RS-485

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1、1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。编 辑 本 段 特 点1. RS-485 的 电 气 特 性 ： 逻 辑 “1”以 两 线 间 的 电 压 差 为 +（ 26） V 表 示 ； 逻 辑“0”以 两 线 间 的 电 压 差 为 -（ 26） V 表 示 。 接 口 信 号 电 平

2、 比 RS-232-C 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 扰 能 力 增 强 ， 即抗 噪 声 干 扰 性 好 。 4. RS-485 最 大 的 通 信 距 离 约 为 1219M， 最 大 传 输 速 率 为 10Mb/S， 传 输 速 率 与 传 输距 离 成 反 比 ， 在

3、 100Kb/S 的 传 输 速 率 下 ， 才 可 以 达 到 最 大 的 通 信 距 离 ， 如 果 需 传 输 更 长的 距 离 ， 需 要 加 485 中 继 器 。 RS-485 总 线 一 般 最 大 支 持 32 个 节 点 ， 如 果 使 用 特 制 的485 芯 片 ， 可 以 达 到 128 个 或 者 256 个 节 点 ， 最 大 的 可 以 支 持 到 400 个 节 点 。 编 辑 本 段 首 选 的 串 行 接 口因 RS-485 接 口 具 有 良 好 的 抗 噪 声 干 扰 性 ， 长 的 传 输 距 离 和 多 站 能 力 等 上 述 优 点 就 使其 成

4、为 首 选 的 串 行 接 口 。 因 为 RS485 接 口 组 成 的 半 双 工 网 络 ， 一 般 只 需 二 根 连 线 ， 所以 RS485 接 口 均 采 用 屏 蔽 双 绞 线 传 输 。 RS485 接 口 连 接 器 采 用 DB-9 的 9 芯 插 头 座 ， 与智 能 终 端 RS485 接 口 采 用 DB-9（ 孔 ） ， 与 键 盘 连 接 的 键 盘 接 口 RS485 采 用 DB-9（ 针 ） 。编 辑 本 段 RS485 接 口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

5、两线 间 的 电 压 差 为 -（ 2-6） V 表 示 。 接 口 信 号 电 平 比 RS-232-C 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 。 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 。

6、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

7、 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2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

8、 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

9、 防 浪 涌 带 隔 离 珊 的 产 品 。 （ 2） 通 过 PCI 多 串 口 卡 ，可 以 直 接 选 用 输 出 信 号 为 RS485 类 型 的 扩 展 卡 。 编 辑 本 段 RS485 电 缆在 低 速 、 短 距 离 、 无 干 扰 的 场 合 可 以 采 用 普 通 的 双 绞 线 ， 反 之 ， 在 高 速 、 长 线 传 输时 ， 则 必 须 采 用 阻 抗 匹 配 （ 一 般 为 120 ） 的 RS485 专 用 电 缆 （ STP-120 （ for RS485 & CAN） one pair 18 AWG） ， 而 在 干 扰 恶 劣 的 环 境 下 还 应 采

10、 用 铠 装 型 双 绞 屏 蔽电 缆 （ ASTP-120 （ for RS485 & CAN） one pair 18 AWG） 。 在 使 用 RS485 接 口 时 ，对 于 特 定 的 传 输 线 路 ， 从 RS485 接 口 到 负 载 其 数 据 信 号 传 输 所 允 许 的 最 大 电 缆 长 度 与 信号 传 输 的 波 特 率 成 反 比 ， 这 个 长 度 数 据 主 要 是 受 信 号 失 真 及 噪 声 等 影 响 所 影 响 。 理 论 上 ，通 信 速 率 在 100Kpbs 及 以 下 时 ， RS485 的 最 长 传 输 距 离 可 达 1200 米 ，

11、 但 在 实 际 应 用 中传 输 的 距 离 也 因 芯 片 及 电 缆 的 传 输 特 性 而 所 差 异 。 在 传 输 过 程 中 可 以 采 用 增 加 中 继 的 方法 对 信 号 进 行 放 大 ， 最 多 可 以 加 八 个 中 继 ， 也 就 是 说 理 论 上 RS485 的 最 大 传 输 距 离 可以 达 到 9.6 公 里 。 如 果 真 需 要 长 距 离 传 输 ， 可 以 采 用 光 纤 为 传 播 介 质 ， 收 发 两 端 各 加 一个 光 电 转 换 器 ， 多 模 光 纤 的 传 输 距 离 是 510 公 里 ， 而 采 用 单 模 光 纤 可 达 5

12、0 公 里 的 传播 距 离 。 编 辑 本 段 RS485 布 网网 络 拓 扑 一 般 采 用 终 端 匹 配 的 总 线 型 结 构 ， 不 支 持 环 形 或 星 形 网 络 。 在 构 建 网 络 时 ，应 注 意 如 下 几 点 ： （ 1） 采 用 一 条 双 绞 线 电 缆 作 总 线 ， 将 各 个 节 点 串 接 起 来 ， 从 总 线 到每 个 节 点 的 引 出 线 长 度 应 尽 量 短 ， 以 便 使 引 出 线 中 的 反 射 信 号 对 总 线 信 号 的 影 响 最 低 。有 些 网 络 连 接 尽 管 不 正 确 ， 在 短 距 离 、 低 速 率 仍 可

13、能 正 常 工 作 ， 但 随 着 通 信 距 离 的 延 长或 通 信 速 率 的 提 高 ， 其 不 良 影 响 会 越 来 越 严 重 ， 主 要 原 因 是 信 号 在 各 支 路 末 端 反 射 后 与原 信 号 叠 加 ， 会 造 成 信 号 质 量 下 降 。 （ 2） 应 注 意 总 线 特 性 阻 抗 的 连 续 性 ， 在 阻 抗 不 连续 点 就 会 发 生 信 号 的 反 射 。 下 列 几 种 情 况 易 产 生 这 种 不 连 续 性 ： 总 线 的 不 同 区 段 采 用 了不 同 电 缆 ， 或 某 一 段 总 线 上 有 过 多 收 发 器 紧 靠 在 一 起

14、 安 装 ， 再 者 是 过 长 的 分 支 线 引 出 到总 线 。 在 RS485 组 网 过 程 中 另 一 个 需 要 主 意 的 问 题 是 终 端 负 载 电 阻 问 题 ， 在 设 备 少 距 离短 的 情 况 下 不 加 终 端 负 载 电 阻 整 个 网 络 能 很 好 的 工 作 但 随 着 距 离 的 增 加 性 能 将 降 低 。 理论 上 ， 在 每 个 接 收 数 据 信 号 的 中 点 进 行 采 样 时 ， 只 要 反 射 信 号 在 开 始 采 样 时 衰 减 到 足 够低 就 可 以 不 考 虑 匹 配 。 但 这 在 实 际 上 难 以 掌 握 ， 美 国

15、 MAXIM 公 司 有 篇 文 章 提 到 一 条 经 验性 的 原 则 可 以 用 来 判 断 在 什 么 样 的 数 据 速 率 和 电 缆 长 度 时 需 要 进 行 匹 配 ： 当 信 号 的 转 换时 间 （ 上 升 或 下 降 时 间 ） 超 过 电 信 号 沿 总 线 单 向 传 输 所 需 时 间 的 3 倍 以 上 时 就 可 以 不加 匹 配 。 一 般 终 端 匹 配 采 用 终 端 电 阻 方 法 ， RS-485 应 在 总 线 电 缆 的 开 始 和 末 端 都 并接 终 端 电 阻 。 终 端 电 阻 在 RS-485 网 络 中 取 120 。 相 当 于 电

16、 缆 特 性 阻 抗 的 电 阻 ， 因 为3大 多 数 双 绞 线 电 缆 特 性 阻 抗 大 约 在 100 120 。 这 种 匹 配 方 法 简 单 有 效 ， 但 有 一 个 缺点 ， 匹 配 电 阻 要 消 耗 较 大 功 率 ， 对 于 功 耗 限 制 比 较 严 格 的 系 统 不 太 适 合 。 另 外 一 种 比 较省 电 的 匹 配 方 式 是 RC 匹 配 。 利 用 一 只 电 容 C 隔 断 直 流 成 分 可 以 节 省 大 部 分 功 率 。 但 电容 C 的 取 值 是 个 难 点 ， 需 要 在 功 耗 和 匹 配 质 量 间 进 行 折 衷 。 还 有 一 种 采 用 二 极 管 的 匹配 方 法 ， 这 种 方 案 虽 未 实 现 真 正 的 “匹 配 ”， 但 它 利 用 二 极 管 的 钳 位 作 用 能 迅 速 削 弱 反射 信 号 ， 达 到 改 善 信 号 质 量 的 目 的 ， 节 能 效 果 显 著 。 最 近 两 年 一 些 公 司 基 于