多领域中现场智能设备（如智能化仪器/仪表、控制器、执行设备等）之间的，或者现场智能设备和控制室内监控机之间的互连 在计算机数据传输中，长期使用低数据速率和点对点的数
10、据传输标准。在工业控制或生产自动化领域中使用大量的传感器、执行器和控制器，若采用星形拓扑结构，安装成本和介质造价高。采用了现场总线技术后，控制室与厂房之间这段较长的距离，只需要布设一根线缆即可，而厂房内部基于总线，各种设备只需要通过短距离连线进行接入。现场总线应具有如下特点 协议简单，控制成本 布线简单，是布线方式的革命 全数字化通信 开放型的互联网络，包括通信规约的开放性，开发的开放性，并可与不同的控制系统相连，实现互可操作性与互用性 具备较强的抗干扰性、稳定性、容错能力，以及便于查找和更换故障结点的诊断能力。并且具有较高的实时性 多数为短帧传送、信息交换频繁等特。基于现场总线开发的系统的组
11、成 控制系统 有维护软件、设备软件和监控软件等。在网络运行过程中，对整个系统实现实时数据采集、数据处理、计算、调控等 测量系统 其特点为多变量、高性能的测量，使测量仪表具有智能计算能力等更多功能 设备管理系统 对设备自身及运行过程的诊断信息、设备运行状态信息、厂商提供的设备制造信息等进行统一的管理和维护现状 目前，世界上存在着大约四十余种的现场总线，主流的现场总线包括 基金会现场总线（Foundation Field bus，FF）控制器局域网（Controller Area Network，CAN）Lonworks DeviceNet Profibus HART（Highway Addres
12、sable Remote Transducer）CC-Link等CAN总线概述 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信 CAN所具有的高可靠性、实时性和良好的错误检测能力受到了越来越多的重视 已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片，被广泛地应用于工业自动化生产线、汽车、传感器、医疗设备、智能化大厦、电梯控制、环境控制等分布式实时系统 CAN总线规范的物理层和数据链路层已被ISO制订为国际标准案例基于CANOpen的电梯监控系统 CANOpen是基于CAN总线的一个高层应用层协议，而CiA DSP 417是CANOpen在电梯领域的应用体现，可以很好的满足电梯
13、通信的需求案例基于CAN的车载网络 厦门蓝斯通信的车载终端通过与汽车CAN总线对接，可与GPS、自动报站器、客流统计仪、POS机、车载视频，或其它车载电子设备进行联机工作，形成一个小型的车内局域网 还可以通过3G网络实时把车辆行驶记录（如发动机工况、车轮转速、油门踩踏位置、刹车位置、开关门、车内灯、水温、机油压力等）和报警记录等传输到智能调度系统。调度中心还可以通过它向车上其它车载电子设备发送数据及指令CAN总线系统组成 CAN收发器 安装在控制器内部，同时兼具接收和发送的功能，将控制器传来的数据化为电信号并将其送入数据传输线，或者从总线收到的电信号转化为数据，转交给控制器。数据传输终端 即电
14、阻，防止电信号在总线线端被反射，影响数据的传输。数据传输线 双向的数据总线，负责数据信号的传输。CAN拓扑 总线形拓扑 由高、低电压两根线绞合而成，实现一路信号的差分发送 树状拓扑 分支网络通过中继器（Repeater）连接到干线CAN协议物理层物理层 CAN的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。但最常用的就是双绞线 CAN的通讯距离最远可达10km（5kbps），通讯速率最高可达1M bps（40m），网络结点数实际可达110个 CAN的信号调制解调方式采用的是不归零（NRZ）编码/解码方式，其信号使用差分电压传送 总线电平=CAN_H-CAN_L CAN使用下面方式表示逻辑1和逻辑0：隐
15、性隐性，总线电平小于等于0，此时状态表示为逻辑“1”。显性显性，总线电平大于0时，此时状态表示逻辑“0”。“显性”具有“优先”的意味CAN协议数据链路层数据链路层 CAN的媒体控制非常简单，在总线空闲态，最先开始发送消息的单元获得发送权，其它处于接收状态 在发送前，结点的收发器需要对总线进行监测，如果发现总线空闲时，就可以启动数据的传送。在数据传送过程中，收发器还需要继续监测总线的信息，当发现与传送的信息不相符时，表示产生了数据的冲突，中断本次发送。有些类似于以太网的CSMA/CD协议 不同的是，当出现冲突的时候，CAN总线可以根据优先级进行非破坏性仲裁 而CSMA/CD协议的破坏性丢弃数据并
16、进行强化碰撞。按优先级进行仲裁 CAN总线帧的优先级是结合在11位标识符中的，具有最低标识符的结点具有最高的优先级 这种优先级一旦确定就不能更改 连续输出显性电平最多（标识符中含有的0最多，即标识符最小）的单元可继续发送 举例：结点1的标识符为011111（优先级最低），结点2的标识符为0100110（优先级最高），结点3的标识符为0100111结点结点1的标识符为的标识符为011111（优先级最低）（优先级最低）结点结点2的标识符为的标识符为0100110（优先级最高）（优先级最高）结点结点3的标识符为的标识符为0100111 某时，3结点同时发送帧，它们的标识符前两位相同，即使同时发送，也
17、相互不干扰，此时，三结点都不会认为产生了冲突，继续发送 第3位进行比较时，结点1的标识符是1，是隐性的，被结点2和3的显性位所覆盖。结点1停止发送 结点2和3的帧标识符在4、5、6位相同，继续发送自己的标识符，并不认为产生了冲突。直到第7位，结点3发现自己发送的标识符被显性化了，自己的优先级比不过结点2，停止发送 在仲裁过程中被取消发送的结点，等待总线的下一个空闲期尝试重新发送CAN协议应用层应用层 用户需要自己定义应用层的协议 在CAN总线的发展过程中出现了各种版本的CAN应用层协议 目前定义了应用层协议的有：SAE J1939、ISO11783、CANOpen、CANaerospace、D
18、eviceNet、NMEA 2000 等 串口串口 USBUSB 现场总线现场总线 X-10X-10电力载波协议电力载波协议 国际通用的电力载波协议 针对智能家居网络化控制平台 英国Pico Electronics（皮可）公司于1976年研发出的 通过常用的电力线，可以将控制信号传输给各个电气设备，将各个房间的所有电气产品连接起来 利用220V的电源线作为信号的传输介质，在频率为50Hz（或60Hz）的电力输电线路上进行控制信号的传输 X-10自己的信号频率为120kHz，比交流电信号频率要高的多，因此接收器很容易识别到 X-10的信号是叠加在交流电力线的过零点上的，这是因为脉冲信号越接近零点
19、，所受干扰就越小 在正弦波的零相位处有120kHz的脉冲群，而紧随这一脉冲群之后的相位处没有脉冲群，则表示为信号“1”。在正弦波的零相位处无脉冲群，而紧随其后的相位处有脉冲群，则表示为信号“0”。启动点使接收器知道何时开始接收数据/指令 X-10的传输率为60bps（针对60Hz的电力线）每个X-10设备都被分配一个地址，地址由“房间号”和“设备号”（单元码）两部分组成。房间号的选择范围为字母“A-P”。设备号的选择范围为数字“1-16”一个基于X-10协议构建的智能家居系统中，最多可同时控制1616=256个X-10设备 X-10数据包包含有标识符、房间号和设备号，共22位 X-10可以执行的指令包括 开（on），关（off），调暗（dim），调亮（bright），打开所有（all lights on），全部关闭（all units off）指令以广播的形式在电力线上传送，家庭环境下可达500米。
