RS485光耦应用电路图

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1、RS485应用电路图最 近 在 应 用 RS485， 在 网 络 上 看 见 一 篇 好 文 章 ， 转 载 与 大 家 分 享 ：-以 上部 分请 勿修 改！ -提 高 485总 线的 可靠 性摘 要 ：就 485总 线应 用中 易出 现的 问题 ，分 析了 产生 的原 因并 给出 解决 问题 的软 硬件 方案和 措施 。关 键词 ： RS-485总 线、 串行 异步 通信-1问 题的 提出在 应用 系统 中， RS-485半 双工 异步 通信 总线 是被 各个 研发 机构 广泛 使用 的数 据通 信总线 ，它 往往 应用 在集 中控 制枢 纽与 分散 控制 单元 之间 。系 统简 图如 图

2、 1所 示。图 1.RS-485系 统示 意图由 于实 际应 用系 统中 ，往 往分 散控 制单 元数 量较 多， 分布 较远 ，现 场存 在各 种干 扰， 所以 通信 的可 靠性 不高 ， 再 加上 软硬 件设 计的 不完 善 ， 使 得实 际工 程应 用中 如何 保障 RS-485总线 的通 信的 可靠 性成 为各 研发 机构 的一 块心 病。 在 使用 RS-485总 线时 ,如 果简 单地 按常 规方 式设 计电 路， 在实 际工 程中 可能 有以 下两 个问题 出现 。 一 是通 信数 据收 发的 可靠 性问 题 ； 二 是在 多机 通信 方式 下 ， 一 个节 点的 故障 （ 如

3、死机 ） ， 往往 会使 得整 个系 统的 通信 框架 崩溃 ，而 且给 故障 的排 查带 来困 难。针 对上 述问 题， 我们 对 485总 线的 软硬 件采 取了 具体 的改 进措 施2硬 件电 路的 设计现 以 8031单 片机 自带 的异 步通 信口 ，外 接 75176芯 片转 换成 485总 线为 例。 其中 为了 实现总 线与 单片 机系 统的 隔离 ， 在 8031的 异步 通信 口与 75176之 间采 用光 耦隔 离 。 电 路原 理图 如图 2所 示。图 2改 进后 的 485通 信口 原理 图充 分考 虑现 场的 复杂 环境 ，在 电路 设计 中注 意了 以下 三个 问

4、题 。 2.1SN75176485芯 片 DE控 制端 的设 计由 于应 用系 统中 ，主 机与 分机 相隔 较远 ，通 信线 路的 总长 度往 往超 过 40米 ，而 分机 系统 上电 或复 位又 常常 不在 同一 个时 刻完 成。 如果 在此 时某 个 75176的 DE端 电位 为 “ ”， 那么 它的 485总 线输 出将 会处 于发 送状 态 ， 也 就是 占用 了通 信总 线 ， 这 样其 它的 分机 就无 法与主 机进 行通 信。 这种 情况 尤其 表现 在某 个分 机出 现异 常情 况下 （死 机 ） ， 会使 整个 系统 通信崩 溃 。 因 此 在 电 路 设 计 时 ， 应

5、 保 证 系 统 上 电 复 位 时 75176的 DE端 电 位 为 “0”。 由 于 8031在复 位 期间 ， I/O口 输出 高电 平， 故图 2电 路的 接法 有效 地解 决复 位期 间分 机 “咬 ”总 线的 问题 。2.隔 离光 耦电 路的 参数 选取在 应用 系统 中， 由于 要对 现场 情况 进行 实时 监控 及响 应， 通信 数据 的波 特率 往往 做得 较高 （通 常都 在 480波 特以 上 ） 。 限制 通信 波特 率提 高的 “瓶 颈 ”， 并不 是现 场的 导线 （现 场施 工一 般使 用 5类 非屏 蔽的 双绞 线 ） ， 而是 在与 单片 机系 统进 行信 号

6、隔 离的 光耦 电路 上。 此处 采 用 TIL17。 电 路 设 计 中 可 以 考 虑 采 用 高 速 光 耦 ， 如 6N137、 6N136等 芯 片 ， 也 可 以 优化 普 通 光耦 电路 参数 的设 计， 使之 能工 作在 最佳 状态 。例 如： 电阻 R2、 R3如 果选 取得 较大 ， 将会 使 光耦 的发 光管 由截 止进 入饱 和变 得较 慢 ； 如 果选 取得 过小 ， 退 出饱 和也 会很 慢 ， 所 以这 两只 电阻 的数 值要 精心 选取 ，不 同型 号的 光耦 及驱 动电 路使 得这 两个 电阻 的数 值略 有差 异 ， 这一 点在 电路 设计 中要 特别 慎重

7、 ，不 能随 意， 通常 可以 由实 验来 定。 2.3485总 线输 出电 路部 分的 设计输 出电 路的 设计 要充 分考 虑到 线路 上的 各种 干扰 及线 路特 性阻 抗的 匹配 。由 于工 程环 境比 较复 杂 ， 现 场常 有各 种形 式的 干扰 源 ， 所 以 485总 线的 传输 端一 定要 加有 保护 措施 。 在 电路 设 计 中 采 用 稳 压 管 D1、 D2组 成 的 吸 收 回 路 ， 也 可 以 选 用 能 够 抗 浪 涌 的 TVS瞬 态 杂 波 抑制 器 件 ，或 者直 接选 用能 抗雷 击的 485芯 片（ 如 SN75LBC184等 ） 。考 虑到 线路

8、的特 殊情 况（ 如某 一台 分机 的 485芯 片被 击穿 短路 ） ， 为防 止总 线中 其它 分机 的 通 信 受 到 影 响 ， 在 75176的 485信 号 输 出 端 串 联 了 两 个 20的 电 阻 R10、 R1。 这 样 本机 的 硬 件故 障就 不会 使整 个总 线的 通信 受到 影响 。在 应用 系统 工程 的现 场施 工中 ，由 于通 信载 体是 双绞 线， 它的 特性 阻抗 为 120左 右，所 以 线 路 设 计 时 ， 在 RS-485网 络 传 输 线 的 始 端 和 末 端 各 应 接 1只 120的 匹 配 电 阻 （ 如 图 2中 R8） ， 以减 少

9、线 路上 传输 信号 的反 射。由 于 RS-485芯 片的 特性 ，接 收器 的检 测灵 敏度 为 20mV， 即差 分输 入端 VA VB+20mV， 输 出 逻 辑 1， VA VB 20mV， 输 出 逻 辑 0； 而 A、 B端 电 位 差 的 绝 对 值 小 于20时 ， 输 出为 不确 定 。 如 果在 总线 上所 有发 送器 被禁 止时 ， 接 收器 输出 逻辑 0， 这 会误 认为 通信 帧 的 起 始 引 起 工 作 不 正 常 。 解 决 这 个 问 题 的 办 法 是 人 为 地 使 A端 电 位 高 于 B两 端 电 位 ，这 样 RXD的 电 平 在 485总 线

10、不 发 送 期 间 （ 总 线 悬 浮 时 ） 呈 现 唯 一 的 高 电 平 ， 8031单 片 机 就 不 会被 误 中 断 而 收 到 乱 字 符 。 通 过 在 485电 路 的 A、 B输 出 端 加 接 上 拉 、 下 拉 电 阻 R7、 R9， 即 可 很好 地 解 决这 个问 题。 3软 件的 编程485芯 片的 软件 编程 对产 品的 可靠 性也 有很 大影 响。 由于 485总 线是 异步 半双 工的 通信 总线 ， 在 某一 个时 刻 ， 总 线只 可能 呈现 一种 状态 ， 所 以这 种方 式一 般适 用于 主机 对分 机的 查询方 式通 信 ， 总 线上 必然 有一

11、台始 终处 于主 机地 位的 设备 在巡 检其 它的 分机 ， 所 以需 要制 定一套 合理 的通 信协 议来 协调 总线 的分 时共 用 。 这 里采 用的 是数 据包 通信 方式 。 通 信数 据是 成帧成 包发 送的 ，每 包数 据都 有引 导码 、长 度码 、地 址码 、命 令码 、内 容、 校验 码等 部分 组成 。其 中引 导码 是用 于同 步每 一包 数据 的引 导头 ； 长 度码 是这 一包 数据 的总 长度 ； 命 令码 是主 机对 分机 （或 分机 应答 主机 ）的 控制 命令 ；地 址码 是分 机的 本机 地址 号； “内 容 ”是 这一 包数据 里的 各种 信息 ； 校

12、 验码 是这 一包 数据 的校 验标 志 ， 可 以采 用奇 偶校 验 、 和 校验 等不 同的 方式 。在 485芯 片的 通信 中， 尤其 要注 意对 485控 制端 DE的 软件 编程 。为 了可 靠的 工作 ，在 485总 线状 态切 换时 需要 做适 当延 时， 再进 行数 据的 收发 。具 体的 做法 是在 数据 发送 状态 下 ， 先将 控制 端置 “1”， 延时 1ms左 右的 时间 ，再 发送 有效 的数 据， 一包 数据 发送 结束 后再 延时1ms后 ，将 控制 端置 “0”。 这样 的处 理会 使总 线在 状态 切换 时， 有一 个稳 定的 工作 过程 。4结 论经 过

13、以 上的 软硬 件共 同处 理， RS-485总 线在 应用 系统 工程 中的 可靠 性大 大提 高， 在通 常的 环 境 条 件 下 ， 24小 时 连 续 开 机 ， 系 统 的 通 信 始 终 处 于 正 常 状 态 ， 整 机 性 能 满 足 了 现 场 工程的 需要 。 但 是 RS-485总 线仍 然只 是一 种常 规的 通信 总线 ，它 不能 够做 总线 的自 动仲 裁， 也就 是不能 够同 时发 送数 据以 避免 总线 竞争 ，所 以整 个系 统的 通信 效率 必然 较低 ，数 据的 冗余 量较大 ， 对 于 速 度 要 求 高 的 应 用 场 所 不 适 宜 用 RS-485

14、总 线 。 同 时 由 于 RS-485总 线 上 通 常 只 有一 台 主 机 ， 所 以这 种总 线方 式是 典型 的集 中 分散 型控 制系 统 。 一 旦主 机出 现故 障 ， 会 使整 个系统 的通 信陷 于瘫 痪状 态， 因此 做好 主机 的在 线热 备份 是一 个重 要措 施。尽 管 RS-485总 线存 在这 样那 样的 问题 ，但 由于 它的 线路 设计 简单 、价 格低 廉、 控制 方便 ，只 要合 理的 使用 在某 些场 所仍 然能 发挥 良好 的作 用。RS485总 线应 用与 选型 指南一 、 RS485总 线介 绍：RS485总 线是 一种 常见 的串 行总 线标

15、准 ， 采 用平 衡发 送与 差分 接收 的方 式 ， 因 此 具 有 抑制 共 模 干 扰 的 能 力 。 在 一 些 要 求 通 信 距 离 为 几 十 米 到 上 千 米 的 时 候 ， RS485总 线 是 一种 应 用 最 为 广 泛 的 总 线 。 而 且 在 多 节 点 的 工 作 系 统 中 也 有 着 广 泛 的 应 用 。二 、 RS485总 线 典 型 电 路 介 绍 ：RS485电 路 总 体 上 可 以 分 为 隔 离 型 与 非 隔 离 型 。 隔 离 型 比 非 隔 离 型 在 抗 干 扰 、 系统 稳 定 性 等 方 面 都 有 更 出 色 的 表 现 ， 但

16、有 一 些 场 合 也 可 以 用 非 隔 离 型 。我 们 就 先 讲 一 下 非 隔 离 型 的 典 型 电 路 ， 非 隔 离 型 的 电 路 非 常 简 单 ， 只 需 一 个RS485芯 片 直 接 与 MCU的 串 行 通 讯 口 和 一 个 I/O控 制 口 连 接 就 可 以 。 如 图 1所 示 ：图 1、 典 型 485通 信 电 路 图 （ 非 隔 离 型 ）当 然 ， 上 图 并 不 是 完 整 的 485通 信 电 路 图 ， 我 们 还 需 要 在 A线 上 加 一 个 4.7K的 上 拉 偏置 电 阻 ； 在 B线 上 加 一 个 4.7K的 下 拉 偏 置 电 阻 。 中 间 的 R16是 匹 配 电 阻 ， 一 般 是 120，当 然 这 个 具 体 要 看 你 传 输 用 的 线 缆 。 （ 匹 配 电 阻 ： 485整 个 通 讯 系 统 中 ， 为 了 系 统 的 传输 稳 定 性 ， 我 们 一 般 会 在